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1、目录1钛工业发展史22钛矿资源43钛的原子结构54钛的物理性质55钛的化学性质66钛的腐蚀数据97钛的三大功能128钛的十大性能139钛的存在1510钛的冶炼1511钛及钛合金的特性、用途1712钛的化合物及用途1813钛的表面处理技术1914金属管道腐蚀防护基础知识241 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M.H.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M.A.亨特(Hunter)首次用钠还原TiCI：制取了纯钛。1940年卢森堡科学家W.J.
2、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。
3、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
4、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)MD12.710生产中俄勒冈冶金公司(Oremet)MH6.862001年停产活性金属公司MD(11.0)1992年关闭日本住友钛公司MD18.015原大阪钛公司(生产中)东邦钛公司MD12.010.8生产中昭和钛公司MD3.03.0关闭乌克兰第聂伯镁钛联合企业MD15.0生产中俄罗斯阿维斯玛镁钛联合企
5、业MD35.035.0生产中哈萨克斯坦马斯季4.1868J缅诺戈尔斯克镁钛联合企业MD40.040.0生产中英国迪赛德钛公司SL5.03.01993年关闭中国两个工厂D-生产中合计-155.5137.8-2 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
6、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：Fe2O3(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50以上。(见表)。表 21 世界各地钛铁矿精矿的化学组成()国别及地区矿床类型TiO2FeOFe2O3SiO2Al2O3P2O5佛吉尼亚(美)岩矿44.335.913.82.001.211.01阿拉德(加)岩矿34.3027.5025.204.303.500.015挪威岩矿43.9036.0011.103.280.850.03乌拉尔(俄)岩矿48.0712.2124.591.544.650.16
7、乌克兰岩矿58.46-27.800.344.040.19攀枝花(中国)岩矿47.034.275.552.891.340.01印度喀拉邦砂矿54.2026.6014.200.401.250.12斯里兰4.1868J砂矿53.1319.1122.950.860.610.05马来西亚砂矿55.3026.7013.000.700.590.194.1868J伯尔(澳)砂矿54.5725.1516.340.530.100.13巴西砂矿61.901.9030.201.600.25-新西兰砂矿46.5037.603.304.102.800.22佛罗里达(美)砂矿64.104.7025.600.301.500.
8、21广西(中国)砂矿50.9428.6116.682.271.070.071云南(中国)砂矿48.9332.3714.860.810.970.03国别及地区矿床类型ZrO2MgOMnOCaOV2O5Cr2O3佛吉尼亚(美)岩矿0.550.07-0.520.160.27阿拉德(加)岩矿-3.100.160.900.270.10挪威岩矿1.093.690.330.180.200.03乌拉尔(俄)岩矿-0.752.250.620.0843.25乌克兰岩矿-0.980.660.20-3.58攀枝花(中国)岩矿0.806.120.650.750.095-印度喀拉邦砂矿-1.030.400.400.160
9、.07斯里兰4.1868J砂矿0.100.920.940.260.190.09马来西亚砂矿-0.020.700.500.070.034.1868J伯尔(澳)砂矿0.070.321.670.301.180.04巴西砂矿-0.300.300.100.200.10新西兰砂矿-1.201.201.400.030.03佛罗里达(美)砂矿-0.351.350.130.130.10广西(中国)砂矿-0.602.570.07-云南(中国)砂矿-1.150.620.230.84-3 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1S22S22P6
10、3S23D24S2。原子核半径510-13厘米。4 钛的物理性质钛的密度为4.506-4.516g/cm3(20)，熔点16684，熔化潜热3.7-5.04.1868kJ/mol，沸点326020，汽化潜热102.5-112.54.1868kJ/mol，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0.1264.1868J/mol度，热焓11494.1868J/mol，熵为7.334.1868J/mol，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
11、50-60%，断面收缩率可达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。5 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(
12、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。氢氟酸是钛的最强腐蚀熔剂。即使是浓度为1%的氢氟酸，也能与钛发生激烈反应，见式(2)；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。Ti4HFTiF42H2135.04.1868kJ(1)2Ti6HF2TiF43H2(2)HCl和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TiCl4，见式(3)；浓度5%的盐酸在室温下
13、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，见式(4)；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、钡和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。Ti4HClTiCl42H294.754.1868kJ(3)2Ti6HClTiCl33H2(4)硫酸和硫化氢钛与5%的硫酸与钛有明显的反应，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，见式(5)，(6)，加热的浓硫酸可被钛还原，生成SO2，见式(7)。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，见式(8)，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TiS，1200时为Ti2S3。TiH2SO4TiSO4H2(5)2Ti3H2SO4Ti2(SO4)3H2(6)2Ti6H2SO4Ti2(SO4)33SO26H2O2024.1868kJ(
