Bagaimana titanium dilebur?
Titanium, unsur yang dikenal sebagai "logam antariksa", memainkan peran yang tak tergantikan dalam bidang penerbangan, antariksa, medis, dan bidang lainnya dengan sifat fisik dan kimianya yang unik. Jadi, bagaimana titanium diekstraksi dari bijih bawah tanah yang dalam? Selanjutnya, mari kita mulai perjalanan peleburan titanium ini bersama-sama.
1. Bahan baku titanium
Bahan baku pembuatan titanium metalik sebagian besar adalah rutil, yang mengandung lebih dari 96% titanium dioksida. Negara-negara yang kekurangan tambang rutil menggunakan "terak titanium tinggi" yang terbuat dari ilmenit, yang mengandung sekitar 90% titanium dioksida. Karena kenaikan harga dan berkurangnya cadangan rutil alami, negara-negara cenderung menggunakan ilmenit untuk membuat bahan yang kaya titanium, yaitu terak titanium tinggi dan rutil buatan. Titanium ditemukan pada tahun 1791, tetapi titanium murni pertama diproduksi pada tahun 1910, yang memakan waktu lebih dari seratus tahun. Alasannya adalah titanium sangat aktif pada suhu tinggi dan mudah bergabung dengan unsur-unsur seperti oksigen, nitrogen, dan karbon. Diperlukan kondisi yang sangat keras untuk mengekstrak titanium murni.
2. Langkah-langkah peleburan titanium
Saat melebur titanium, diperlukan langkah-langkah yang rumit. Ubah ilmenit menjadi titanium tetraklorida, masukkan ke dalam tangki baja tahan karat tertutup, isi dengan argon, dan bereaksi dengan logam magnesium untuk mendapatkan "titanium spons". "Titanium spons" yang berpori ini tidak dapat digunakan secara langsung, dan harus dicairkan menjadi cairan dalam tungku listrik sebelum dapat dituang menjadi batangan titanium. Namun, betapa mudahnya membuat tungku listrik seperti itu! Selain udara dalam tungku listrik harus dievakuasi, hal yang lebih merepotkan adalah tidak mungkin menemukan wadah peleburan untuk titanium cair, karena bahan tahan api umum mengandung oksida, dan oksigen di dalamnya akan diambil oleh titanium cair.
3. "Cawan lebur tembaga berpendingin air"
Kemudian, orang akhirnya menemukan tungku listrik dengan "wadah tembaga berpendingin air". Tungku listrik ini hanya memiliki sebagian area tengah yang sangat panas, dan sisanya dingin. Setelah titanium meleleh di tungku listrik, titanium mengalir ke dinding wadah tembaga yang didinginkan oleh air dan segera mengembun menjadi batangan titanium. Metode ini dapat menghasilkan blok titanium dengan berat beberapa ton, tetapi biayanya dapat dibayangkan.
4. Ekstraksi industri titanium dioksida
Dalam industri, titanium dioksida sering diproduksi dengan menguraikan ilmenit dengan asam sulfat, dan kemudian logam titanium diproduksi dari titanium dioksida. Untuk menghilangkan pengotor Fe2(SO4)3, serbuk besi ditambahkan, Fe3+ direduksi menjadi Fe2+, dan kemudian larutan didinginkan hingga di bawah 273K, sehingga FeSO4·7H2O (vitriol hijau) dikristalkan sebagai produk sampingan.
5. Titanium dioksida diproduksi dengan mengkalsinasi asam metatitanat untuk menghasilkan titanium dioksida. Logam titanium diproduksi secara industri dengan mereduksi titanium tetraklorida melalui reduksi termal logam. Titanium dioksida (atau rutil alami) dan bubuk karbon dicampur dan dipanaskan hingga 1000-1100K, diklorinasi, dan uap TiCl4 yang dihasilkan dikondensasikan.
6. Titanium tetraklorida direduksi oleh logam magnesium.
Titanium tetraklorida direduksi oleh logam magnesium dalam gas inert pada rasio molar, dan suhu reaksi dikontrol pada sekitar 900 derajat untuk menghasilkan titanium seperti spons. Produk sampingan magnesium klorida dapat dipisahkan dari titanium dengan pemanasan pada 1000 derajat dalam ruang hampa.
7. Pemurnian
Titanium dioksida dapat direduksi menjadi TiCl4 dalam argon dengan magnesium cair pada suhu 1070K untuk menghasilkan titanium spons berpori. Titanium spons ini dihancurkan, dilebur dalam tungku busur vakum, dan akhirnya dibuat menjadi berbagai bahan titanium. TiCl4 yang diperoleh diurai pada suhu tinggi (sekitar 1250 derajat) menjadi TiCl4=Ti+2Cl2, sehingga diperoleh titanium murni.
Melihat kembali seluruh proses peleburan titanium, kita tidak dapat menahan diri untuk tidak mendesah atas kebesaran kebijaksanaan manusia. Dari bijih yang terkubur dalam di bawah tanah hingga logam titanium yang ringan dan kuat, setiap langkah mewujudkan kebijaksanaan dan keringat dari banyak orang. Kerja keras para pekerja yang tampaknya biasa-biasa saja inilah yang membuat logam mulia titanium banyak digunakan di berbagai bidang dan telah memberikan kontribusi besar bagi kemajuan dan perkembangan masyarakat manusia.
