Titanium terbuat dari apa?
Dalam bidang-tercanggih seperti ruang angkasa, eksplorasi-laut dalam, dan implan medis, logam-putih keperakan sering terlihat-logam ini dapat tahan terhadap suhu 3000 derajat dalam mesin roket, menyatu sempurna dengan tulang pada persendian manusia, dan tahan terhadap korosi air laut di bawah tekanan tinggi laut dalam. Bahan yang disebut sebagai "logam luar angkasa" ini adalah titanium. Dari mineral jauh di dalam bumi hingga-bahan berpresisi tinggi di tangan manusia, penciptaan titanium mewujudkan kearifan industri modern, dan proses pembuatannya dianggap sebagai "permata mahkota" di bidang metalurgi kimia.
Bahan baku Titanium tidak langsung berasal dari unsur logam, melainkan dari mineral seperti ilmenit dan rutil yang terdapat di alam. Mengambil ilmenit (FeTiO₃) sebagai contoh, titanium ada dalam bentuk titanium dioksida (TiO₂) dalam bijih hitam ini, tetapi kandungan pengotornya mencapai 40% atau lebih. Industri modern menggunakan teknologi peleburan tungku listrik untuk mencampur ilmenit dengan kokas dan memanaskannya hingga 1600 derajat, mereduksi oksida besi menjadi besi cair. Bahan cair yang tersisa didinginkan dan dihancurkan untuk mendapatkan terak titanium tinggi yang mengandung lebih dari 90% titanium dioksida. Bahan kaya titanium-ini kemudian diproses melalui proses klorinasi: dalam tungku klorinasi unggun terfluidisasi, terak-titanium tinggi bereaksi dengan klorin dan kokas pada suhu 1000 derajat untuk menghasilkan gas titanium tetraklorida (TiCl₄), yang kemudian dikumpulkan melalui kondensasi untuk mendapatkan produk cair dengan kemurnian lebih dari 99,5%. Proses ini seperti "keajaiban pemurnian kimia", yang menghilangkan titanium dari sistem mineral kompleks di dalam bijih.
Setelah mendapatkan titanium tetraklorida, tantangan sebenarnya dimulai. Karena titanium mudah bereaksi dengan oksigen, nitrogen, dan karbon pada suhu tinggi, industri ini menggunakan metode reduksi magnesiotermal dalam lingkungan tertutup untuk melakukan transformasi penting: uap titanium tetraklorida dimasukkan ke dalam reaktor baja tahan karat berisi argon-yang kemudian mengalami reaksi perpindahan dengan magnesium cair pada suhu 800 derajat , menghasilkan titanium spons dan magnesium klorida. Reaksi yang tampak sederhana ini sebenarnya menyembunyikan rahasia-magnesium klorida yang dihasilkan dalam reaksi melapisi permukaan partikel titanium, sehingga menghambat kelanjutan reaksi. Untuk mengatasi hal ini, para insinyur mengembangkan "teknologi reaksi fluidized bed," menggunakan pengadukan gas untuk memastikan kontak yang cukup antara reaktan, sehingga meningkatkan efisiensi reaksi hingga lebih dari 90%. Setelah reaksi, spons titanium perlu disuling dan dipisahkan dalam lingkungan vakum pada suhu 1000 derajat untuk mendapatkan spons titanium dengan porositas 70% dan kemurnian 99,7%.
Dari spons titanium hingga bahan praktis, satu rintangan terakhir harus diatasi: peleburan. Oksigen dalam bahan tahan api tradisional bereaksi hebat dengan titanium cair, menyebabkan bahan tersebut menjadi rapuh. Pada tahun 1956, ilmuwan Amerika menemukan tungku busur listrik wadah tembaga berpendingin air-: air pendingin yang bersirkulasi dilewatkan melalui dinding bagian dalam wadah tembaga untuk menjaga dinding luar pada suhu rendah, sedangkan area tengah dipanaskan hingga 1700 derajat oleh busur listrik. Saat titanium spons meleleh, titanium cair secara alami akan tenggelam karena perbedaan kepadatannya dan segera membeku saat bersentuhan dengan dinding tembaga, membentuk batangan titanium-bebas polusi. Terobosan dalam teknologi "peleburan dinding dingin" ini memungkinkan umat manusia memperoleh-batang titanium berukuran besar untuk pertama kalinya, yang meletakkan dasar bagi pembuatan komponen-komponen penting seperti bilah mesin pesawat terbang dan-lambung kapal selam laut dalam.
Industri titanium modern telah membentuk rantai industri yang lengkap: mulai dari benefisiasi ilmenit hingga persiapan terak titanium-tinggi, dari pemurnian titanium tetraklorida hingga produksi titanium spons, dan terakhir hingga batangan titanium yang diperoleh melalui peleburan busur yang dapat dikonsumsi secara vakum. Sebagai produsen titanium terbesar di dunia, produksi titanium spons Tiongkok mencapai 150.000 ton pada tahun 2023, atau mencakup lebih dari 60% total produksi global. Di Pangkalan Industri Titanium Nasional Baoji, tungku peleburan vakum berdiameter 3{11}}meter dapat menghasilkan 60 ton batangan titanium sekaligus. Dengan menggunakan teknologi peleburan tungku perapian dingin berkas elektron, kandungan pengotor bahan titanium dapat dikontrol di bawah 0,01%, sehingga memenuhi standar tingkat ruang angkasa. Bahan titanium ini, setelah proses penempaan, penggulungan, dan penarikan, dapat dibuat menjadi foil dengan ketebalan 0,05 mm dan kabel dengan diameter 0,03 mm, memenuhi beragam kebutuhan mulai dari sambungan buatan hingga antena satelit.
Dari bijih besi bawah tanah hingga jet tempur yang terbang di angkasa, perjalanan transformasi titanium menjadi saksi eksplorasi mendalam umat manusia terhadap ilmu material. Logam ini, dengan kepadatan hanya 45% dari baja namun memiliki kekuatan yang sebanding, membentuk kembali batas-batas industri modern dengan karakteristik uniknya yang "ringan dan-kekuatan tinggi". Dengan terobosan dalam teknologi paduan titanium pencetakan 3D dan pengembangan paduan titanium-aluminium ringan, bidang penerapan material titanium terus berkembang. Di masa depan, "logam luar angkasa" ini dapat memasuki rumah tangga biasa, bersinar terang di bidang-bidang seperti kendaraan energi baru dan perangkat pintar yang dapat dipakai, melanjutkan bab legendaris dalam ilmu material.
