تیتانیوم نهمین عنصر رایج در پوسته زمین می باشد. تیتانیوم برای نخستین بار در سال ۱۷۹۱ توسط کشیش معدن شناس انگلیسی، Wiliam Gregor در حالی که بر روی سنگ معدنی مناخان (Menachan)آزمایش انجام می داد کشف گردید. او از این سنگ معدن، یک اکسید فلزی سفیدرنگ  تولید کرد و نام آن را مناخیت (Menachite)گذاشت. چند سال بعد یک شیمیست آلمانی به نام M.H.Klaprpthدی اکسید تیتانیوم  (TiO2)را از سنگ معدنی روتیل  (Rutile)  جدا ساخت و آن را با الهام از تیتان که یکی از اساطیر یونان بود تیتانیوم  نام نهاد.

تیتانیوم با عدد اتمی ۲۲ و نشانه Ti در گروه چهارم عناصر واسطه در جدول تناوبی قرار دارد. تیتانیوم یک عنصر فلزی براق-نقره ای با دانسیته پایین، با استحکام خوب و مقاومت در مقابل خوردگی بسیار عالی، هدایت الکتریکی و حرارتی بسیار پایین و پارامغناطیس است. تیتانیوم به اندازه فولاد دارای استحکام ولی ۴۵% سبکتر از آن می باشد. ۶۰% سنگین تر از آلومینیوم اما دو برابر قوی تر می باشد. تیتانیوم ضریب انبساط  و هدایت حرارتی کمتر از آلیاژ آلومینیوم و فولاد دارد. تیتانیوم خالص قابل انعطاف و چکش خوار است ولی وقتی با عناصر دیگر مانند کربن و نیتروژن آلوده شود شکننده می گردد. تیتانیوم به دلیل میل ترکیبی قوی که با اکسیژن، نیتروژن و کربن دارد به صورت خالص در طبیعت وجود ندارد. مهم ترین سنگ معدن تیتانیوم که به صورت طبیعی در طبیعت وجود دارد سنگ معدن ایلمنیت(Ilmenite)شکل ۱ است که به صورت (FeTiO3یا FeO∙TiO2) و دارای خلوص حدود ۴۰ تا ۶۵ % (TiO2) می باشد. صورت دیگر آن به صورت سنگ معدن روتیل (Rutile) شکل۲ است که دارای خلوص ۹۵% (TiO2) می باشد.

سایت اصلی

 

عمده‌ترین مصرف تیتانیوم در صنایع به دو صورت فلزی و دی‌اکسید تیتانیوم می‌باشد. امروزه فلز تیتانیوم به دلیل اینکه در محیط‌های فرسایشی بسیار مقاوم است به عنوان یک فلز استراتژیک در موتور و ساختمان داخلی هواپیما، تجهیزات حمل و نقل، صنایع شیمیایی، واحدهای مولد برق، صنایع آلیاژی، ساخت زیر دریایی‌ها، کارخانه‌های ساخت مواد شیمیایی، دستگاه‌های خنک‌کننده نیروگاه‌های اتمی و حرارتی و ده‌ها مورد دیگر کاربرد دارد. مصرف اکسید آن به صورت TiO2 در صنعت کاربرد بسیار گسترده‌ای دارد، به‌طوری‌که ۹۰ درصد از صنایع اولیه، مصرف‌کننده اکسید تیتانیوم می‌باشد. دی اکسید تیتانیوم در کرم‌های (لوسیون‌ها) ضد آفتاب استفاده می‌شود که ناشی از توانایی آن در حفاظت پوست می‌باشد. دی‌اکسید تیتانیوم یک رنـگدانه برتر سفید رنـگ با ضـریب شـکـست ۲/۵۵–۲/۸ است. مقاومت، درخشندگی، پایداری شیمیایی و مقاومت در برابر اشعه ی ماورای بنفش، غیرسمی بودن و پایداری در یک محدوده‌ ی دمایی وسیع و قیمت مناسب آن سبب شده تا از آن در کاغذ، رنگ، پلاستیک، لاستیک، سرامیک، پارچه و مواد آرایشی استفاده شود. مصرف عمده دی‌اکسید تیتانیوم در صنایع رنگ‌سازی به عنوان رنگدانه می‌باشد و همچنین این ماده در صنایع سرامیک، پلاستیک، کاغذ و الکترونیک کاربرد دارد.
برای تولید دی اکسید تیتانیم دو روش وجود دارد : ۱- فرآیند سولفات ۲- فرآیند کلر
۱- در فرآیند سولفات به طور معمول از سنگ معدن ایلمنیت که حاوی FeTiO3 است استفاده می شود. در این فرآیند سنگ معدن پس از خرد شدن در اسید سولفوریک غلیظ حل می شود تا مخلوطی از سولفات را تشکیل دهد.

