鈦(Titanium)是一種過渡金屬元素,化學(xué)符號Ti,原子序數(shù)22,在化學(xué)元素周期表中位于第4周期、第IVB族。已知的鈦的同位素有13種,包括鈦-41至鈦-53。其中鈦的穩(wěn)定同位素有鈦-46,鈦-47,鈦-48,鈦-49,鈦-50共五種,其余的同位素均有放射性。
化學(xué)特性:
鈦屬于化學(xué)性質(zhì)比較活潑的金屬。加熱時(shí)能與氧氣、氮?dú)狻錃?、硫和鹵素等非金屬作用。但在常溫下,鈦表面易生成一層極薄的、致密的、鈍性的、能自行修補(bǔ)裂縫的氧化物薄膜,而具有優(yōu)良的抗腐蝕性,不受硝酸,潮濕氯氣,稀硫酸,稀鹽酸及稀堿的侵蝕,連酸中之王——王水(濃鹽酸和濃硝酸按體積比為3:1組成的混合物)都無法將其溶解。
鈦的保護(hù)性氧化膜經(jīng)常是當(dāng)金屬碰到水時(shí)形成的,即使少量的水或水蒸氣中也能形成。如果把鈦暴露于完全沒有水的強(qiáng)氧化性環(huán)境里,就會發(fā)生快速氧化并產(chǎn)生劇烈反應(yīng),甚至常出現(xiàn)自燃。鈦與含過量氧化氮的發(fā)煙硝酸以及鈦與干氯氣的反應(yīng)就發(fā)生過這類現(xiàn)象。所以要預(yù)防發(fā)生這類反應(yīng),必須有一定量的水分。
鈦不能應(yīng)用于干氯氣中,即使是溫度0℃以下的干氯氣,也會發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng),生成四氯化鈦,再分解生成二氯化鈦,甚至燃燒。只有當(dāng)氯氣中的含水量高于0.5%的時(shí)候,鈦在其中才能保持可靠的穩(wěn)定性。
為安全起見,儲存時(shí)以不少于25%的水潤濕、鈍化。儲存于陰涼、通風(fēng)的庫房。遠(yuǎn)離火種、熱源。庫溫不超過35℃,保持容器密封,嚴(yán)禁與空氣接觸。應(yīng)與氧化劑、酸類、鹵素等分開存放,切忌混儲。配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材。儲區(qū)應(yīng)備有合適的材料收容泄漏物。
物理特性:
單質(zhì)鈦呈銀白色,具金屬光澤。粉末鈦呈灰色。
鈦的熔點(diǎn)高(1660℃),沸點(diǎn)為3287℃,密度?。芏葹?.5g/cm3,比鋼輕43%)、延展性好,在硬度、耐熱性及導(dǎo)電導(dǎo)熱性方面,與其他過渡金屬(如鐵、鎳)相似,但是它比其他具有相似的機(jī)械和耐熱性能的金屬輕得多;聲音在其中的傳播速率為5090m/s。
鈦溶于稀酸,不溶于冷水和熱水。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(jiān)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。鈦金屬在500℃的高溫下/-253℃低溫下長期使用也可以保持其金屬特性,通常鋁在150℃,不銹鋼在310℃即失去了原有性能,而鈦合金在500~600℃左右仍保持良好的力學(xué)性能。而且鈦金屬在-253℃低溫下依舊能保持較好的延展性和韌性。
鈦無磁性。
鈦的熱導(dǎo)率小,僅為鋼的1/5,鋁的1/13,銅的1/25。
抗阻尼性能低,用鈦及其他金屬材料(銅,鋼)制成形狀和大小完全一樣的鐘,用同等的力把每個鐘敲一下就會發(fā)現(xiàn),用鈦?zhàn)龅溺娬袷幤饋砺曇舫掷m(xù)的時(shí)間長,即通過敲擊給予鐘的能量不容易消失,所以我們說鈦的阻尼性能低。
1940年:盧森堡科學(xué)家W.J.Kroll用鎂還原TiCl4制得了純鈦。從此,鎂還原法(又稱為克勞爾法)和鈉還原法(又稱為亨特法)成為生產(chǎn)海綿鈦的工業(yè)方法。1948年:美國在用鎂還原法制出2噸海綿鈦,從此開始了鈦的工業(yè)化生產(chǎn)。
據(jù)統(tǒng)計(jì),現(xiàn)階段,世界上每年用于宇宙航行的鈦,已達(dá)一千噸以上。極細(xì)的鈦粉,還是火箭的好燃料,所以鈦被譽(yù)為宇宙金屬,空間金屬。
中國鈦發(fā)展歷程
1、起步階段(20世紀(jì)50年代-1978年):
20世紀(jì)50年代,中國開始涉足鈦產(chǎn)業(yè),當(dāng)時(shí)主要是為了滿足國防建設(shè)的需求。在這一時(shí)期,國家投入了大量的資源進(jìn)行鈦產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā),分別在遵義和寶雞建成海綿鈦和鈦加工生產(chǎn)廠,為中國鈦產(chǎn)業(yè)的后續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
