टाइटेनियम के रासायनिक गुण मुख्य रूप से इसकी ऑक्सीकरण अवस्था +4 द्वारा निर्धारित होते हैं, क्योंकि +4 टाइटेनियम की सबसे स्थिर अवस्था है। टाइटेनियम परिसरों में अष्टफलकीय समन्वय ज्यामिति होती है, टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड (TiCl 4) के उल्लेखनीय अपवाद के साथ, जिसमें चतुष्फलकीय ज्यामिति होती है। टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड की उच्च ऑक्सीकरण अवस्था के परिणामस्वरूप सहसंयोजक बंधन की उच्च डिग्री होती है। एक संक्रमण धातु के रूप में, टाइटेनियम जलीय Ti(IV) परिसरों का निर्माण करने के लिए जाना जाता है, जिन्हें जलीय लिगैंड टाइटेनियम आयन परिसरों के रूप में जाना जाता है।
ऑक्साइड, सल्फाइड और एल्कोक्साइड
टाइटेनेट टेट्राटाइटेनियम यौगिक हैं, जैसे टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड (TiCl&sup4;) और बेरियम टाइटेनेट (BaTiO3)। इनमें पीजोइलेक्ट्रिक गुण होते हैं और इन्हें ध्वनि और बिजली के पारस्परिक रूपांतरण के लिए ट्रांसड्यूसर के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। इल्मेनाइट (FeTiO3) एक टाइटेनेट यौगिक है।
सभी टाइटेनियम ऑक्साइड में सबसे महत्वपूर्ण टाइटेनियम डाइऑक्साइड (TiO²) है, जो तीन पॉलीक्रिस्टलाइन अवस्थाओं में मौजूद है: रूटाइल, एनाटेस और ब्रूकाइट, जो सफ़ेद, डायमैग्नेटिक ठोस हैं। सितारों, माणिक और नीलम में तारों की रोशनी के टाइटेनियम डाइऑक्साइड (TiO²) गुण होते हैं, यही वजह है कि उनमें सितारा बनाने वाली चमक होती है।
टाइटेनियम (III,V) ऑक्साइड (Ti3O&sup5;) एक बैंगनी अर्धचालक है जो हाइड्रोजन की उपस्थिति में उच्च तापमान पर टाइटेनियम डाइऑक्साइड (TiO2) के अपचयन से उत्पन्न होता है।
टाइटेनियम (III,IV) ऑक्साइड (Ti3O&sup4;) का उपयोग संक्षारण प्रतिरोध और सौंदर्य प्रयोजनों के लिए सतहों पर टाइटेनियम ऑक्साइड को वाष्प-चरण कोट करने के लिए किया जाता है।
टाइटेनियम एल्कोक्साइड का निर्माण टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड की अल्कोहल के साथ प्रतिक्रिया से होता है और इसका उपयोग सोल-जेल प्रक्रिया के माध्यम से ठोस टाइटेनियम डाइऑक्साइड को जमा करने के लिए किया जाता है।
टाइटेनियम आइसोप्रोपॉक्साइड का उपयोग शार्पलेस इपोक्सीडेशन प्रक्रिया का उपयोग करके चिरल कार्बनिक यौगिक तैयार करने के लिए किया जा सकता है।
टाइटेनियम सल्फाइट यौगिक कई प्रकार के होते हैं, जिनमें से टाइटेनियम डाइसल्फ़ाइड ही एकमात्र ऐसा यौगिक है जिसका आमतौर पर इस्तेमाल किया जाता है। इसकी एक परतदार संरचना होती है और इसका उपयोग लिथियम-आयन बैटरी के निर्माण में कैथोड के रूप में किया जाता है।
नाइट्राइड और कार्बाइड
टाइटेनियम नाइट्राइड और टाइटेनियम कार्बाइड दुर्दम्य संक्रमण समूह के सदस्य हैं।
टाइटेनियम नाइट्राइड में दो सहसंयोजक यौगिकों के गुण होते हैं:
अत्यंत उच्च कठोरता
उच्च गलनांक
उच्च क्वथनांक
ऊष्मागतिकीय स्थिरता
ऊष्मीय चालकता
प्रवाहकत्त्व
टाइटेनियम नाइट्राइड (TiN) की मोहस कठोरता 9.0 है, जो नीलम और सिलिकॉन कार्बाइड के समान है, और इसका उपयोग ड्रिल बिट जैसे काटने वाले औजारों के लिए कोटिंग सामग्री के रूप में और इसकी चमकदार सोने की सतह के कारण सौंदर्य प्रयोजनों के लिए किया जाता है। अर्धचालक विनिर्माण में, यह एक अवरोधक सामग्री के रूप में कार्य करता है।
हलाइड
टाइटेनियम हैलाइड टाइटेनियम और हैलोजन गैस (X²) के बीच सीधी प्रतिक्रिया से बनते हैं। सबसे आम टाइटेनियम हैलाइड टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड (TiCl&sup4;) है, जो एक रंगहीन, वाष्पशील तरल है। औद्योगिक टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड हल्के पीले रंग का होता है और हवा में हाइड्रोलाइज़ होकर सफ़ेद बादल छोड़ता है।
