Des chercheurs de l'Université de Tokyo ont développé une nouvelle méthode permettant de produire du titane avec une teneur minimale en oxygène, réduisant ainsi considérablement les coûts de production. Leur étude introduit un procédé rentable utilisant l’yttrium pour abaisser les niveaux d’oxygène à 0,02 % en masse. Cette avancée pourrait permettre une utilisation industrielle plus large du titane, même si la présence d'yttrium, jusqu'à 1 % en masse dans l'alliage de titane, pose un défi qu'il convient de relever pour exploiter pleinement les applications potentielles dans l'industrie manufacturière.
Une nouvelle méthode développée par des chercheurs de Tokyo réduit considérablement le coût de production du titane à faible teneur en oxygène, promettant une utilisation industrielle plus large une fois les problèmes de contamination par l'yttrium résolus.
Le titane est le neuvième élément le plus abondant dans la croûte terrestre, mais les produits fabriqués à partir de titane pur sont rares en raison du coût élevé de l'extraction de l'oxygène du minerai de titane. La réduction de ces coûts pourrait inciter les fabricants à exploiter plus largement les propriétés bénéfiques du titane dans leurs produits.
Or, dans une étude récemment publiée dans Communications naturelles, des chercheurs de l'Institut des sciences industrielles de l'Université de Tokyo ont développé un procédé qui réduit le coût de production de titane presque entièrement exempt d'oxygène. Ce protocole d’élimination de l’oxygène pourrait bénéficier au développement technologique et à la durabilité environnementale.
Propriétés et défis du titane
Le titane est un matériau incroyablement polyvalent car non seulement il résiste généralement aux dommages chimiques, mais il est également solide et léger. Par exemple, sa légèreté par rapport à d'autres métaux explique pourquoi le cadre de base des iPhones modernes est en titane. alliagemalgré l'augmentation du coût.
Des chercheurs de l'Institut des sciences industrielles de l'Université de Tokyo ont réussi à éliminer efficacement l'oxygène du titane à haute concentration en oxygène, ce qui pourrait contribuer à réduire le coût de production d'un métal par ailleurs polyvalent. Crédit : Institut des sciences industrielles, Université de Tokyo
Malheureusement, la production de titane ultra pur est nettement plus coûteuse que la fabrication d’acier (un alliage de fer) et d’aluminium, en raison de la consommation importante d’énergie et de ressources nécessaires à la préparation de titane de haute pureté. Développer un moyen simple et peu coûteux de le préparer – et faciliter le développement de produits pour l’industrie et les consommateurs ordinaires – est le problème que les chercheurs voulaient résoudre.
Technologie innovante d'élimination de l'oxygène
« L'industrie produit en masse du fer et de l'aluminium, mais pas du titane, en raison des dépenses liées à l'élimination de l'oxygène du minerai », explique Toru H. Okabe, auteur principal de l'étude. « Nous utilisons une technologie innovante basée sur des métaux de terres rares qui élimine l'oxygène du titane jusqu'à 0,02 % par masse. »
Une étape critique du protocole des chercheurs consiste à faire réagir le titane fondu avec de l'yttrium métallique et du trifluorure d'yttrium ou une substance similaire. Le résultat final est un alliage de titane désoxygéné, solide et peu coûteux. L'yttrium ayant réagi peut être recyclé pour une utilisation ultérieure. L'un des points forts des travaux des chercheurs est que même les déchets de titane contenant de grandes quantités d'oxygène peuvent être traités de cette manière.
« Nous sommes enthousiasmés par la polyvalence de notre protocole », déclare Toru H. Okabe. « Le manque de composés intermédiaires et de procédures simples facilitera leur adoption dans l'industrie. »
Ce travail constitue une avancée importante vers une utilisation plus efficace du titane de haute pureté qu’aujourd’hui. Une limitation de ce travail est que le titane désoxygéné résultant contient de l'yttrium, jusqu'à 1 % en masse ; l'yttrium peut influencer les propriétés mécaniques et chimiques de l'alliage de titane. Après avoir résolu le problème de la contamination par l’yttrium, les applications à la fabrication industrielle seront simples.
