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1、第一章 钛行业概述第一节 钛的特性钛是一种金属元素，灰色，原子序数22，相对原子质量47.87。能在氮气中燃烧，熔点高。钝钛和以钛为主的合金是新型的结构材料，主要用于航天工业。一. 物理性质钛的密度为4.506-4.516克/立方厘米（20），高于铝而低于铁、铜、镍。但比强度位于金属之首，是不锈钢的3倍，是铝合金的1.3倍。熔点16684沸点326020，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。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
2、率可达70-80%，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。二. 化学性质1.常温环境下钛的化学活性很小，钛与氧气化合生成一层极薄致密的氧化膜，这层氧化膜常温下不与绝大多数强酸、强碱反应，只能与氢氟酸等少数几种物质发生反应，但温度增加时钛活性迅速增加。2.高温环境下钛的还原能力极强，能与氧、碳、氮以及其他许多元素化合，还能从部分金属氧化物（比如氧化铝）中夺取氧。在较高的温度下，钛可与许多元素和化合物发生反应。钛的冶
3、炼过程一般都在800以上的高温下进行，因此必须在真空中或在惰性气氛保护下操作。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。3.氟化氢及氟化物：氟化氢气体在加热时与钛发生反应生成四氟化钛，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，可防止氟化氢浸入钛的内部。氢氟酸是钛的最强溶剂。即使是浓度为1%的氢氟酸，也能
4、与钛发生激烈反应；无水的氟化物及其水溶液在低温下不与钛发生反应，仅在高温下熔融的氟化物与钛发生显著反应。 4.氯化氢及氯化物：氯化氢气体能腐蚀金属钛，干燥的氯化氢在300时与钛反应生成四氯化钛TiCl4；浓度5%的盐酸 在室温下不与钛反应，20%的盐酸在常温下与钛发生瓜在生成紫色的TiCl3；当温度长高时，即使稀盐酸也会腐蚀钛。各种无水的氯化物，如镁、锰、铁、镍、铜、锌、汞、锡、钙、钠和NH4离子及其水溶液，都不与钛发生反应，钛在这些氯化物中具有很好的稳定性。 5.硫酸及硫化氢：钛与5%的硫酸有明显的反应，在常温下，约40%的硫酸对钛的腐蚀速度最快，当浓度大于40%，达到60%时腐蚀速度反而变
5、慢，80%又达到最快。加热的稀酸或50%的浓硫酸可与钛反应生成硫酸钛，加热的浓硫酸可被钛还原，生成二氧化硫。常温下钛与硫化氢反应，在其表面生成一层保护膜，可阻止硫化氢与钛的进一步反应。但在高温下，硫化氢与钛反应析出氢，粉末钛在600开始与硫化氢反应生成钛的硫化物，在900时反应产物主要为硫化钛TiS，1200时为三硫化二钛Ti2S3。 6.硝酸及王水： 致密的表面光滑的钛对硝酸具有很好的稳定性，这是由于硝酸能快速在钛表面生成一层牢固的氧化膜，但是表面粗糙，特别是海绵钛或粉末钛，可与次、热稀硝酸发生反应，高于70的浓硝酸也可与钛发生反应；常温下，钛不与王水反应。温度高时，钛可与王水反应生成TiC
6、l2。 综上所述，钛的性质与温度及其存在形态、纯度有着极其密切的关系。致密的金属钛在自然界中是相当稳定的，但粉末钛在空气中可引起自燃。 第二节 钛矿物原料特点钛是地壳中分布最广的元素之一，占地壳重量的0.61，列居第9位，而钛资源则仅次于铁、铝、镁而列居第4位。钛是典型的亲石元素，以氧化物矿物出现。地壳中含二氧化钛在1以上的矿物有80余种，具有工业价值的有15种，它们既有原生的岩矿，也有次生的风化残坡积及沉积砂矿。其主要矿物为锐钛矿、板钛矿、钛铁矿、钙钛矿、金红石、榍石及大部分铁矿石。这些矿物中，、目前只有金红石、钛铁矿和钛磁铁矿具有经济价值。 一. 金红石金红石是较纯的二氧化钛矿物，是提炼钛