क्रोल प्रक्रिया के भाग के रूप में टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड का उपयोग अयस्क से टाइटेनियम धातु निकालने के लिए किया जाता है।
टाइटेनियम हैलाइड का उपयोग लुईस अम्ल के रूप में किया जाता है।
टाइटेनियम हैलाइड टाइटेनियम टेट्राआयोडाइड (TiI&sup4;) वैन आर्केल प्रक्रिया से आता है।
टाइटेनियम (III) और टाइटेनियम (II) का उपयोग टाइटेनियम ट्राइक्लोराइड और टाइटेनियम डाइक्लोराइड बनाने के लिए, पॉलीओलेफिन्स के उत्पादन में उत्प्रेरक के रूप में, और कार्बनिक रसायन विज्ञान में अपचायक के रूप में किया जाता है।
टाइटेनियम धातु निर्माण प्रक्रिया
क्रोल प्रक्रिया का उपयोग कच्चे टाइटेनियम को टाइटेनियम धातु में बदलने के लिए किया जाता है। इस प्रक्रिया के चरणों में निष्कर्षण, शुद्धिकरण, स्पंज उत्पादन, मिश्र धातु निर्माण और आकार देना और बनाना शामिल है। क्योंकि प्रक्रिया का प्रत्येक चरण महंगा और समय लेने वाला है, इसलिए कोई भी उद्योग सभी पाँच चरणों को पूरा करने में सक्षम नहीं है, और अलग-अलग उद्योग विभिन्न चरणों को पूरा करते हैं।
निष्कर्षण
निष्कर्षण के माध्यम से, अयस्क को टाइटेनियम युक्त खनिजों के रूप में प्रसंस्करण के लिए कंपनी में ले जाया जाता है। विभिन्न प्रकार के अयस्कों में, रूटाइल और इल्मेनाइट प्रसंस्करण के लिए सबसे अधिक उपयोग किए जाते हैं। इल्मेनाइट को इसके लौह तत्व को हटाने के लिए पूर्व उपचार की आवश्यकता होती है। अयस्क को क्लोरीन और कार्बन युक्त द्रवीकृत बिस्तर रिएक्टर में रखा जाता है और 900 डिग्री तक गर्म किया जाता है। रासायनिक प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड का एक अशुद्ध रूप बनता है, जिसमें कार्बन मोनोऑक्साइड एक उप-उत्पाद के रूप में होता है। टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड में लोहे सहित अशुद्धियाँ मौजूद होती हैं और टाइटेनियम डाइऑक्साइड का उत्पादन करने के लिए उन्हें हटाया जाना चाहिए।
शुद्धिकरण
टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड को उच्च तापमान वैक्यूम आसवन द्वारा शुद्ध किया जाता है। निष्कर्षण प्रक्रिया के दौरान उत्पादित धातु को बड़े आसवन टैंकों में रखा जाता है और गर्म किया जाता है। शुद्धिकरण प्रक्रिया अशुद्धियों को अलग करने के लिए अंशांकन और अवक्षेपण का उपयोग करती है। चूँकि विभिन्न तत्वों के अलग-अलग क्वथनांक होते हैं, इसलिए आसवन के दौरान विभिन्न तत्वों को उनके क्वथनांक पर पहुँचने पर हटा दिया जाता है। हटाई गई अशुद्धियों में वैनेडियम, सिलिकॉन, मैग्नीशियम, ज़िरकोनियम और लोहा शामिल हैं।
स्पोंज निर्माण
जैसे ही स्पोंज बनता है, शुद्ध टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड को तरल रूप में स्टेनलेस स्टील प्रतिक्रिया पात्र में डाला जाता है। मैग्नीशियम मिलाया जाता है और मिश्रण को 1100 डिग्री के तापमान पर गर्म किया जाता है ताकि मैग्नीशियम क्लोरीन के साथ प्रतिक्रिया करके मैग्नीशियम क्लोराइड बना सके। ऑक्सीजन और नाइट्रोजन के साथ प्रतिक्रिया से बचने के लिए हवा को निकालने के लिए आर्गन गैस को पात्र में पंप किया जाता है। इस प्रक्रिया में उत्पादित टाइटेनियम शुद्ध टाइटेनियम नहीं है, बल्कि ठोस रूप में है। इसे ड्रिलिंग प्रक्रिया के माध्यम से कंटेनर से निकाला जाता है और किसी भी अतिरिक्त मैग्नीशियम और मैग्नीशियम क्लोराइड को हटाने के लिए पानी और हाइड्रोक्लोरिक एसिड के मिश्रण से उपचारित किया जाता है। इस प्रक्रिया द्वारा उत्पादित टाइटेनियम स्पंज जैसा होता है।
