ثاني أكسيد التيتانيوم TiO2

[dr-ahmad]

تعريفه :

يعرف ثاني أكسيد التيتانيوم باسم تيتانيا و يسمى بالتيتانيوم الأبيض أو الملون الأبيض عند استخدامه في الصبع و التلوين و هو عباره عن معدن ذو لون رمادي يوجد في القشره الأرضيه منتشرا في طبقاتها منذ أن خلق الله الأرض كما يوجد في الهواء و الماء بنسب مختلفه إضافه الى وجوده في النباتات التي نتغذى عليها .

أشكاله في الطبيعه :

يوجد ثاني أكسيد التيتانيوم في الطبيعه في الأشكال التاليه :

1- الروتايل Rutile :

هو معدن ابيض بلوري رباعي الاوجه Tetragonal موشوري الشكل Prismatic يمثل اكثر صور ثاني اكسيد التيتانيوم انتشارا في الطبيعه بصوره غير نقيه و يوجد على صوره اكسيد مع معادن اخرى مثل الكوارتز و التورمالين و الهيماتايت و الاكاسيد و السلكات مما يكسبه الوانا عديده مثل الاحمر و الأزرق و الأصفر و البني و البنفسجي . و تعد صوره الروتايل أنقى صور أكسيد التيتانيوم و توجد في رمال البحر .

* أماكن وجوده :

ويتواجد الروتيل غالبا في الصخور المتعرضة للحرارة والضغط العاليين كالصخور النارية والصخور المتحولة. ويعتبر الروتيل من أنواع الTio2 متعددة الاشكال في مثل هذه البيئات النارية والمتحولة لأن حجمه الجزيئي صغير، ولأن معظمها متحول عن الأنواع الأخرى كالاناتاس ذات الحجم الجزيئي الكبير. فنستنتج أن الأنواع الأخرى تتحول وتحت الضغط والحرارة العاليين إلى الروتيل. ان الروتيل هو الأكثر شيوعا في بيئة الصخور النارية وخصوصا في الصخور البلوتونية المتحولة. ويتواجد نتيجة للضغط والحرارة في الصخور النارية على شكل بلورات متجمعة مع بعضها البعض، وخصوصا في الصخور الجرانيتية. والروتيل وجد شريكا مع بعض المعادن الأخرى في الصخور النارية وفي أنواع محددة من الجرانيت والصخر، في مجموعات من بلورات وأنه كثيرا ما يرى في الكوارتز كما في النوع المشهور "fléches d’amour' ومعناه أسهم الحب من جريسنس، سويسرا.
صنع الروتيل الصناعي لاول مرة في العام 1948 وكان يباع تحت أسماء مختلفة وكثيرة. والروتيل الصناعي الخالص (جيد النوعية) يكون شفافا ويميل إلى الصفرة. وغلب استعمال الروتيل في صناعة الجواهر المقلدة الرخيصة لانة يعطي بريقا كبريق الالماس نتيجة معامل الانكسار العالي لديه في الضوء.

* الإستخدامات و الأهمية الإقتصادية :

في عام 2005 كانت جمهورية سيراليون تنتج حوالي 23% من الإنتاج العالمي وازدادت هذه النسبة إلى 30% عام 2008 ومخزونها الاحتياطي يقدر ب259 مليون طن ويكفي لـ19 عاما من الاستهلاك العالمي.
يكون الروتيل مجدي اقتصاديا عندما يكون موجود بكميات كبيرة في رمال الشاطئ بشكل رواسب ثقيلة، وعمال المناجم يستخرجون ويفصلون المعادن الثمينة من هذه الرمال كالروتيل والزركون وغيرها. وان الاستخدامات الرئيسية للروتيل هي كصباغ من أهم الاصبغه البيضاء في الكثير من الصناعات كالدهانات والبلاستيك وغيرها أو لإنتاج معدن التيتانيوم صناعيا. وهو مسحوق أبيض رائع للصباغة ويستخدم في الدهانات والبلاستيك والورق والاطعمة وغيرها من التطبيقات التي تتطلب الوانا مشرقة بيضاء.

* صور للروتايل :

* الشكل الكيميائي :

2- الأناتيز Anatase:

هو معدن بلوري ثماني الأوجه Octagonal يشترك مع الروتايل في العديد من الصفات مثل الكثافه و القساوه و اللمعان بينما يختلف عنه في الشكل البلوري و يعد القل وجودا في الطبيعه إذ يوجد كأحد شوائب الروتايل و البروكايت و الكوارتز و المايكا و غيرها من الأكاسيد و السلكات حيث يختلف لونه بني أسود أصفر أزرق باختلاف المعدن الذي يصاحبه .

* صور للأناتيز :

* الشكل الكيميائي للأناتيز :

3- بروكايت Brookite :

معدن بلوري ذو شكل Orthorhombic يندر وجوده في الطبيعه و إذا وجد فانه يكون مصاحبا للاكاسيد و السيلكات مثل الاناتيز و الروتايل و الكوارتز و الهيماتيت و الفلسبار . و يتراوح لونه من البني إلى الأسود المخضر .

* صور للبروكايت :

* الشكل الكيميائي :

4- ثاني أكسيد التيتانيوم - ب TiO2-B:

معدن ابيض أحادي الميل يندر وجوده في الطبيعه إذا وجد فانه يكون مصاحبا للأكاسيد و السلكات .