7、的优质矿物原料，但其在地壳中储量较少。它具有耐高温、耐低温、耐腐蚀、高强度、小比重等优异性能，被广泛用于军工航空、航天、航海、机械、化工、海水淡化等方面。金红石显微针状晶体常被包裹于石英、金云母、刚玉等晶体中，尤其在刚玉中呈六射星形分布形成星光红宝石和星光蓝宝石。金红石二氧化钛是一种性能优异的白色颜料，由于其出色的性能，如高遮盖力、高耐侯性、高光泽等，越来越受到涂料配方者的青睐。金红石型二氧化钛的折射率为2.75，是所有白色颜料中折射率最大的一种，因此具有最强的遮盖力。二. 钛铁矿钛铁矿是铁和钛的氧化物矿物，主要化学成分为FeTiO3。钛铁矿晶体属三方晶，密度较大，钢灰至铁黑色，条痕黑色至褐红
8、色，半金属光泽。晶体一般为板状，晶体集合在一起为块状或粒状。钛铁矿主要出现在超基性岩、基性岩、碱性岩、酸性岩及变质岩中，钛铁矿的化学成分与形成条件有关。产于超基性岩、基性岩中的钛铁矿，氧化镁含量较高，基本不含铌Nb和钽Ta；碱性岩中的钛铁矿，氧化锰含量较高，并含铌Nb和钽Ta；产于酸性岩中的钛铁矿，氧化亚铁、氧化锰含量均高，铌Nb和钽Ta含量亦相对较高。钛铁矿其他成份以氧化亚铁为主时称钛铁矿，氧化镁为主时称镁钛矿，氧化锰为主时称红钛锰矿。三. 钛磁铁矿钛磁铁矿是钛矿的主要矿物组分之一，含二氧化钛1216，可视为富含钛的磁铁矿亚种，一般呈板状和柱状的钛铁矿及布纹状的钛铁晶石镶嵌于磁铁矿晶粒中。磁
9、铁矿中二氧化钛含量小于25%时称含钛磁铁矿，二氧化钛含量大于等于25%者称钛磁铁矿。含钒钛较多时，则称钒钛磁铁矿。含铬者称铬磁铁矿。钛磁铁矿与钒钛磁铁矿在高温时形成固溶体，温度下降时发生出溶，在光片中可看到钛铁矿在磁铁矿晶粒中生成的显微定向连生常沿磁铁矿的八面体裂开分布，叫钛铁磁铁矿。钛磁铁矿、钒钛磁铁矿同时亦为钛、钒的重要矿石矿物，富含钒V、镍Ni、钴Co等元素时可综合利用。四. 锐钛矿锐钛矿的物理性质、产出条件和用途等都与金红石相仿，而且它本身还可以蚀变成金红石。锐钛矿产于火成岩及变质岩内的矿脉中，一般还出现于砂矿床中，呈坚硬、闪亮的正方晶系晶体，并具有不同的颜色。锐钛矿较不稳定，故远比金
10、红石少见。形成条件与金红石类似。作为副矿物广布于结晶岩中，或作为榍石、钛铁矿、钛磁铁矿等蚀变的产物。 锐钛矿的其他物理性质、产出条件和用途都与金红石相似，但不如金红石稳定和常见。五. 板钛矿板钛矿是二氧化钛的一种同质多像变体。化学组成二氧化钛，含钛60%，氧40%，常含少量铁、铬、钐等混入物。斜方晶系，多呈板状。晶面上有横纹。黄褐或红褐玉黑色，半透明乙金刚光泽。硬度56。密度3.94.0g/cm3。当加热至8001040不可逆地急剧转变成金红石型晶体。化学性质稳定。不溶于氢氟酸。多作副矿物存在于某些火成岩、变质岩或热液脉中，与锐钛矿、金红石、屑石、石英、长石等伴生，也在砂矿中出现。第三节 钛的
11、用途一. 钛，钛合金l 军事工业：钛在军事工业方面用途广发。核动力潜艇、水翼艇、迫击炮身管、反坦克导弹、导弹发射器、坦克防护板等大量用钛。据有关资料介绍一艘台风级核潜艇，用钛量高达9000吨。l 航天航空：钛广泛用于航空工业，民用飞机用钛量约占构架重量的2025%；此外战略火箭发动机、宇宙飞船（如神舟五号、神舟六号）、人造卫星天线等也大量用钛。l 海洋产业：在海水中，钛具有其他金属材料无法比拟的耐蚀性能，可耐受海水的冲刷腐蚀。沿海电站、海上采油设备、海水淡化、海洋化工生产、海水养殖业等都广泛采用钛制设备和装置。l 化学工业：目前钛设备的应用已从最初的“纯碱与烧碱工业”扩展到整个化工行业，设备种
