Titanyum Nedir, Nerelerde Kullanılır?

Titanyum; bir dönem ‘mükemmel metal’ olarak anılan üstün özelliklere sahip dayanıklı bir metal.

Titanyum, üstün fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip, nadir bulunan element ve stratejik önemde endüstriyel hammaddelerdendir. İşlenmesi çok zor ve pahalıdır. Doğada bulunan en sağlam maddeler arasında yer alır. İnsan dokusu ve kemikleri ile uyum sağlayabildiği için sağlık ürünleri ve tıp alanında kullanımı yaygındır. Metal ve alaşım olarak pigment endüstrisi başta olmak üzere uçaklardan uzay araçlarına, denizaltılardan tencerelere kadar dayanıklı ürünlerin aranan elementidir. Özel olduğu kadar alaşımları ile ilginç özelliklere de bürünen titanyum, stratejik metaller arasında yer alıyor.

Tarihçesi 

Titanyum, son 50 yıldır kullanım alanı gelişen bir metal. İlk olarak 1791 yılında İngiliz kimyager Reverend William Gregor tarafından keşfedilmiş ve izole edilerek tanımlanmış. 1793 yılında Alman kimyager Martin Heinrich Klaproth tarafından Yunan mitolojisindeki toprak tanrıçasının oğulları olan Titanlara atfen bu ad verilmiş. 1910 yılına kadar başarılı bir şekilde izole edilemeyen titanyum, 1950’li yılların başlarında havacılık sektöründe kullanılmaya başlanmış. O dönemlerde “muhteşem metal” olarak nitelenmiş. Teknolojideki gelişmeler sayesinde günümüze kadar birçok ürünün hammaddesi olmuş. 

Kimyasal Özellikleri

Titanyum, üstün kimyasal ve fiziksel özelliklere sahip. Kimyasal sembolü “Ti” olan, element tablosunun 4. alt grubunda yer alan bir geçiş metalidir. Atom numarası 22, atom ağırlığı 47,9, özgül ağırlığı 4,5’tur. Çok serttir, metal hali kuvarsı çizebilir. Hafiftir, kırılgandır, dokusu gümüş beyaz renkte parlaktır. Erime noktası 1660 derece, kaynama noktası ise, 3287 derecedir.

Antimanyetiktir, ısı ve elektrik iletkenliği demirden düşüktür. Asit, tuz ve diğer kimyasal bileşik ve maddelere karşı oldukça dayanıklıdır. Kimyasal ve fiziksel özellikleri zirkonyum ile benzerlik gösterir. Hiçbir mikroorganizma ile reaksiyona girmez, toksik değildir. İnsan vücuduna zarar vermez, alerji yapmaz. Soğuk ve sıcak preslenebilir. Kaynak yapılabilir, torna ve frezede işlenebilir. Azotla yanan az sayıdaki metaller arasındadır. Reaktif bir maddedir, saf olarak elde edilmesi zordur. Düşük yoğunlukludur, yüksek gerilme ve korozyon direncine sahiptir.

Yerkabuğunda en çok bulunan elementler arasında 9. sıradadır. Yerkabuğunun yüzde 0,56’sını içerdiği tahmin edilmektedir. Cevher oluşumu ve yataklanma potansiyeli çok seyrektir ve özel jeolojik şartlara bağlıdır. Titanyum cevher, primer yataklar olarak tabir edilen kayaçlardan ve ikincil (sekonder) yataklar olan plaserlerden (kırıntı) elde edilir. Primer yataklar, likid magmasal evrelerde; ikincil yataklar ise plaserler şeklinde akarsu deltalarında ve sahil kumlarında oluşur. Kimyasal ve fiziksel açıdan en dayanıklı, özgül ağırlığı yüksek titanyum mineralleri, ikincil yataklardan elde edilir. Plaser yatak oluşumlarında mineraller ufalanıp aşınarak parçalanır ve yoğunluklarına göre birbirinden ayrılarak benzer yoğunlukta olanlar farklı bir bölgede birikir. Titanyum mineralleri de bu şekilde parçalanarak belirli bölgelerde birikir ve plaser tipi cevher oluşumları meydana gelir.

Cevher üretiminin çoğu titanyum oksit şeklinde kullanılır. Diğer kullanımları; titanyumdioksit, titanyum metali ve titanokarbit şeklindedir. En önemli titanyum mineralleri rutil (TiO2), ilmenit (FeTiO3) ve anatazdır. Bu üç mineral ticari öneme sahiptir. Diğer titanyum mineralleri ise şunlardır; brukit, sfen, perovskit, titanomanyetit. Akarsuların ve denizin yığdığı alüvyon yataklarında rutil ve ilmenit mineralleri bulunur. 

Nerelerde Kullanılır?

Titanyum, mevcut teknolojilerle işlenmesinin zorluğu sebebiyle pahalı bir metaldir. Bu sebeple kullanım alanları ve tüketimi sınırlıdır. “Metal ve alaşımları”, “oksit ve diğer bileşikleri” şeklinde özel ürünlerde kullanılmaktadır. Titanyum mineralleri kâğıt, plastik ve boya endüstrisinde sık kullanılır.

