Titanyum Nedir ?

Titanyum Nedir ? Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri 

Titanyum, kimyasal simgesi Ti ve atom numarası 22, atom ağırlığı ise 48 olan bir kimyasal elementtir. En belirgin özelliği düşük yoğunluğa sahip olmasına rağmen, yüksek bir akma ve çekme dayanımına sahip olmasıdır. Gri renktedir ve periyodik cetvelde 4-B grubunda geçiş metalleri arasında yer almaktadır.

Titanyum

Titanyum Görüntüsü

Yüksek dayanıma sahip olmasının yanında, korozyona karşı çok dirençlidir. Ağırlık – Dayanım oranı en iyi metaldir. Hafif ve güçlü ayrıca paslanmaya dayanıklı olması, titanyumun bir çok ileri teknolojinin kullanıldığı sektörde kullanımına olanak sağlamıştır. Bu sektörler genellikle, havacılık, uzay, endüstri, kimya, sağlık ve askeri sektörlerdir.

Oksijene karşı yüksek bir afinitesi yani kimyasal reaksiyona girip bileşik oluşturma ilgili bulunmaktadır. 

Titanyum Fiziksel Özellikleri

Yüksek bir ergime sıcaklığına sahip olması ( yaklaşık 1650 °C ), yüksek sıcaklık uygulamalarında titanyum alaşımlarının kullanılmasına olanak sağlar. Görüntüsü, beyaz-gümüş bir renktedir. Alüminyuma göre yaklaşık 2 kat ağırdır ancak; dayanımı 6 serisi bir alüminyum alaşımından 2 kat daha yüksektir. Çekme dayanımı çeliğe yakın değerlerde olmasına rağmen, çelikten yaklaşık %40  daha hafiftir. Yoğunluğu 2.40 g·cm−3 Bazı titanyum alaşımları çekme dayanımı 1200-1300 MPa’a kadar çıkabilmektedir. Sertliği çok yüksektir. Metal olmasına rağmen bazı seramik malzemeleri çizebilmektedir.

Saf Titanyum

Saf Titanyum

Elektrik ve ısı iletkenliği düşük olan titanyumun, manyetiklik seviyesi çok düşüktür. Mıknatıs ile çok zayıf bir şekilde etkilenir.


Titanyum Kimyasal Özellikleri

Fiziksel özelliğini öğrendiğimiz titanyumun, kimyasal özellikleri de bir o kadar ilgi çekicidir. Belki de en önemli kimyasal özelliği, korozyona olan mükemmel dayancıdır. Burada bahsettiğimiz korozyon dayanımı sadece normal şartlar altında havaya karşı göstermiş olduğu direnç değildir. Normal şartlar altında oksijene karşı güçlü bir dayanım gösteren titanyum, yüksek sıcaklıklarda da bu özelliğini korur. Ayrıca, bir çok güçlü aside karşı ( hidroklorik asit ve sülfürik asit ), klor, deniz suyu ve doğal olarak tuza karşı çok iyi bir korunma sağlar.

Bu metale bu özelliğini sağlayan etmen ise, aynı alüminyum ve bakırda olduğu gibi üzerinde oluşturduğu pasif bir koruyucu katman oluşturmasıdır. Birkaç nanometre kalınlığında olan bu koruyucu katman, zamanla kalınlığını arttırarak koruyuculuk özelliğini de aynı oranda iyileştirmektedir.

Titanyum reaktif bir metaldir ve reaksiyona girme eğilimi de yüksektir. Oksijene karşı afinitesi yüksektir.

Kullanım Alanları

Bu metalin kullanım alanlarından bahsederken, nadir bulunduğu, üretim yöntemlerinin zor ve zahmetli olduğunu bilmemizde fayda var. Bütün bu nedenlerde dolayı da pahalı ve sadece özel ve teknolojik ürünlerin imalatında metal halinin kullanıldığını bilmemizde fayda var.

Titanyumun en çok kullanıldığı alan pigment sektörüdür. Bu sektörde titanyum olarak değil ancak; bunun oksit hali kullanılmaktadır. Burada metal alaşım hali ile karıştırılmamalıdır. Pigment sektöründeki kullanımı yaklaşık % 90 civarındadır. Pigmentler genellikle boya imalatında renk verici temel madde olarak kullanılmaktadır. TiO2 de, beyaz renk konusunda en güçlü pigmenttir. Deri, kumaş boyaları, cam renklendirilmesinde, seramik sır tabakasında kullanılmaktadır.

Pigmentler dışında, titanyum di oksit ( TiO2 ), kaynak işleminde de kullanılmaktadır. Kaynak elektrotlarının imalatında büyük oranda kullanılmaktadır. Sektör ile az çok ilgili olan herkesin yakından tanıdığı Rutil elektrotların örtüleri çoğunlukla titanyum di oksitten meydana gelmektedir. Rutil elektrotlar, kaynağın en kolay yapıldığı elektrotlar olarak bilinmektedir.