*عرف ثاني أكسيد التيتانيوم منذ زمن بعيد حيث استخدم بكثره كمبيض في تطبيقات مختلفه . و قد تم مؤخرا باستخدام تقنيات مختلفه تصنيع بلورات نانوية لثاني أكسيد التيتانيوم على هيئه شريحة رقيقة film يتم التحكم بحجمها بتغيير عدد من المتغيرات خلال عملية التحضير حيث تزداد المساحة السطحية لفلم ثاني أكسيد التيتانيوم بتصغير حجم البلورة النانوية و تبعا لذلك تزداد صلابه الشريحة . و تقاس صلابه الفلم باستخدام اختبار فيكر Vickers Hardnees . و لا شك أن زيادة المساحة السطحية و زيادة الصلابة تمثلان ميزتان تجعلان الفلم المكون من بلورات ثاني أكسيد التيتانيوم أكثر ملائمة لتطبيقات حديثة . أهمها تصنيع النبائط النانو إلكترونية .

* يعتبر ثاني أكسيد التيتانيوم أهم ملون (pigment) أبيض معروف في صناعة البلاستيك و الدهانات ، و ترجع أهميته إلى قدرته العالية على عكس الأشعة المرئية مما يعطي بياض و لمعة و قدرة عالية على التغطية . و يتوافر ثاني أكسيد التيتانيوم تجاريا على صورتين بلوريتين ، أناتاس (anatase) و روتايل (rutile) .
و يفضل الروتايل لقدرته الأعلى على عكس الضوء كما أنه أكثر أستقرارا من الأناتاس. و أغلب ثاني أكسيد التيتانيوم المتاح تجاريا يقسم بناءا على حجم حبيباته و التركيب الكيميائي لسطحه . أغلب الأصناف المتاحة تجاريا تعالج بمواد غير عضوية و أحيانا عضوية . و يضاف عليها عادتا السيليكا و الألومينا و التي تساعد على الإنتشار في الماء و بعض المذيبات العضوية .
لماذا ثاني أكسيد التيتانيوم بالذات ؟؟
من المواد المبيضة الشهيرة الليثيبون ، أكسيد الزنك ، كبريتات الزنك ، و حتى كربونات الكالسيوم . و لكن رغم أن ثاني أكسيد التيتانيوم أغلى كثيرا من كل هذه المواد إلا أنه نظرا لبياضه الشديد و تغطيته العالية ، فإنه أفضل هذه المواد خاصتا في الخلطات عالية البياض .
كيف يصنع ثاني أكسيد التيتانيوم ؟؟
يصنع ثاني أكسيد التيتانيوم بإحدى طرقتين صناعيتين ، طريقة الكبريتيك و طريقة الكلوريد ، و كلا الطريقتين يمكن أن يستخدموا في صناعة الروتايل و الأناتاس .
و قد أصبحت طريقة الكلوريد هي الأكثر إنتشارا نظرا لقلة الفاقد منها و جودة المنتج النهائي .
طريقة الكبريتيك :
أستخدمت هذه الطريقة للمرة الأولى في 1931 لإنتاج الأناتاس و لاحقا الروتايل و يتم في هذه الطريق إذابة السبيكة الحاوية على معدن التيتانيوم في حمض الكبريتيك المركز مما يعطي محلول حاوي على خليط من التيتانيوم و الحديد و بعض المعادن الأخرى ذائبة على شكل كبريتات .ثم يتم عمل إختذال لهذا الخليط ثم يتم تنقيته و عمل بلورة ينتج عنها فصل محلول كبريتات الحديدوز ، ثم يتم ترسيب ثاني أكسيد التيتانيوم المتبلور ثم يفلتر و يغسل. بعد ذلك يتم تحميصه للتحكم في حجم بلوراته و شكلها ، و يتم بعد ذلك إضافة الإضافات المناسبة للسطح ثم يفلتر و يغسل ثم يجفف . يطحن بعد ذلك ثم يعبأ في شكائر .

fetio3 + 2 h2so4 à tioso4 + feso4 + 2 h2o

tioso4 + h2o à TiO2 + h2so4

‘طريقة الكلوريد :
أستخدمت هذه الطريقة للمرة الأولى سنة 1950 لإنتاج الروتايل . يتم في هذه الطريقة إجراء تفاعل جاف بين الخام الحاوي على التيتانيوم و غاز الكلورين و الكربون في حرارة عالية و تحت ظروف خاصة لكي ينتج رباعي كلوريد التيتانيوم و بعض كلورات الحديد و المعادن الأخرى ، يتم بعد ذلك فصل رباعي كلوريد التيتانيوم المترسب و تنقيته ثم يتم أكسدته بالأكسجين في حرارة عالية ، و هذه العملية هي التي تحدد حجم البلورات الناتجة و توزيعها و شكلها .

2 fetio3 + 7 cl2 + 3 c à 2 ticl4 + 2 fecl3 + 3 co2

ticl4 + o2 à TiO2 + 2 cl2

و اليوم يزيد حجم الإنتاج الناتج من طرقة الكلورين عن حجم الناتج عن طريقة الكبريتيك .
تنتشر خامة التيتانيوم في العالم بكميات صغيرة و تحتاج إلى معاملات صعبة للإستخراج بسعر تجاري .

[دافئ الإحساس]

اشكرك ع تفاعلك ومواضيعك الهادفة

[dr-ahmad]

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة دافئ الإحساس اشكرك ع تفاعلك ومواضيعك الهادفة

و أنا اشكر مرورك العطر وردك الرائع