12、类已从小型、单一化发展到大型、多样化。据估计化工行业的年用钛量将超过1500吨。l 汽车工业：钛的轻质、高强度等性能早已被汽车制造商所关注，钛在赛车上的应用已有许多年的历史，目前赛车几乎都使用了钛材，日本汽车用钛已超过600吨，随着全球汽车工业的发展，汽车用钛还在快速增加。l 医学：随着医疗技术的提高，在人体内植入金属是十分常见的外科手术，由于钛金属具有与人体组织排异反应弱，目前被广泛于人工骨骼、人工关节、人造牙等人体植入物方面得到广泛的应用。此外，钛在制药机械、医疗器械方面的应用也得到进一步的认识，未来需求不可低估。l 体育和日用品：钛在全球高尔夫球具制造领域的消耗数量巨大，每年用于钛高尔夫
13、球具制造的钛材量高达6,000多吨。此外，网球拍、羽毛球拍、滑雪杖、雪铲、登山冰杖、登山钉、雪撬、击剑防护面罩、钓鱼杆、自行车、眼镜架、手表、工艺品以及其它生活用品都广泛使用钛材。二. 二氧化钛二氧化钛主要用途是制作钛白粉，钛白粉是颜料和油漆的良好原料。l克二氧化钛可以把 450多平方厘米的面积彻底染白，它比常用的白颜料一锌钡白还要白5倍，因此是调制白油漆的最好颜料。钛白粉的粘附力强，不易起化学变化，永远是雪白的，并且钛白无毒。它的熔点很高，被用来制造耐火玻璃，釉料，珐琅、陶土、耐高的实验器皿等。二氧化钛可以加在纸里，使纸变白并且不透明，效果比其他物质大10倍，因此，钞票纸和美术品用纸就要加二
14、氧化钛。此外，为了使塑料的颜色变浅，使人造丝光泽柔和，有时也要添加二氧化钛。在橡胶工业上，二氧化钛还被用作为白色橡胶的填料。三. 其他钛化合物1. 四氯化钛: 四氯化钛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，人们用四氯化钛形成的浓雾地面，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。2. 钛酸钡: 钛酸钡晶体有显著的“压电性能”，把钛酸钡放在超声波中，它受压便会产生电流，由它所产生的电流的大小可以测知超声波的强弱；相反，用高频电流通过它，则可以产生超声波。由于其以上特性，几乎所有的超声波仪器和水底探测器都要用到偏钛酸钡。3. 碳化钛: 碳化钛是新型硬质合金材料外
15、，其观几乎和黄金的镀层一模一样，而比黄金以及其他硬质合金更耐磨因此，在装饰镀层方面应用广泛。第三节 钛产业链简介钛工业的大体流程是:以钛铁矿或金红石为原料经过多道工序生产出高纯度的四氯化钛,再用镁作为还原剂将四氯化钛中的钛还原出来,由于还原后得到的钛类似海绵状，所以称为海绵钛,最后以海绵钛为原料生产出钛材和钛粉.世界上的海绵太大部分用来生产钛材,少量用于生产钛粉。因此，钛产业链可以分为以下四部分：1. 钛铁矿、金红石矿等原始矿产的选矿，通过物理方法取得品位更高的精矿。2. 通过对精矿的再加工提纯，制取高纯度的二氧化钛，用于钛白粉行业。3. 通过对二氧化钛的氯化、还原等工艺手段，制取中间产品海绵
16、钛。4. 通过对海绵钛的熔铸加工，制取晶体结构致密的钛锭，用于生产钛材及各种钛合金。第二章 世界钛行业现状第一节 世界钛矿分布全球钛资源分布较广，三十多个国家拥有钛资源。矿物中二氧化钛含量为1%的矿物有100多种，但有工业价值的仅10余种。在过去几十年中，不同国家对钛资源储量报道差异较大，到目前为止，世界钛资源储量要做到准确统计仍十分困难，原因是各国对钛资源的认定标准(即经济与非经济的)不一致，如英国ROSKILLINFO在钛资源统计数据中未包括钒钛磁铁矿资源，2000年以前美国美国地质调查局也不把中国低品位钒钛磁铁矿视为钛资源，从而造成不同资料统计数据差异较大。目前全球有工业利用价值的钛资源主要是钛铁矿、锐钛矿、板钛矿、白钛矿、钙钛矿和