這一階段發(fā)展較為緩慢,技術(shù)水平相對較低,生產(chǎn)規(guī)模較小,但實(shí)現(xiàn)了從無到有的突破,確定了鈦工業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo),開展各種試驗(yàn),在鈦材料的生產(chǎn)工藝、設(shè)備研發(fā)等方面積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。
2、成長階段(1979年-2000年):
改革開放后,中國鈦產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了成長階段。這一時(shí)期,國內(nèi)的鈦企業(yè)開始引進(jìn)國外的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備,不斷提升自身的生產(chǎn)能力和技術(shù)水平。同時(shí),隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,鈦材料在化工、電力、冶金等傳統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸擴(kuò)大,市場需求不斷增加。
遵義鈦廠成為中國第一家5000噸級規(guī)模的海綿鈦廠,寶鈦集團(tuán)的鈦材加工能力也大幅提升,海綿鈦市場需求呈現(xiàn)出持續(xù)增長的態(tài)勢。
3、快速發(fā)展階段(2001年-2010年左右):
21世紀(jì)初,中國鈦產(chǎn)業(yè)迎來了快速發(fā)展的時(shí)期。2006年,中國海綿鈦產(chǎn)量首次突破萬噸大關(guān),直逼2萬噸。到2010年,我國海綿鈦產(chǎn)量達(dá)57770噸。這期間,海綿鈦廠由2家增至10多家,年產(chǎn)能迅速增加到15萬噸以上。
鈦產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展也帶來了一些問題,如產(chǎn)能迅速擴(kuò)張、無序競爭導(dǎo)致海綿鈦價(jià)格大幅波動,市場供需失衡等。
4、調(diào)整階段(2011年-2015年左右):
2011年至2015年,中國鈦產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了調(diào)整期。由于前期產(chǎn)能擴(kuò)張過快,市場需求增長跟不上產(chǎn)能增長的速度,導(dǎo)致海綿鈦產(chǎn)量增加、市場剛需增長、價(jià)格大幅下跌,鈦及鈦加工材企業(yè)生存艱難。
這一時(shí)期,一些鈦企業(yè)倒閉或被兼并重組,行業(yè)開始進(jìn)行自我調(diào)整和優(yōu)化,企業(yè)更加注重產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)創(chuàng)新,以提高市場競爭力。
5、復(fù)蘇與升級階段(2016年-至今):
2016年春節(jié)前后,海綿鈦市場開始逐步回暖,產(chǎn)量和價(jià)格都有所提升。隨著國家對高端制造業(yè)的重視以及航空航天、海洋工程、新能源等新興產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,對鈦材料的需求不斷增加,中國鈦產(chǎn)業(yè)迎來了新的發(fā)展機(jī)遇。
近年來,中國鈦企業(yè)不斷加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新,提高產(chǎn)品質(zhì)量和附加值,拓展應(yīng)用領(lǐng)域。例如,在航空航天領(lǐng)域,鈦合金被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件、發(fā)動機(jī)部件等;在海洋工程領(lǐng)域,鈦材料用于制造核潛艇、深潛器、海水管路等。同時(shí),企業(yè)也在加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈上下游的協(xié)同合作,提升整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平。