Pek çok kişinin bilmediği ek bir bilgi olarak, titanyum plastiklerde de kullanılmaktadır. Örnek olarak Polietilende ya da PVC – ( Binalardaki Pencere Sistemleri ) adı verilen –  Polivinilklorürde az miktarda kullanılmaktadır. Bu tip plastiklerde kullanılmasının temel nedeni, güneşin zararlı UV ışınlarının plastik yapısını bozmaması içindir. Titanyum, bu plastiklerde koruyucu görevi görmektedir. Çünkü, devamlı güneş ile temas halinde bulunan bu plastikler, UV ışınları etkisi ile çatlar ve ilerleyen safhalarda paramparça olabilmektedirler.

Toksik yani zehirli bir özelliği yoktur. Dolayısı ile insana zarar vermez. Bu nedenle de bazı implantlar titanyumdan yapılabilmektedir. En çok kullanıldığı yerler arasında diş implantları gelmektedir. Uzun yıllar boyunca hem özelliğini bozmaz hem de insan vücudu ile reaksiyona girip, kişiyi zehirlemez.

Diş İmplantı

Diş İmplantı

Nerelerde Bulunur ?


Titanyum, Dünya’da yanardağ faaliyetleri sonucunda oluşmuş kayalarda ve toprakta da bir miktar bulunur. Bu oran yaklaşık % 1 civarındadır. Metal olarak bulunma sıklığı açısından 4. Olup, elementsel olarak toprakta 9. Sıradadır. 

Dünya’daki en büyük üretici ülke konumunda Avustralya başı çekerken, Kanada ve Güney Afrika ile azalarak devam etmektedir. Dünya’daki rezervi fazladır ve kullanımı az olduğu için insanlığı daha uzun yıllar hizmet edecek kadar rezervi bulunmaktadır.

Dünya’ya düşen meteorlarda yapılan metal analizleri sonucunda, bazı meteorlarda bulunduğu tespit edilmiştir. Ay’a giden Apollo ekibinin getirmiş olduğu toprak analizlerinde de titanyuma rastlanılmıştır. Bu da güneş sisteminde bu metalden bol miktarda bulunabildiğini bizlere göstermektedir. Bütün canlılarda az da olsa titanyum elementi bulunmaktadır.

Titanyum Üretimi

Titanyum, üretimi çok zor ve zahmetli bir metaldir. Bu nedenle de pahalıdır. Dünya’da genel olarak 2 farklı cevheri bulunmaktadır. Bunlardan ilki Rutil, diğeri ise İlmenittir. İlmenit, ismini Rusya’nın Ilmensky dağlarından almaktadır. İlk burada keşfedilmiştir.

  • Rutil TiO2
  • İlmenit FeTiO3

Rutili en çok önceki paragraflarda da bahsettiğimiz üzere, Avustralya üretir. Hatta 2017 verilerine göre Dünya rutil cevheri üretiminin yarısını tek başına Avustralya karşılamaktadır. İlmenit ise, Güney Afrika tarafından üretilir. 

Ülkemize baktığımızda ise, Türkiye bu verilerde çok geridedir. Topraklarımızda cevherinin çok az bulunması buna en önemli etken olarak kabul edilir. Ancak; hem üretim zorluğu hem de yüksek teknoloji gerektirmesi nedeni ile, Türkiye bu metali genellikle ithal etmektedir.

Üretim prosesi ile ilgili faydalı bir makale için bu bağlantıyı inceleyebilirsiniz.

Üretim Prosesi

Üretim Prosesi

Yukarıdaki resimde de detaylı şekilde anlatılan sünger titanyum üretiminde, cevherden elde edilen titanyum di oksit, klor ve karbon ile reaksiyona sokulur. Bu işleme klorlama denmektedir. Bu işlem sonucunda karbondioksit ve karbon monoksit çıkmaktadır. Sonunda elde edilen ürün, titanyum tetra klorürdür. 

Ara işlem olan arıtmadan sonra, magnezyum ile reaksiyona girer. Bu işleme redüksiyon denmektedir. Yani ” Ti ” bünyesinde bulunan klordan kurtulur. Klor, magnezyuma bağlanarak saf ” Ti ” açığa çıkar. Son olarak vakum distilasyonu işlemi ile, ortaya çıkan saf titanyum ile magnezyum klor bileşikleri birbirlerinden ayrılır. 

İşlem sonucunda, titanyum süngeri elde edilmiş olur. İstenilen ölçülerde parçalanıp, öğütülerek stok sahalarına yönlendirilir. Bu yöntem esası Kroll Prosesidir. Elde edilen sünger titanyum daha sonra eritilip çeşitli formlarda dökülerek külçe haline de getirilebilir. 

Sünger Titanyum

Wikipedia’nın geniş ve bir o kadar da faydalı makalesi için bu bağlantıyı inceleyebilirsiniz.

Yorum Yaz