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鈦及鈦合金行業

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點擊 2741回答 0 2013-12-31 14:35

什么是鈦

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     從發現鈦元素到制得純品,歷時一百多年。而鈦真正得到利用,認識其本來的真面目,則是20世紀40年代以后的事情了。地球表面十公里厚的地層中,含鈦達千分之六,比銅多61倍,在地殼中的含量排第十位(地殼中元素排行:氧、硅、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂、氫、鈦),隨便從地下抓起一把泥土,其中都含有千分之幾的鈦,世界上儲量超過一千萬噸的鈦礦并不稀罕。地球上有成億噸的砂石,鈦和鋯這兩種比砂石重的礦物,就混雜在砂石中,經過海水千百萬年晝夜不停地淘洗,把比較重的鈦鐵礦和鋯英砂礦沖在一起,在漫長的海岸邊,形成了一片一片的鈦礦層和鋯礦層。這種礦層是一種黑色的砂子,通常有幾厘米到幾十厘米厚。鈦礦石鈦沒有磁性,用鈦建造的核潛艇不必擔心磁性水雷的攻擊。
 
    1947年,人們才開始在工廠里冶煉鈦。當年,產量只有2噸。1955年產量激增到2萬噸。1972年,年產量達到了20萬噸。鈦的屈服強度比鋼鐵要高,而它的重量幾乎只有同體積的鋼鐵的一半,鈦雖然稍稍比鋁重一點,它的屈服強度卻比鋁大2倍。鈦的比強度高于鋁和鋼,比模量與鋁、鋼十分接近。在宇宙火箭和導彈中,就大量用鈦代替鋼鐵。據統計,世界上每年用于宇宙航行的鈦,已達一千噸以上。極細的鈦粉,還是火箭的好燃料,所以鈦被譽為宇宙金屬,空間金屬。鈦在高溫下極易和空氣發生反應,但熔點高達1668℃。在常溫下,鈦可以安然無恙地躺在各種強酸強堿的溶液中,就連王水也不能腐蝕它。鈦不怕海水,有人曾把一塊鈦沉到海底,五年以后取上來一看,上面粘了許多小動物與海底植物,卻一點也沒有生銹,依舊亮閃閃的。人們開始用鈦來制造潛艇——鈦潛艇。由于鈦非常結實,能承受很高的壓力,這種潛艇可以在深達4500米的深海中航行。
 
    3鈦的用途鈦柱鈦是一種化學元素,化學符號Ti,原子序數22,是一種銀白色的過渡金屬,其特征為重量輕、強度高、具金屬光澤,亦有良好的抗腐蝕能力(包括海水、王水及氯氣)。由于其穩定的化學性質,良好的耐高溫、耐低溫、抗強酸、抗強堿,以及高強度、低密度,被美譽為“太空金屬”[2]。鈦于1791年由格雷戈爾(William Gregor)于英國康沃爾郡發現,并由克拉普羅特(Martin Heinrich Klaproth)用希臘神話的泰坦為其命名。鈦被認為是一種稀有金屬,這是由于在自然界中其存在分散并難于提取。但其相對豐度在所有元素中居第十位。[3]鈦的礦石主要有鈦鐵礦及金紅石,廣布于地殼及巖石圈之中。鈦亦同時存在于幾乎所有生物、巖石、水體及土壤中[4]。從主要礦石中萃取出鈦需要用到克羅爾法[5]或亨特法。鈦最常見的化合物,二氧化鈦可用于制造白色顏料[6]。其他化合物還包括四氯化鈦(TiCl4)(作催化劑及用于制造煙幕或空中文字)及三氯化鈦(TiCl3)(用于催化聚丙烯的生產)[4]。鈦能與鐵、鋁、釩或鉬等其他元素熔成合金,造出高強度的輕合金,在各方面有著廣泛的應用,包括航天(噴氣發動機、導彈及航天器)、軍事、工業程序(化工與石油制品、海水淡化及造紙)、汽車、農產食品、醫學(義肢、骨科移植及牙科器械與填充物)、運動用品、珠寶及手機等等。[4]。鈦最有用的兩個特性是,抗腐蝕性,及金屬中最高的強度-重量比[7]。在非合金的狀態下,鈦的強度跟某些鋼相若,但卻還要輕45%[8]。有兩種同素異形體[9]和五種天然的同位素,由Ti到Ti,其中豐度最高的是Ti(73.8%)[10]。鈦的化學性質及物理性質和鋯相似,這是因為兩者的價電子數目相同,并于元素周期表中同屬一族。在地殼中,鈦的儲量僅次于鐵、鋁、鎂,居第四位。由于鈦具有熔點高、比重小、比強度高、韌性好、抗疲勞、耐腐蝕、導熱系數低、高低溫度耐受性能好、在急冷急熱條件下應力小等特點,其商業價值在二十世紀五十年代開始被人們認識,被應用于航空、航天等高科技領域。隨著不斷向化工、石油、電力、海水淡化、建筑、日常生活用品等行業推廣,鈦金屬日益被人們重視,被譽為“現代金屬”和“戰略金屬”,是提高國防裝備水平不可或缺的重要戰略物資。衡量一個國家鈦工業規模有兩個重要指標:海綿鈦產量和鈦材產量,其中海綿鈦產量反映原料生產能力,鈦材產量反映的是深加工能力。鈦工業已形成中國、美國、獨聯體、日本和歐洲五大生產和消費主體。中國鈦工業于1954年起步,經過試驗研究、工業化生產的定點布局、應用推廣和不斷的技術進步逐步發展起來。特別是21世紀以來,在國家需求的拉動下,在改革開放政策的推動下,中國鈦工業更是突飛猛進。
 
    2011年是我國“十二五”規劃的第一年,在這一年里,我國海綿鈦和鈦加工材的產量繼續慣性增長。根據中國有色金屬工業協會鈦鋯鉿分會統計,國內14家海綿鈦生產企業2011年總產量為64952t,同比增加了12.4%。根據30家企業的統計,2011年中國共生產鈦加工材50962t,同比增長33.0%。
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