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1、目 录钛 工 业 发 展 史 .2钛 矿 资 源 .3钛的原子结构 .5钛的物理性质 .5钛的化学性质 .5钛的腐蚀 数据 .8钛的三大功能 .10钛的十大性能 .11钛的存在 .13钛的冶炼 .13钛及钛合金的特性、用途 .14钛的化合物及用途 .15钛的表面处理技术 .16金属管道腐蚀防护基础知识 .20钛 工 业 发 展 史1791 年英国牧师 W格雷戈尔(Gregor) 在黑磁铁矿中发现了一种新的金属元素。1795 年德国化学家 MH克拉普鲁斯(Klaproth)在研究金红石时也发现了该元素，并以希腊神 Titans 命名之。1910 年美国科学家 MA 亨特(Hunter)首次用钠还
2、原 TiCI：制取了纯钛。1940 年卢森堡科学家 WJ克劳尔(kroll)用镁还原 TiCl：制得了纯钛。从此，镁还原法(又称为克劳尔法)和钠还原法(又称为亨特法) 成为生产海绵钛的工业方法。美国在 1948 年用镁还原法制出2t 海绵钛，从此达到了工业生产规模。随后，英国、日本、前苏联和中国也相继进入工业化生产，其中主要的产钛大国为前苏联、日本和美国。钛是一种新金属，由于它具有一系列优异特性，被广泛用于航空、航天、化工、石油、冶金、轻工、电力、海水淡化、舰艇和日常生活器具等工业生产中，它被誉为现代金属。金属钛生产从 1948 年至今才有半个世纪的历史，它是伴随着航空和航天工业而发展起来的新
3、兴工业。它的发展经受了数次大起大落，这是因为钛与飞机制造业有关的缘故。但总的说来，钛发展的速度是很快的，它超过了任何一种其他有色金属的发展速度。这从全世界海绵钛工业发展情况可以看出：海绵钛生产规模 60 年代为 60kt/a，70 年代为 1l0kt/a，80 年代为130kt/a，到 1992 年已达 140kt/a。实际产量 1990 年达到历史最高水平，为105kt/a。目前，世界海绵钛生产厂家和生产能力列于表 11。进入 90 年代后，由于军用钛量减少和俄罗斯等一些国家抛售库存海绵钛，使前几年市场疲软。1995 年钛的市场开始回升，主要由于 B777 等民用飞机和高尔夫球杆等民用钛量大
4、幅度增加， 1996 年钛的需求量达到一个新的高点。专家预测今后几年内钛的 需求量将继续较大幅度增长。目前妨碍钛应用的主要原因是价格贵。可以预料，随着科学技术的进步和钛生产工艺的不断完善、 扩大企业的生产能力和提高管理水平、进一步降低钛制品的成本， 必然会开拓出更广泛的钛市场。 表 11世界海绵钛生产厂家和生产能力国家 公司名称 方法 公称生产能力/ ha-1 实际生产能力/ kta-1 备注美国钛冶金公司(Timet)俄勒冈冶金公司(Oremet)活性金属公司MDMHMD12768(110)106生产中2001 年停产1992 年关闭日本住友钛公司东邦钛公司昭和钛公司MDMDMD180120
5、301510830原大阪钛公司（生产中）生产中关闭乌克兰 第聂伯镁钛联合企业 MD 15O 生产中俄罗斯 阿维斯玛镁钛联合企业 MD 350 350 生产中哈萨克斯坦 马斯季卡缅诺戈尔斯克镁 钛联合企业 MD 40O 400 生产中英国 迪赛德钛公司 SL 50 30 1993 年关闭中国 两个工厂 D - - 生产中合计 - 1555 1378 -钛 矿 资 源钛在地球上储量十分丰富，在地壳中含钛矿物有 140 多种，但现具有开采价值的仅十余种。已开采的钛矿物矿床可分为岩矿床和砂矿床两大类，岩矿床为火成岩矿，具有矿床集中、贮量大的特点，FeO （相对于 Fe2O3）含量高，脉石含量多，结构致
6、密，且多是共生矿，这类矿床的主要矿物有钛铁矿、钛磁铁矿等，矿石选矿分离较为困难，产出的钛精矿 TiO2 含量一般不超过 50。砂钛矿床是次生矿床，由岩矿床经风化剥离再经水流冲刷富集而成，主要集中在海岸、河滩、稻田等地，矿物有金红石、砂状钛铁矿、板钛矿、白钛矿等，该矿物的特点是：Fe 2O3（相对于 FeO）含量较高、结构疏松、杂质易分离，选出的大部分精矿含 TiO2 达以上。 （见表） 。表世界各地钛铁矿精矿的化学组成（）国别及地区 矿床类型 TiO2 FeO Fe2O3 SiO2 Al2O3 P2O5佛吉尼亚(美) 岩矿 44.3 35.9 13.8 2.00 1.21 1.01阿拉德(加)
7、 岩矿 34.3027.50 25.20 4.30 3.50 0.015挪威 岩矿 43.90 36.00 11.10 3.28 0.85 0.03乌拉尔(俄) 岩矿 48.07 12.21 24.59 1.54 4.65 0.16乌克兰 岩矿 58.46 - 27.80 0.34 4.04 0.19攀枝花(中国) 岩矿 47.0 34.27 5.55 2.89 1.34 0.01印度喀拉邦 砂矿 54.20 26.60 14.20 0.40 1.25 0.12斯里兰卡 砂矿 53.13 19.1122.95 0.86 0.61 0.05马来西亚 砂矿 55.30 26.70 13.00 0.