मिश्र धातु निर्माण
शुद्ध टाइटेनियम स्पंज को मिश्रधातु बनाने के लिए एक उपभोज्य इलेक्ट्रोड इलेक्ट्रिक आर्क भट्टी का उपयोग करके विभिन्न मिश्रधातुओं और स्क्रैप धातु के साथ मिलाया जाता है। धातुओं को पिघलाकर उचित अनुपात में मिलाने के बाद, ब्रिकेट को कॉम्पैक्ट किया जाता है और स्पंज इलेक्ट्रोड बनाने के लिए वेल्ड किया जाता है, जिन्हें विभिन्न औद्योगिक और वाणिज्यिक उत्पादों के निर्माण के लिए आगे की प्रक्रिया के लिए सिल्लियां बनाने के लिए वैक्यूम आर्क भट्टी में पिघलाया जाता है।
आकार देना और आकार देना
सिल्लियों को भट्टी से निकाला जाता है, दोषों के लिए जाँच की जाती है, पैक किया जाता है और टाइटेनियम मिश्र धातु उत्पादों के निर्माण में उपयोग के लिए भेजा जाता है। प्रत्येक सिल्लियों के गुणों की जाँच करें ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि वे ग्राहक की आवश्यकताओं को पूरा करती हैं। उत्पाद निर्माण प्रक्रिया के दौरान सिल्लियाँ वेल्डिंग, फॉर्मिंग, कास्टिंग, फोर्जिंग और पाउडर धातु विज्ञान जैसी विभिन्न प्रक्रियाओं से गुज़रती हैं।
क्रोल प्रक्रिया के उप-उत्पाद
जब टाइटेनियम को उसकी अशुद्धियों से अलग किया जाता है, तो यह मैग्नीशियम और मैग्नीशियम क्लोराइड को पीछे छोड़ देता है, जो क्रोल प्रक्रिया के उप-उत्पाद हैं और रिकवरी टैंक में पुनर्प्राप्त किए जाते हैं जो मैग्नीशियम और क्लोरीन को उनके स्थिर रूपों, ठोस मैग्नीशियम और क्लोरीन गैस में अलग करते हैं। संग्रह प्रक्रिया के दौरान, क्लोरीन को रिकवरी यूनिट के शीर्ष पर एकत्र किया जाता है। ठोस मैग्नीशियम और क्लोरीन को क्रोल प्रक्रिया में पुनः उपयोग के लिए बचा लिया जाता है।
मिश्र धातु निर्माण
चौथे चरण में, शुद्ध टाइटेनियम स्पंज को विभिन्न मिश्र धातुओं और स्क्रैप धातु के साथ मिलाकर एक उपभोज्य इलेक्ट्रोड इलेक्ट्रिक आर्क भट्टी की मदद से उपयोग योग्य मिश्र धातु बनाई जाती है। सभी आवश्यक धातुओं को पिघलाकर वांछित अनुपात में मिलाने के बाद, द्रव्यमान को कॉम्पैक्ट किया जाता है और स्पंज इलेक्ट्रोड बनाने के लिए वेल्ड किया जाता है। इस स्पंज इलेक्ट्रोड को वैक्यूम आर्क भट्टी में पिघलाकर सिल्लियां बनाई जाती हैं। व्यावसायिक रूप से स्वीकार्य सिल्लियां बनाने के लिए इन सिल्लियों को आम तौर पर बार-बार पिघलाया जाता है।
आकार देना और आकार देना
क्रोल प्रक्रिया के अंतिम चरण में, पिंडों को भट्ठी से निकाला जाता है, दोषों के लिए निरीक्षण किया जाता है, और टाइटेनियम मिश्र धातु उत्पादों के निर्माण में उपयोग के लिए भेजा जाता है। ग्राहक की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए प्रत्येक पिंड के प्रदर्शन की जाँच करें। स्टील पिंड वेल्डिंग, आकार देने, कास्टिंग, फोर्जिंग, पाउडर धातु विज्ञान आदि जैसी विभिन्न प्रक्रियाओं से गुजरते हैं, और अंत में तैयार उत्पादों में आकार लेते हैं। यह सब आवश्यक उत्पाद के विनिर्देशों पर निर्भर करता है।
क्रोल प्रक्रिया के उप-उत्पाद
क्रोल प्रक्रिया के दौरान, जब टाइटेनियम को अशुद्धियों से अलग किया जाता है, तो बड़ी मात्रा में मैग्नीशियम और मैग्नीशियम क्लोराइड पीछे रह जाते हैं। क्रोल प्रक्रिया के उप-उत्पादों को तुरंत रीसाइक्लिंग इकाई में पुनर्प्राप्त किया जाता है। रीसाइक्लिंग टैंक मैग्नीशियम और क्लोरीन को स्थिर रूपों में अलग करते हैं। यानी मैग्नीशियम ठोस रूप में और क्लोरीन गैसीय रूप में। क्लोरीन को रिकवरी टैंक के शीर्ष से एकत्र किया जाता है और दोनों घटकों को क्रोल प्रक्रिया में पुनः उपयोग किया जाता है।
