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  是一种化学元素,化学符号Ti,原子序数22,在化学元素周期表中位于第4周期、第IVB族。是一种银白色的过渡金属,其特征为重量轻、强度高、具金属光泽,耐湿氯气腐蚀。但钛不能应用于干氯气中,即使是温度0℃以下的干氯气,也会发生剧烈的化学反应,生成四氯化钛,再分解生成二氯化钛,甚至燃烧。只有当氯气中的含水量高于0.5%的时候,钛在其中才能保持可靠的稳定性。

  一.含量

  地球表面十公里厚的地层中,含钛达千分之六,比铜多61倍,在地壳中的含量排第十位(地壳中元素排行:氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢、钛),随便从地下抓起一把泥土,其中都含有千分之几的钛,世界上储量超过一千万吨的钛矿并不稀罕。

  地球上有成亿吨的砂石,钛和锆这两种比砂石重的矿物,就混杂在砂石中,经过海水千百万年昼夜不停地淘洗,把比较重的钛铁矿和锆英砂矿冲在一起,在漫长的海岸边,形成了一片一片的钛矿层和锆矿层。这种矿层是一种黑色的砂子,通常有几厘米到几十厘米厚。

  钛没有铁磁性,用钛建造的核潜艇不必担心磁性水雷的攻击。

  二.分布

  1.元素来源

  钛属于稀有金属,实际上钛并不稀有,其在地壳中的丰度占第七位,占0.45%,远远高于许多常见的金属。但由于钛的性质活泼,对冶炼工艺要求高,使得人们长期无法制得大量的钛,从而被归类为“稀有”的金属。用于冶炼钛的矿物主要有钛铁矿(FeTiO3)、金红石(TiO2)和钙钛矿等。矿石经处理得到易挥发的四氯化钛,再用镁还原而制得纯钛。

  2.地理分布

  中国钛资源总量9.65亿吨,居世界之首,占世界探明储量的38.85%,主要集中在四川、云南、广东、广西及海南等地,其中攀西(攀枝花西昌)地区是中国最大的钛资源基地,钛资源量为8.7亿吨。

  中国探明的钛资源分布在21个省(自治区、直辖市)共108个矿区(图3.5.1及表3.5.4)。主要产区为四川,次有河北、海南、广东、湖北、广西、云南、陕西、山西等省(区)。

  3.总体状况

  若将中国1996年保有钛铁矿砂矿的A+B+C级矿物储量2147.17万t,按含TiO2 48%折算,则其TiO2储量为1030.64万t,仅占同年世界钛铁矿(TiO2)27000万t的3.83%;若再将其与原生钛磁铁矿岩矿(TiO2)的A+B+C级储量(23 191.50万t)中可利用的约占50%以粒状钛铁矿产出的(TiO2)储量11595.75万t相加,其TiO2总储量为12626.4万t,则占世界钛铁矿(TiO2)储量27000万t的47.76%,从这个意义上说,中国可称为世界钛铁矿资源最丰富的国家。

  若将中国1996年保有金红石矿物的A+B+C级储量73.73万t按含TiO2 94%折算成TiO2储量为69.31万t,再加上同年金红石(TiO2)的A+B+C级储量242.43万t,合计为311.74万t,则占同年世界金红石(TiO2)储量3330万t的9.36%,由此可见中国金红石资源并不丰富。

  三.设备制造

  1.反应釜:由于用户因生产工艺、操作条件不尽相同,夹套加热型式分为电热棒加热、蒸汽加热、导热油循环加热;轴封装置分为填料密封和机械密封;搅拌型式有锚式、浆式、锅轮式、推进式或框式。


  2.冷凝器:列管冷凝器,按材质分为复合钛列管冷凝、钛列管式冷凝器和碳钢与钛混合列管式冷凝三种,按形式分为固定管板式、浮头式、U型管式换热器, 按结构分为单管程、双管程和多管程。

  3.罐:。发酵气的冷却或加热,均由夹套来完成。公称容积为6m3以上时,发酵气的冷却由立式排管来担负,在罐内排管的连接方面我们作了改进。这主要避免在罐体上多开孔,开成死角。这种连续方式在实际使用中得到满意的效果。