FeTiO3 + 2H2SO4 → FeSO4 + TiOSO4 + 2H2O

در این مرحله پساب سولفات آهن از محلول خارج می شود. به دلیل اینکه سولفات آهن در دمای پایین نامحلول است، محلول را تا دمای ۱۵ درجه سیلسیوس سرد کرده و کریستالهای سولفات آهن تشکیل و از محلول جدا می شوند.
محلول باقی مانده را تا دمای ۱۱۰ درجه سیلسیوس حرارت داده تا سولفات تیتانیوم اکسید  (TiOSO4) هیدرولیز شود.

TiOSO4 + (n+1)H2O → TiO2•nH2O + H2SO4

در این مرحله اسید سولفوریک و رسوب ژل مانند دی اکسید تیتانیوم هیدراته تشکیل می شود. در مرحله آخر دی اکسید تیتانیوم هیدراته در یک کوره دوار حرارت داده شده تا زمانی که آب خود را از دست بدهد و تبدیل به کریستال های روتیل (rutile) یا آناتاز (anatase) (که دو شکل از دی اکسید تیتانیوم است ) شود.

TiO2•nH2O → TiO2 + nH2O

فرآیند سولفات به مقادیر بسیار زیادی از اسید سولفوریک نیاز دارد و همچنین باعث تولید مقادیر بسیار زیادی پساب اسید سولفوریک می شود که میتواند برای محیط زیست مضر باشد.
۲- در فرآیند کلر سنگ معدن روتیل که دارای خلوص بالای ۷۰% TiO2می باشد را به وسیله منبعی از کربن گرما داده تا پخته شود و سپس به وسیله گاز کلر اکسید می کنند تا تبدیل به بخار کلرید تیتانیوم شود .(TiCl4)

TiO2 + C → Ti + CO2
Ti + 2Cl2 → TiCl4

در این مرحله آهن و سایر فلزات در سنگ معدن، کلرینه شده و همراه تیتانیوم وارد فاز بخار می شوند. اکسیژن موجود در سنگ معدن با کربن مخلوط شده و تولید مونو و دی اکسید کربن می نماید. سپس جریان بخار، خنک شده تا کلرید های فلزی به غیر از کلرید تیتانیوم به صورت جامد در آیند. بخار باقی مانده که حاوی کلرید تیتانیوم خالص است به دلیل اینکه نقطه جوش پایین تر دارد نیز کندانس شده و به صورت مایع جمع آوری می شود و دوباره جوشانده و کندانس می شود تا یک محصول با خلوص بالا برای مرحله بعد به دست آید.
کلرید تیتانیوم مایع به وسیله یک منبع سوخت هیدروکربنی مثل متان به همراه اکسیژن خالص در دمای ۱۲۰۰-۱۷۰۰ درجه سیلسیوس واکنش داده و دی اکسید تیتانیوم تولید می کند.

TiCl4 + O2 → TiO2 + ۲Cl2

دی اکسید تیتانیوم تولید شده به صورت کریستالهای جامد سفید رنگی است که در داخل جریانی از بخار ناخالصی ها قرار دارد و بایستی توسط فیلترهای مخصوص یا به وسیله سیکلون فیلتر شود.
فرآیند تولید دی اکسید تیتانیوم از دهه ۱۹۹۰ به عنوان یک روش اقتصادی و زیست محیطی مورد توجه قرار گرفته است.