टाइटेनियम को कैसे गलाया जाता है?

टाइटेनियम, जिसे "अंतरिक्ष धातु" के रूप में जाना जाता है, अपने अद्वितीय भौतिक और रासायनिक गुणों के साथ विमानन, एयरोस्पेस, चिकित्सा और अन्य क्षेत्रों में एक अपूरणीय भूमिका निभाता है। तो, गहरे भूमिगत अयस्क से टाइटेनियम कैसे निकाला जाता है? आगे, आइए इस टाइटेनियम गलाने की यात्रा पर एक साथ चलते हैं।

1. टाइटेनियम का कच्चा माल
धातु टाइटेनियम बनाने के लिए कच्चा माल मुख्य रूप से रूटाइल है, जिसमें 96% से अधिक टाइटेनियम डाइऑक्साइड होता है। जिन देशों में रूटाइल खदानों की कमी है, वे इल्मेनाइट से बने "उच्च टाइटेनियम स्लैग" का उपयोग करते हैं, जिसमें लगभग 90% टाइटेनियम डाइऑक्साइड होता है। प्राकृतिक रूटाइल के मूल्य वृद्धि और घटते भंडार के कारण, देश टाइटेनियम युक्त सामग्री, यानी उच्च टाइटेनियम स्लैग और कृत्रिम रूटाइल बनाने के लिए इल्मेनाइट का उपयोग करते हैं। टाइटेनियम की खोज 1791 में हुई थी, लेकिन पहला शुद्ध टाइटेनियम 1910 में बनाया गया था, जिसमें सौ साल से अधिक का समय लगा था। इसका कारण यह है कि टाइटेनियम उच्च तापमान पर बहुत सक्रिय होता है और ऑक्सीजन, नाइट्रोजन और कार्बन जैसे तत्वों के साथ आसानी से मिल जाता है। शुद्ध टाइटेनियम निकालने के लिए बहुत कठोर परिस्थितियों की आवश्यकता होती है।

2. टाइटेनियम प्रगलन चरण
टाइटेनियम को गलाने के लिए जटिल कदम उठाने पड़ते हैं। इल्मेनाइट को टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड में बदलें, इसे सीलबंद स्टेनलेस स्टील टैंक में डालें, इसे आर्गन से भरें, और मैग्नीशियम धातु के साथ प्रतिक्रिया करके "स्पंज टाइटेनियम" प्राप्त करें। इस छिद्रपूर्ण "स्पंज टाइटेनियम" का सीधे उपयोग नहीं किया जा सकता है, और इसे टाइटेनियम सिल्लियों में ढालने से पहले इसे इलेक्ट्रिक भट्टी में पिघलाकर तरल बनाना होगा। लेकिन ऐसी इलेक्ट्रिक भट्टी बनाना कितना आसान है! इलेक्ट्रिक भट्टी में हवा को खाली करने के अलावा, अधिक परेशानी वाली बात यह है कि लिक्विड टाइटेनियम के लिए क्रूसिबल ढूंढना असंभव है, क्योंकि सामान्य दुर्दम्य सामग्रियों में ऑक्साइड होते हैं, और उनमें मौजूद ऑक्सीजन लिक्विड टाइटेनियम द्वारा दूर ले जाया जाएगा।

3. "जल-शीतित ताँबे का क्रूसिबल"
बाद में, लोगों ने आखिरकार "पानी से ठंडा तांबे के क्रूसिबल" के साथ एक इलेक्ट्रिक भट्टी का आविष्कार किया। इस इलेक्ट्रिक भट्टी में केंद्रीय क्षेत्र का केवल एक हिस्सा बहुत गर्म होता है, और बाकी ठंडा होता है। इलेक्ट्रिक भट्टी में टाइटेनियम पिघलने के बाद, यह पानी से ठंडा किए गए तांबे के क्रूसिबल की दीवार पर बहता है और तुरंत टाइटेनियम पिंड में संघनित हो जाता है। इस विधि से कई टन वजन वाले टाइटेनियम ब्लॉक का उत्पादन किया जा सकता है, लेकिन इसकी लागत की कल्पना की जा सकती है।

4. टाइटेनियम डाइऑक्साइड का औद्योगिक निष्कर्षण
उद्योग में, टाइटेनियम डाइऑक्साइड अक्सर सल्फ्यूरिक एसिड के साथ इल्मेनाइट को विघटित करके बनाया जाता है, और फिर टाइटेनियम डाइऑक्साइड से टाइटेनियम धातु का उत्पादन किया जाता है। अशुद्धता Fe2(SO4)3 को हटाने के लिए, लोहे के बुरादे को मिलाया जाता है, Fe3+ को Fe2+ में कम किया जाता है, और फिर घोल को 273K से नीचे ठंडा किया जाता है, ताकि FeSO4·7H2O (हरा विट्रियल) एक उपोत्पाद के रूप में क्रिस्टलीकृत हो जाए।

5. टाइटेनियम डाइऑक्साइड का उत्पादन मेटाटाइटेनिक एसिड को कैल्सीन करके टाइटेनियम डाइऑक्साइड बनाने के लिए किया जाता है। टाइटेनियम धातु का उत्पादन औद्योगिक रूप से टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड को धातु थर्मल रिडक्शन द्वारा कम करके किया जाता है। टाइटेनियम डाइऑक्साइड (या प्राकृतिक रूटाइल) और कार्बन पाउडर को मिलाया जाता है और 1000-1100K तक गर्म किया जाता है, क्लोरीनेट किया जाता है, और उत्पन्न TiCl4 वाष्प को संघनित किया जाता है।

6. टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड को मैग्नीशियम धातु द्वारा अपचयित किया जाता है।
टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड को मैग्नीशियम धातु द्वारा अक्रिय गैस में मोलर अनुपात में कम किया जाता है, तथा स्पंज जैसा टाइटेनियम बनाने के लिए प्रतिक्रिया तापमान को लगभग 900 डिग्री पर नियंत्रित किया जाता है। उपोत्पाद मैग्नीशियम क्लोराइड को निर्वात में 1000 डिग्री पर गर्म करके टाइटेनियम से अलग किया जा सकता है।

7. शुद्धिकरण
टाइटेनियम डाइऑक्साइड को 1070K पर पिघले हुए मैग्नीशियम के साथ आर्गन में TiCl4 में कम किया जा सकता है, जिससे छिद्रपूर्ण स्पंज टाइटेनियम का उत्पादन होता है। इस स्पंज टाइटेनियम को कुचला जाता है, वैक्यूम आर्क भट्टी में गलाया जाता है, और अंत में विभिन्न टाइटेनियम सामग्री में बनाया जाता है। प्राप्त TiCI4 को उच्च तापमान (लगभग 1250 डिग्री) पर TiCI4=Ti+2CI2 में विघटित किया जाता है, जिससे शुद्ध टाइटेनियम प्राप्त होता है।

टाइटेनियम गलाने की पूरी प्रक्रिया को देखते हुए, हम मानवीय बुद्धिमत्ता की महानता पर आहें भरने से खुद को रोक नहीं पाते। गहरे भूमिगत अयस्क से लेकर हल्के और सख्त धातु टाइटेनियम तक, हर कदम अनगिनत लोगों की बुद्धिमत्ता और पसीने का प्रतीक है। यह इन साधारण दिखने वाले श्रमिकों की कड़ी मेहनत है जो कीमती धातु टाइटेनियम को विभिन्न क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग करती है और मानव समाज की प्रगति और विकास में महान योगदान देती है।