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  • 元素小百科丨上天下海,這種金屬“鈦”強了

    消息 | 日期:2022-09-04 | 閱讀:

鈦金屬日益被人們重視,被譽為“現(xiàn)代金屬”和“戰(zhàn)略金屬”,是提高國防裝備水平不可或缺的重要戰(zhàn)略物資,由于鈦具有熔點高、比重小、耐腐蝕、導熱系數(shù)低、高低溫度耐受性能好、在急冷急熱條件下應(yīng)力小等特點,其商業(yè)價值在二十世紀五十年代開始被人們認識,被應(yīng)用于航空、航天、化工、石油、電力等高科技領(lǐng)域。


元素特征

 

鈦是一種化學元素,化學符號Ti,原子序數(shù)22,在化學元素周期表中位于第4周期、第IVB族。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,耐濕氯氣腐蝕。

鈦的密度為4.54g/立方厘米,比鋼輕43% ,比久負盛名的輕金屬鎂稍重一些。機械強度卻與鋼相差不多,比鋁大兩倍,比鎂大五倍。鈦耐高溫,熔點1942K,比黃金高近1000K ,比鋼高近500K。

液態(tài)鈦幾乎能溶解所有的金屬,因此可以和多種金屬形成合金。鈦加入鋼中制得的鈦鋼堅韌而富有彈性。鈦與金屬Al、Sb、Be、Cr、Fe等生成填隙式化合物或金屬間化合物。

1795年,德國化學家克拉普魯斯(Martin Heinrich Klaproth)在研究金紅石時也發(fā)現(xiàn)了該種氧化物,并以希臘神Titans命名了其中的未知金屬物質(zhì),中文音譯為“鈦”。當他知道格雷戈爾之前的發(fā)現(xiàn)后,也取得了一些馬納坎礦物的樣本,并證實它含鈦。

1795年,德國化學家克拉普魯斯(Martin Heinrich Klaproth)在研究金紅石時也發(fā)現(xiàn)了該種氧化物,并以希臘神Titans命名了其中的未知金屬物質(zhì),中文音譯為“鈦”。當他知道格雷戈爾之前的發(fā)現(xiàn)后,也取得了一些馬納坎礦物的樣本,并證實它含鈦。


鈦元素的發(fā)現(xiàn)


鈦最早的發(fā)現(xiàn)者是來自于英國的格雷戈爾(Reverend William Gregor),1791年,他在英國馬納坎附近的一條小溪旁發(fā)現(xiàn)一些會被磁鐵吸引的黑沙,分析出里面含有氧化鐵和一種無法鑒別的金屬氧化物。

1795年,德國化學家克拉普魯斯(Martin Heinrich Klaproth)在研究金紅石時也發(fā)現(xiàn)了該種氧化物,并以希臘神Titans命名了其中的未知金屬物質(zhì),中文音譯為“鈦”。當他知道格雷戈爾之前的發(fā)現(xiàn)后,也取得了一些馬納坎礦物的樣本,并證實它含鈦。

1795年,德國化學家克拉普魯斯(Martin Heinrich Klaproth)在研究金紅石時也發(fā)現(xiàn)了該種氧化物,并以希臘神Titans命名了其中的未知金屬物質(zhì),中文音譯為“鈦”。當他知道格雷戈爾之前的發(fā)現(xiàn)后,也取得了一些馬納坎礦物的樣本,并證實它含鈦。


鈦元素的分布


鈦屬于稀有金屬,實際上鈦并不稀有,其在地殼中的豐度占第七位,占0.45%,遠遠高于許多常見的金屬。但由于鈦的性質(zhì)活潑,對冶煉工藝要求高,使得人們長期無法制得大量的鈦,從而被歸類為“稀有”的金屬。用于冶煉鈦的礦物主要有鈦鐵礦(FeTiO3)、金紅石(TiO2)和鈣鈦礦等。礦石經(jīng)處理得到易揮發(fā)的四氯化鈦,再用鎂還原而制得純鈦。

元素小百科丨上天下海,這種金屬“鈦”強了(圖4)

中國鈦資源總量9.65億噸,居世界之首,占世界探明儲量的38.85%,主要集中在四川、云南、廣東、廣西及海南等地,其中攀西(攀枝花西昌)地區(qū)是中國最大的鈦資源基地,鈦資源量為8.7億噸。