En beyaz boya pigmenti titanyum oksittir. Titanyum, tüm nesnelerin renklerini oluşturan moleküller olan pigmentlerin üretiminde önemli bir yeri olan elementtir. Titanyum oksit pigmenti; çinko oksit ve kurşun oksit gibi pigmentlerden daha opak yani donuktur, matlığını kaybetmez. Kâğıtların parlaklığını artırır ve saydamlığını azaltır. Bu sebeple fotoğraf kâğıtlarında titanyum pigmenti kullanılır. Dünya titanyum cevheri üretiminin yüzde 91’i ise pigment endüstrisinde (Bu oranın yüzde 57’si boya endüstrisinde kullanılır), yüzde 6’sı ise metal endüstrisinde kullanılmaktadır. Yüzde 3’lük bölüm ise diğer sektörlere dağılmaktadır.

Yüksek ısı ve hızda çalışan titreşimli parçalarda yeri doldurulamaz bir metaldir. Birçok üründe alternatifsizdir. Savunma, uzay ve uçak sanayileri, kimya ve elektrokimya endüstrilerinde dayanıklı metal olarak kullanımı yaygındır. Uzay araçları, uçaklar ve füzelerdeki birçok parçada titanyum izine rastlanır. Zor işlenmesi ve maliyetleri sebebiyle metal olarak özel alanlarda kullanılabiliyor.

Titanyum son yıllarda mutfak ürünlerinin de aranan maddesi haline geldi. Özellikle tava ve tencereler, titanyum ve alaşımları ile üretilmeye başlandı. Sağlıklı pişirme yöntemleri arasında yeni trend olarak mutfaklara giren titanyum ürünler, yapışmaz kaplamalarıyla kolay yemek yapmak için alternatif sunuyor. Hafif, aşınmaz ve ısıya dayanıklı özelliği sebebiyle kaliteli tava ve tencerelerde titanyum tercih ediliyor. Çelik tencerelere oranla yaklaşık yüzde 50 daha hafif, alüminyumdan yüzde 60 daha ağır olan titanyum tencereler, her iki metalden de daha dayanıklı özellikler içeriyor. Titanyumun kimyasal özellikleri sebebiyle hiç yağ kullanmadan yemek pişirilebiliyor.

Titanyumun kullanıldığı diğer ürün ve alanları şöyle sıralayabiliriz; araç motor parçaları, motor türbin kanatları, denizaltı gövdeleri, fabrikaların kimyasal madde üreten bölümleri, kozmetik ürünleri, muşamba, yapak ipek, beyaz mürekkep, renkli cam, seramik, deri ve kumaş boyaları, polietil yani kimyasal maddelere dayanıklı eşyalar, pencere çerçeveleri, kâğıt dolgu ve kaplamaları, kaynak elektrotları, elektrik arkları, vernik, cila, petrokimyasallar, arıtma santralleri, diş implantları, dental malzemeler, protezler, mücevher ve takılar, saatler, gözlük, cep telefonları, fotoğraf makineleri, spor ürünleri…

İlginç Alaşım Nitinol

Titanyum-nikel alaşımı olan nitinol, önemli bir alaşım. Şekli bozulsa bile ısıtıldığında eski halini alabiliyor. Bellek özelliği bulunan nitinol, çok ilginç bir alaşım. Şöyle ki; yüksek sıcaklıklarda alaşıma bir şekil veriliyor, alaşım bellek özelliğiyle şekli hafızasına kaydediyor, daha sonra eğilip bükülse bile hafif bir ısıyla hafızasındaki şekli alabiliyor. Sihirbazların eğip büktüğü kaşıkların sırrı da bu alaşımda gizli; yani bu kaşıklar nitinol alaşımlardan yapılıyor.

Nitinol, tıp sektöründe de kullanılan önemli maddeler arasında yer alıyor. Diş telleri, stentler, robotların parçaları gibi birçok üründe bu alaşımdan faydalanılıyor. İlginç bir bilgi daha; nitinol alaşımlı tellere elektrik verildiğinde boyu kısalıyor. Titanyum; çelik, bakır, vanadyum, molibden ve alüminyum gibi elementlerle de alaşım oluşturabilir. Bu alaşımlar, çok güçlü ve dayanıklı malzemelerin hammaddesidir.

Hangi Ülkelerde Rezerv Vardır?

Dünyadaki toplam titanyum rezervleri konusunda net bilgiler olmamakla birlikte birçok ülkede zengin titanyum yatakları bulunuyor. Tespit edilen rezervler ise dünyadaki titanyum ihtiyacını uzun süre karşılayabilecek kapasitede. Dünyadaki toplam titanyum rezervinin 600 milyon ton civarında olduğu belirtiliyor.

Ekonomik titanyum yataklarının büyük bölümü Kuzey Amerika ve bazı İskandinav ülkelerinde bulunuyor. Avustralya’da çok geniş alana yayılmış, zengin içerikli plaser tipi titanyum rezervleri mevcut.

En çok titanyum yatağı bulunan ülkeler şunlar; Avustralya, Çin, Kanada, Hindistan, Güney Afrika, Norveç, Ukrayna, Brezilya, Amerika Birleşik Devletleri (ABD), Vietnam, Mozambik, Sri Lanka…

Türkiye’de ise ekonomik ve işlenebilir özellikte, kaliteli titanyum yatakları henüz bulunamadı. Ancak 2015 yılında Maden Teknik Arama Ege Bölge Müdürlüğü tarafından Manisa’nın Alaşehir ilçesinde ekonomik değeri yüksek titanyum tespit edildiği açıklandı. Bu açıklamadan sonra bulunan rezervle ilgili ayrıntılı bilgi verilmedi. Primer veya sekonder tipi rezervler henüz tespit edilemediğinden Türkiye, titanyum ihtiyacının tamamını ithalat yoluyla karşılıyor.