التيتانيوم.. معدن المستقبل

على الرغم من خصائصه الفائقة عند مقارنته بالفولاذ المقاوم للصدأ والألومنيوم، يتم إنتاج التيتانيوم واستخدامه على نطاق صغير نسبيًا.

تطبيقاته الحالية عالية التخصص، بدءًا من محركات الطائرات التوربينية إلى الغرسات الطبية والمركبات العسكرية.

ما هو معدن التيتانيوم؟

التيتانيوم هو عنصرٌ كيميائي ومن الفلزّات الانتقالية ذو لون فضّي لامع، وهو خفيف ومتين ومقاوم للتآكل حتّى في الظروف القاسية، مثلما هو الحال في ماء البحر والماء الملكي والكلور على سبيل المثال.

ويعود اكتشاف التيتانيوم إلى سنة 1791 حينما اكتشف وليام غريغور هذا العنصر في موقع في مقاطعة كورنوال البريطانية، وأطلق مارتن كلابروت عليه اسم تيتانيوم.

ويتوفّر التيتانيوم في عددٍ من المعادن، وخاصّةً الروتيل والإلمينيت، وهي معادن واسعة الانتشار في القشرة الأرضية وفي غلاف الأرض الصخري.

ويمكن للتيتانيوم أن يسبك مع عدد من الفلزّات الأخرى، مثل الحديد والألومنيوم، ولسبائك التيتانيوم عددٌ كبير من التطبيقات المهمّة في مجالات مختلفة، مثل صناعة الطيران والفضاء وفي الصناعات الكيميائية والعسكرية وفي صناعة المركبات، وكذلك في المجال الطبّي، وخاصّةً في مجال الأطراف الاصطناعية وزراعة العظام.

وتم الحصول على فلز التيتانيوم النقي أوّل مرّة سنة 1910. ولم يستخدم التيتانيوم خارج المختبرات حتّى سنة 1932، عندما أنتج وليام كرول هذا الفلز باستخدام الكالسيوم أوّلاً؛ ثمّ طوّر من عمليته بعد مضي ثمانِ سنوات مستخدماً مزيجاً من المغنيسيوم مع الصوديوم عاملاً للاختزال، فيما يعرف الآن باسم “عملية كرول”، ولا تزال هذه العملية مستخدمة من أجل الإنتاج التجاري من التيتانيوم.

إنتاج التيتانيوم مقابل الفولاذ المقاوم للصدأ والألومنيوم

إن التكلفة العالية للتيتانيوم تحد من تطبيقاته وحجم الإنتاج. وفي الواقع، يشكل إنتاج معدن التيتانيوم العالمي أقل من 1٪ من إنتاج الألومنيوم والفولاذ.

التيتانيوم مكلف لأنه لا يزال معالجًا وصقلًا باستخدام عملية Kroll التي تبلغ من العمر 80 عامًا. اخترع عالم المعادن وليام كرول في عام 1940، عملية كرول معقدة، وكثيفة الاستهلاك للطاقة، وكثيفة الكربون.

في حين أن التيتانيوم المنتج باستخدام عملية Kroll غير اقتصادي للاستخدامات على نطاق واسع، يمكن أن يبدأ التيتانيوم ذو التكلفة التنافسية والمنتجة بشكل مستدام في عصر التيتانيوم الجديد.

أسواق النمو “التنافسية” للتيتانيوم

يتمتع التيتانيوم بإمكانيات نمو غير مستغلة في العديد من الأسواق، ولكن تبرز أربع صناعات قائمة عليه:

– الفضاء: نسبة القوة إلى الوزن العالية للتيتانيوم ونقطة الانصهار العالية تجعله مادة مهمة لاستكشاف الفضاء. ينمو اقتصاد الفضاء العالمي بشكل كبير؛ حيث من المتوقع أن تتجاوز عائدات صناعة الفضاء تريليون دولار بحلول عام 2040 وفقًا لبنك مورغان ستانلي.

– الاستهلاك الإلكتروني: في الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية المتطورة مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف الذكية، يسمح التيتانيوم بمنتجات أقوى وأخف وزنًا وأقل سمكًا.

– السيارات الكهربائية: تسمح خصائص التيتانيوم بإمكانية تقليل وزن المركبات الكهربائية بشكل كبير، وتحسين كفاءة البطارية ومداها. ويستخدم الموديل S من “تسلا” واقيًا من التيتانيوم لحماية السيارة من التلف على جانب الطريق، وذلك بفضل نسبة القوة إلى الوزن الاستثنائية للمعدن.

– السلع الفاخرة: إن متانة التيتانيوم وخصائصه المضادة للتآكل تجعله منتجًا متميزًا مطلوبًا بشكل متزايد للسلع الفاخرة، بما في ذلك الساعات.

فجر عصر التيتانيوم

التيتانيوم قوي مثل الفولاذ وأخف بنسبة 45% وقوة ضعف الألومنيوم. ومع ذلك، فإنه لم يبلغ بعد إمكاناته التنافسية بسبب ارتفاع تكاليف الإنتاج.

من خلال الإنتاج بتكلفة تنافسية، يمكن للتيتانيوم أن يحل محل الفولاذ المقاوم للصدأ والألومنيوم، مما يجعل العديد من المنتجات أقوى و/أو أخف وزنًا.

وتنتج الصين أعلى كمية من التيتانيوم في العالم، وتنتج نحو ضعف ما تنتجه روسيا ثاني أكبر منتج للمعدن.

كما تعتبر اليابان ثالث أكبر منتج للتيتانيوم يليها كل من كازاخستان وأوكرنيا في المرتبة الرابعة والخامسة على التوالي.

فيما تعمل اليوم شركة IperionX الأمريكية لتكنولوجيا المعادن؛ على تطوير أول سلسلة توريد تيتانيوم معاد تدويره ومنخفضة التكلفة ومنخفضة الكربون في العالم.