中國探明的鈦資源分布在21個省(自治區(qū)、直轄市)共108個礦區(qū)。主要產(chǎn)區(qū)為四川,其次有河北、海南、廣東、湖北、廣西、云南、陜西、山西等?。▍^(qū))。


鈦的應(yīng)用


01在軍工方面的應(yīng)用

鈦在軍事工業(yè)方面有著十分廣闊的用途。核動力潛艇、水翼艇、迫擊炮身管、反坦克導彈、導彈發(fā)射器、坦克防護板、防彈背心等大量用鈦。據(jù)資料介紹,一艘臺風級核潛艇,用鈦量高達9000噸,由此可見軍工對鈦材的需求巨大。


02在航天航空方面的應(yīng)用

鈦廣泛用于航空工業(yè),民用飛機用鈦量約占構(gòu)架重量的20~25%。此外,戰(zhàn)略火箭發(fā)動機、宇宙飛船、人造衛(wèi)星天線等也大量用鈦。


03在海洋產(chǎn)業(yè)方面的應(yīng)用

在海水中,鈦具有其他金屬材料無法比擬的耐蝕性能,特別是耐受海水的高速沖刷腐蝕。目前,美國、日本、法國等國家都已研制出各種先進的鈦制深潛器、潛 艇、海底實驗室裝置來進行海洋研究。此外,沿海電站、海上采油設(shè)備、海水淡化、海洋化工生產(chǎn)、海水養(yǎng)殖業(yè)等都廣泛采用鈦制設(shè)備和裝置。


04在化工方面的應(yīng)用

目前鈦設(shè)備的應(yīng)用已從最初的“純堿與燒堿工業(yè)”擴展到整個化工行業(yè),設(shè)備種類已從小型、單一化發(fā)展到大型、多樣化。據(jù)化工部門預(yù)計,化工行業(yè)的年用鈦 量將超過1500噸。二十世紀70~80年代以后,我國真空制鹽企業(yè)逐步開始采用鈦金屬材料制造設(shè)備,結(jié)果設(shè)備腐蝕情況大大改觀。


05在石油精煉中的應(yīng)用 

在石油精煉過程中,石油加工產(chǎn)品與冷卻水中的硫化物、氯化物和其他腐蝕劑,對煉油裝置特別是低溫輕油部位的常減壓塔頂冷凝設(shè)備的腐蝕性嚴重,設(shè)備腐蝕 問題已經(jīng)成為困擾煉油工業(yè)的突出問題之一。近年來美國、日本等國將鈦制設(shè)備引入到這些高腐蝕的環(huán)節(jié),取得了很好的效果。


06在汽車工業(yè)方面的應(yīng)用

鈦的輕質(zhì)、高強度等性能早已被汽車制造商所關(guān)注,鈦在賽車上的應(yīng)用已有許多年的歷史,目前賽車幾乎都使用了鈦材,日本汽車用鈦已超過600噸,隨著全球汽車工業(yè)的發(fā)展,汽車用鈦還在快速增加。


07在醫(yī)學中的應(yīng)用

隨著醫(yī)療技術(shù)的提高,在人體內(nèi)植入金屬是十分常見的外科手術(shù),由于鈦金屬具有與人體組織排異反應(yīng)弱,目前被廣泛于人工骨骼、人工關(guān)節(jié)、人造牙等人體植入物方面得到廣泛的應(yīng)用。此外,鈦在制藥機械、醫(yī)療器械方面的應(yīng)用也得到進一步的認識,未來需求不可低估。


08在體育和日用品方面的應(yīng)用

鈦在全球高爾夫球具制造領(lǐng)域的消耗數(shù)量巨大,每年用于鈦高爾夫球具制造的鈦材量高達6000多噸。此外,網(wǎng)球拍、羽毛球拍、滑雪杖、雪鏟、登山冰杖、登山釘、雪撬、擊劍防護面罩、釣魚桿、自行車、眼鏡架、手表、工藝品以及其它生活用品都廣泛使用鈦材。


09在能源材料中的應(yīng)用

除上述用途外,鈦在電池材料、核工業(yè)、建筑材料、地熱開發(fā)、電力、尤其探勘與開發(fā)等方面都有廣泛應(yīng)用。