  4.冷却器。

  主要用途:主要适用于制药、食品、化工等工业部门对液料的浓缩,并且亦能回收酒精和简单的回流提取。 结构:本设备主要包括浓缩罐、第一冷凝器、汽液分离器、第二冷凝器、冷却器、受液桶六个部件组成,全部有钛制造。浓缩罐为夹套结构,冷凝器为列管式,冷却器为蛇管式。

  四.制取方法

  制取金属钛的原料主要为金红石,其中含TiO2大于96%。缺少金红石矿的国家,例如苏联,则采用钛铁矿制成的"高钛渣",其中含TiO290%左右。因天然金红石涨价和储量日减,各国都趋向于用钛铁矿制成富钛料,即高钛渣和人造金红石。

  钛在1791年被发现,而第一次制得纯净的钛却是在1910年,中间经历了一百余年。原因在于:钛在高温下性质十分活泼,很易和氧、氮、碳等元素化合,要提炼出纯钛需要十分苛刻的条件。

  工业上常用硫酸分解钛铁矿的方法制取二氧化钛,再由二氧化钛制取金属钛。

  工业上制金属钛采用金属热还原法还原四氯化钛。将TiO2(或天然的金红石)和炭粉混合加热至1000~1100K,进行氯化处理,并使生成的TiCl4,蒸气冷凝。

  五.钛及钛合金的特性、用途

  纯钛是银白色的金属,它具有许多优良性能。钛的密度为4.54g/立方厘米,比钢轻43% ,比久负盛名的轻金属镁稍重一些。机械强度却与钢相差不多,比铝大两倍,比镁大五倍。钛耐高温,熔点1942K,比黄金高近1000K ,比钢高近500K。

  液态钛几乎能溶解所有的金属,因此可以和多种金属形成合金。钛加入钢中制得的钛钢坚韧而富有弹性。钛与金属Al、Sb、Be、Cr、Fe等生成填隙式化合物或金属间化合物。

  钛合金制成飞机比其它金属制成同样重的飞机多载旅客100多人。

  钛具有“亲生物”性。在人体内,能抵抗分泌物的腐蚀且无毒,对任何杀菌方法都适应。因此被广泛用于制医疗器械。

  钛在人体中分布广泛,正常人体中的含量为每70kg体重不超过15mg,其作用尚不清楚。但钛能刺激吞噬细胞,使免疫力增强这一作用已被证实。

  钛的化合物及用途


  重要的钛化合物有:二氧化钛(TiO2)、四氯化钛(TiCl4)、偏钛酸钡(BaTiO3)。

  纯净的二氧化钛是白色粉末,是优良的白色颜料,商品名称“钛白”。它兼有铅白(PbCO3)的遮盖性能和锌白(ZnO)的持久性能。因此,人们常把钛白加在油漆中,制成高级白色油漆;在造纸工业中作为填充剂加在纸桨中;纺织工业中作为人造纤维的消光剂;在玻璃、陶瓷、搪瓷工业上作为添加剂,改善其性能;在许多化学反应中用作催化剂。

  四氯化钛TiCl4在军事上作为人造烟雾剂,犹其是用在海洋战争中。在农业上,人们用TiCl4形成的浓雾地面,减少夜间地面热量的散失,保护蔬菜和农作物不受严寒、霜冻的危害。

  人工制得的BaTiO3具有高的介电常数,由它制成的电容器有较大的容量,更重要的是BaTiO3具有显著的“压电性能”,其晶体受压会产生电流,一通电,又会改变形状。人们把它置于超声波中,它受压便产生电流,通过测量电流强弱可测出超声波强弱。几乎所有的超声波仪器中都要用到它。

  钛、钛合金及钛化合物的优良性能促使人类迫切需要它们。然而,生产成本之高,使应用受到限制。我们相信在不久的将来,随着钛的冶炼技术不断改进和提高,钛、钛合金及钛的化合物的应用将会得到更大的发展。

  钛产品:

  钛及钛合金是极其重要的轻质结构材料,在航空、航天、车辆工程、生物医学工程等领域具有非常重要的应用价值和广阔的应用前景。

  类型:碘化钛,工业纯钛, α 型钛, β 型钛, α +β型钛

  六.十大性能

  1.密度小,比强度高

  2.吸气性能好

  3.耐腐蚀性能

  钛是一种非常活泼的金属,其平衡电位很低,在介质中的热力学腐蚀倾向大。但实际上钛在许多介质中很稳定,如钛在氧化性、中性和弱还原性等介质中是耐腐蚀的。这是因为钛和氧有很大的亲和力,在空气中或含氧的介质中,钛表面生成一层致密的、附着力强、惰性大的氧化膜,保护了钛基体不被腐蚀。即使由于机械磨损也会很快自愈或重新再生。这表明了钛是具有强烈钝化倾向的金属。介质温度在315℃以下钛的氧化膜始终保持这一特性。

