חוקרים מאוניברסיטת טוקיו פיתחו שיטה חדשה לייצור טיטניום עם תכולת חמצן מינימלית, מה שמפחית משמעותית את עלויות הייצור. המחקר שלהם מציג תהליך חסכוני באמצעות איטריום להורדת רמות החמצן ל-0.02% במסה. פריצת דרך זו יכולה לאפשר שימוש תעשייתי רחב יותר בטיטניום, אם כי הנוכחות של איטריום, עד 1% במסה בסגסוגת הטיטניום, מציבה אתגר שצריך לטפל בו כדי לממש במלואו את היישומים הפוטנציאליים בייצור.
שיטה חדשה שפותחה על ידי חוקרי טוקיו מפחיתה משמעותית את העלות של ייצור טיטניום דל חמצן, ומבטיחה שימוש תעשייתי רחב יותר לאחר פתרון בעיות עם זיהום איטריום.
טיטניום מדורג כיסוד התשיעי בשכיחותו בקרום כדור הארץ, אך מוצרים העשויים מטיטניום טהור הם נדירים בשל העלות הגבוהה של הפקת חמצן מעפרת טיטניום. הפחתת עלויות אלו עשויה לגרום ליצרנים למנף את התכונות המועילות של טיטניום באופן נרחב יותר במוצרים שלהם.
כעת, במחקר שפורסם לאחרונה ב תקשורת טבע, חוקרים מהמכון למדעי התעשייה באוניברסיטת טוקיו, פיתחו הליך שמפחית את העלות של ייצור טיטניום שהוא כמעט נקי מחמצן. פרוטוקול הסרת חמצן זה עשוי להועיל לפיתוח טכנולוגי ולקיימות סביבתית.
מאפיינים ואתגרים של טיטניום
טיטניום הוא חומר רב תכליתי להפליא מכיוון שלא רק שהוא בדרך כלל מתנגד לנזק כימי, הוא חזק אך קל. לדוגמה, קל המשקל שלו בהשוואה למתכות אחרות הוא הסיבה שמסגרת הבסיס של מכשירי אייפון מודרניים מורכבת מטיטניום סַגסוֹגֶתלמרות העלות המוגדלת.
חוקרים מהמכון למדעי התעשייה, אוניברסיטת טוקיו, הסירו ביעילות חמצן מטיטניום בריכוז גבוה של חמצן, מה שעשוי לעזור להפחית את עלות הייצור של מתכת צדדית אחרת. קרדיט: המכון למדעי התעשייה, אוניברסיטת טוקיו
למרבה הצער, ייצור טיטניום טהור במיוחד יקר יותר מייצור פלדה (סגסוגת ברזל) ואלומיניום, בשל שימוש ניכר באנרגיה ומשאבים בהכנת טיטניום בטוהר גבוה. פיתוח דרך זולה וקלה להכין אותו – ולהקל על פיתוח מוצר עבור התעשייה והצרכנים הנפוצים – היא הבעיה אליה החוקרים שאפו לטפל.
טכנולוגיה חדשנית להסרת חמצן
"התעשייה מייצרת המוני ברזל ומתכת אלומיניום – אך לא מתכת טיטניום, בגלל ההוצאות של הוצאת החמצן מהעפרה", מסביר טורו ה. אוקבה, המחבר הראשי של המחקר. "אנחנו משתמשים בטכנולוגיה חדשנית המבוססת על מתכות אדמה נדירות שמסירה חמצן מטיטניום ל-0.02% על בסיס מסה".
שלב קריטי בפרוטוקול החוקרים הוא תגובה של טיטניום מותך עם מתכת איטריום ואיטריום טריפלואוריד או חומר דומה. התוצאה הסופית היא סגסוגת טיטניום מוצקה בעלות נמוכה, נטולת חמצן. ניתן למחזר את האיטריום שהגיב לשימוש נוסף. גולת הכותרת של עבודת החוקרים היא שאפילו גרוטאות טיטניום המכילות כמויות גדולות של חמצן ניתנות לעיבוד בצורה זו.
"אנחנו נרגשים מהרבגוניות של הפרוטוקול שלנו", אומר טורו ה. אוקבה. "היעדר תרכובות ביניים ונהלים פשוטים יקלו על האימוץ בתעשייה."
עבודה זו היא צעד חשוב קדימה בשימוש יעיל יותר בטיטניום בטוהר גבוה מאשר כיום. מגבלה של עבודה זו היא שהטיטניום המסיר מחמצן שנוצר מכיל איטריום, עד 1% במסה; איטריום יכול להשפיע על התכונות המכניות והכימיות של סגסוגת טיטניום. לאחר פתרון בעיית זיהום האיטריום, יישומים לייצור תעשייתי יהיו פשוטים.