8、70 0.59 0.19卡伯尔(澳) 砂矿 54.57 25.15 16.34 0.53 0.10 0.13巴西 砂矿 61.90 1.90 30.20 1.60 0.25 -新西兰 砂矿 46.50 37.60 3.30 4.10 2.80 0.22佛罗里达(美) 砂矿 64.10 4.70 25.60 0.30 1.50 0.21广西(中国) 砂矿 50.94 28.61 16.682.27 1.07 0.071云南(中国) 砂矿 48.93 32.37 14.86 0.81 0.97 0.03国别及地区 矿床类型 ZrO2 MgO MnO CaO V2O5 Cr2O3佛吉尼亚(美) 岩矿
9、 0.55 0.07 - 0.52 0.16 0.27阿拉德(加) 岩矿 - 3.10 0.16 0.90 0.27 0.10挪威 岩矿 1.09 3.69 0.33 0.18 0.20 0.03乌拉尔(俄) 岩矿 - 0.75 2.25 0.62 0.084 3.25乌克兰 岩矿 - 0.98 0.66 0.20 - 3.58攀枝花(中国) 岩矿 0.80 6.12 0.65 0.75 0.095 -印度喀拉邦 砂矿 - 1.03 0.40 0.40 0.16 0.07斯里兰卡 砂矿 0.10 0.92 0.94 0.26 0.19 0.09马来西亚 砂矿 - 0.02 0.70 0.50
10、0.07 0.03卡伯尔(澳) 砂矿 0.07 0.32 1.67 0.30 1.18 0.04巴西 砂矿 - 0.30 0.30 0.10 0.20 0.10新西兰 砂矿 - 1.20 1.20 1.40 0.03 0.03佛罗里达(美) 砂矿 - 0.35 1.35 0.13 0.13 0.10广西(中国) 砂矿 - 0.60 2.57 0.07 - -云南(中国) 砂矿 - 1.15 0.62 0.23 0.84 -钛的原子结构钛位于元素周期表中B 族，原子序数为 22，原子核由 22 个质子和 20-32 个中子组成，核外电子结构排列为 1S22S22P63S23D24S2。原子核半径
11、510-13 厘米。钛的物理性质钛的密度为 4.506-4.516 克/立方厘米（20） ，熔点 16684，熔化潜热3.7-5.0 千卡/ 克原子，沸点 326020，汽化潜热 102.5-112.5 千卡/克原子，临界温度 4350，临界压力 1130 大气压。钛的导热性和导电性能较差，近似或略低于不锈钢，钛具有超导性，纯钛的超导临界温度为 0.38-0.4K。在 25时，钛的热容为 0.126 卡/克原子度，热焓 1149 卡/克原子，熵为 7.33 卡/ 克原子度，金属钛是顺磁性物质，导磁率为 1.00004。 钛具有可塑性，高纯钛的延伸率可达 50-60%，断面收缩率可达 70-80
12、%，但强度低，不宜作结构材料。钛中杂质的存在，对其机械性能影响极大，特别是间隙杂质（氧、氮、碳）可大大提高钛的强度，显著降低其塑性。钛作为结构材料所具有的良好机械性能，就是通过严格控制其中适当的杂质含量和添加合金元素而达到的。钛的化学性质钛在较高的温度下，可与许多元素和化合物发生反应。各种元素，按其与钛发生不同反应可分为四类： 第一类：卤素和氧族元素与钛生成共价键与离子键化合物； 第二类：过渡元素、氢、铍、硼族、碳族和氮族元素与钛生成金属间化物和有限固溶体； 第三类：锆、铪、钒族、铬族、钪元素与钛生成无限固溶体； 第四类：惰性气体、碱金属、碱土金属、稀土元素（除钪外） ，锕、钍等不与钛发生反应或 基本上不发生反应。与化合物的反应： HF 和氟化物 氟化氢气体在加热时与钛发生反应生成 TiF4， 反应式为（1） ；不含水的氟化氢液体可在钛表面上生成一层致密的四氟化钛膜，可防止 HF 浸入钛的内部