  4.耐热性能好

  5.耐低温性能好

  6.抗阻尼性能强

  7.无磁性、无毒

  8.抗拉强度与其屈服强度接近

  9.换热性能好

  10.弹性模量低

  七.用途

  在地壳中,钛的储量仅次于铁、铝、镁,居第四位。由于钛具有熔点高、比重小、比强度高、韧性好、抗疲劳、耐腐蚀、导热系数低、高低温度耐受性能好、在急冷急热条件下应力小等特点,其商业价值在二十世纪五十年代开始被人们认识,被应用于航空、航天等高科技领域。随着不断向化工、石油、电力、海水淡化、建筑、日常生活用品等行业推广,钛金属日益被人们重视,被誉为“现代金属”和“战略金属”,是提高国防装备水平不可或缺的重要战略物资。

  衡量一个国家钛工业规模有两个重要指标:海绵钛产量和钛材产量,其中海绵钛产量反映原料生产能力,钛材产量反映的是深加工能力。钛工业已形成中国、美国、独联体、日本和欧洲五大生产和消费主体。

  中国钛工业于1954年起步,经过试验研究、工业化生产的定点布局、应用推广和不断的技术进步逐步发展起来。特别是21世纪以来,在国家需求的拉动下,在改革开放政策的推动下,中国钛工业更是突飞猛进。

  2011年是我国“十二五”规划的第一年,在这一年里,我国海绵钛和钛加工材的产量继续惯性增长。根据中国有色金属工业协会钛锆铪分会统计,国内14家海绵钛生产企业2011年总产量为64952t,同比增加了12.4%。根据30家企业的统计,2011年中国共生产钛加工材50962t,同比增长33.0%。

  钛的强度大,纯钛抗拉强度最高可达180kg/mm2。有些钢的强度高于钛合金,但钛合金的比强度(抗拉强度和密度之比)却超过优质钢。钛合金有好的耐热强度、低温韧性和断裂韧性,故多用作飞机发动机零件和火箭、导弹结构件。钛合金还可作燃料和氧化剂的储箱以及高压容器。已有用钛合金制造自动步枪,迫击炮座板及无后座力炮的发射管。在石油工业上主要作各种容器、反应器、热交换器、蒸馏塔、管道、泵和阀等。钛可用作电极和发电站的冷凝器以及环境污染控制装置。钛镍形状记忆合金在仪器仪表上已广泛应用。在医疗中,钛可作人造骨头和各种器具。钛还是炼钢的脱氧剂和不锈钢以及合金钢的组元。钛白粉是颜料和油漆的良好原料。碳化钛,氢化钛是新型硬质合金材料。氮化钛颜色近于黄金,在装饰方面应用广泛。

  钛和钛的合金大量用于航空工业,有"空间金属"之称;另外,在造船工业、化学工业、制造机械部件、电讯器材、硬质合金等方面有着日益广泛的应用。

  此外,由于钛合金还与人体有很好的相容性,所以钛合金还可以作人造骨。

  锆是一种应用于原子能工业和在高温高压下用作耐蚀化工材料,但在溶液中其活泼性仅次于钠。

  那么,在氢氧化钛溶液里加入活泼的硝酸锆溶液,会发现钛把硝酸锆拒之门外。

  可以看到,图中有明显的分层,上面是硝酸锆,下面是氢氧化钛。

  我们知道,氢氧化钛的密度小于硝酸锆,但依然能保持明显的分层,并把硝酸锆停留在上层,这证明了钛的抗腐蚀性。

  根据实验,钛放入海底20~50年均不会被腐蚀。

  八.应急处理

  皮肤接触:脱去污染的衣着,用肥皂水和清水彻底冲洗皮肤。

  眼睛接触(粉末):提起眼睑,用流动清水或生理盐水冲洗。就医。

  吸入(粉末):迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难,给输氧。如呼吸停止,立即进行人工呼吸。就医。

  食入:饮足量温水,催吐。就医。

  呼吸系统防护:可能接触其粉尘时,必须佩戴自吸过滤式防尘口罩。

  
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