钛是灰色的过渡金属,是地壳中分布最广和丰度高的元素之一,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。由于其稳定的化学性质,良好的耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱,以及高强度、低密度,被美誉为“太空金属”。
1、金属钛性质
钛是一种银白色的过渡金属,其特征为重量轻、强度高、具金属光泽,耐湿氯气腐蚀。钛的熔点 1660℃,沸点 3287℃,密度 4.54g/cm3。其特征是重量轻、强度高、有良好的抗腐蚀能力。由于其稳定的化学性质,良好的耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱,以及高强度、低密度,被美誉为“太空金属”。
2、钛矿种类
钛是典型的亲石元素,常以氧化物矿物出现。地壳中含TiO2在1%以上的矿物有80余种,具有工业价值的有15种,我国主要利用的有钛铁矿、金红石。
2.1 钛铁矿
钛铁矿
钛铁矿是铁和钛的氧化物矿物,又称钛磁铁矿,是提炼钛的主要矿石。钛铁矿很重,灰到黑色,具有一点金属光泽。晶体一般为板状,晶体集合在一起为块状或粒状。莫氏硬度5~6,比重 4.70~4.78g/cm3。成分为FeTiO3,含TiO252.66%,是提取钛和二氧化钛的主要矿物。
2.2 金红石
金红石
金红石是就是较纯的二氧化钛,一般含二氧化钛在95%以上,常具完好的四方柱状或针状晶形,集合体呈粒状或致密块状。暗红、褐红、黄或橘黄色,富铁者呈黑色;条痕黄色至浅褐色。金刚光泽,铁金红石呈半金属光泽。性脆,硬度6~6.5,密度4.2~4.3g/cm3,富含铁、铌、钽者密度增大,高者可达5.5g/cm3以上。能溶于热磷酸,冷却稀释后加入过氧化钠可使溶液变成黄褐色。
3、钛矿床类型
金红石型钛矿按其成因类型分为:变质沉积型、超高压变质榴辉岩型、河床相沉积型、滨海相沉积型,钛铁矿主要以岩浆型钛铁矿为主。
4、钛的用途
钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属,钛合金具有密度低、比强度高、耐蚀性好、导热率低、无毒无磁、可焊接、生物相容性好、表面可装饰性强等特性,广泛应用于航空、航天、化工、石油、电力、医疗、建筑、体育用品等领域。世界上许多国家都已经认识到钛合金材料的重要性,相继对其进行研究开发,并得到了实际应用。
4.1 钛白粉
钛白粉
钛白粉学名二氧化钛(TiO2),是一种十分稳定的氧化物,具有优良的光学和颜料性能,主要用作白色无机颜料。它的无毒、最佳的不透明性、最佳白度和光亮度,被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料,广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品等工业。
4.2航空航天领域
钛用于航空航天
航空航天领域用钛大国集中在西方国家,尤其是美国,60%的钛材都应用到这个领域。钛具有减轻结构重量、提高结构效率、符合高温部位的使用要求、符合与复合材料结构相匹配的要求、符合高抗蚀性和长寿命的要求等优良性质。
5.3 医疗行业
钛用于医学
钛在医疗领域有着广泛的应用。钛与人体骨骼接近,对人体组织具有良好的生物相容性、无毒副作用。人体植入物是与人的生命和健康密切相关的特殊的功能材料。采用钛及钛合金制造的股骨头、髋关节、肱骨、颅骨、膝关节、肘关节、肩关节、掌指关节、颌骨以及心辨膜、肾辨膜、血管扩张器、夹板、假体、紧固螺钉等上百种金属件移植到人体中,取得了良好的效果,被医学界给予了很高的评价。
4.4 化工行业
钛换热器
钛具有优良的耐腐蚀性能、力学性能和工艺性能,被广泛应用于国民经济许多部门。特别是在化工生产中,用钛代替不锈钢、镍基合金和其它稀有金属作为耐腐蚀材料。这对增加产量,提高产品质量,延长设备使用寿命,减少消耗,降低能耗,降低成本,防止污染,改善劳动条件和提高劳动生产率等方面都有十分重要的意义。
4.5 海洋工程
钛用于海洋工程
随着科学技术的发展和陆地资源日趋枯竭,人类开发利用海洋已经提到日程上来了。钛对于海水有优异的耐蚀性能,大量运用于海水淡化、舰船、海洋热能开发和海底资源开采等领域。
4.6 日常生活
钛眼镜架
钛在日常生活中的应用非常广泛,可谓无处不在,例如高尔夫球头、自行车车架、网球拍、轮椅、眼镜架等都会应用到钛。
5、钛矿储量与分布
据美国地质调查局(USGS)2015年公布的数据表明,全球锐钛矿、钛铁矿和金红石的资源总量超过20亿吨,其中钛铁矿储量约为7.2亿吨,占全球钛矿的92%,金红石储量约为4700万吨,二者合计储量约7.67亿吨。全球钛资源主要分布在澳大利亚、南非、加拿大、中国和印度等国家。
我国钛资源非常丰富,是世界钛资源大国,其储量位于世界前列。我国钛矿床的矿石工业类型比较齐全,既有原生矿也有次生矿,原生钒钛磁铁矿为我国的主要工业类型。钛铁矿占我国钛资源总储量的98%,金红石仅占2%。根据2015年美国地质调查局(USGS)公布的数据,我国钛铁矿储量2亿吨,占全球储量28%,排名全球第一。我国共有钛矿床142个,其分布于20个省区,主要产地为四川、河北、海南、湖北、广东、广西、山西、山东、陕西、河南等省。
6、钛矿价格
金红石价格 TiO2≥87% 2900元/吨
TiO2≥90% 3200元/吨
TiO2≥92% 4500元/吨
TiO2≥95% 5400元/吨
钛铁矿价格1550元/吨
(价格仅供参考)
7、钛常见问题
7.1 钛泄露应急处理
隔离泄漏污染区,限制出入,切断火源,建议应急处理人员戴防尘面具(全面罩),穿防毒服,不要直接接触泄漏物。
小量泄漏:避免扬尘,用洁净的铲子收集于干燥、洁净、有盖的容器中。转移回收。大量泄漏:用塑料布、帆布覆盖。使用无火花工具转移回收。
钛有害燃烧产物:氧化钛;灭火方法:采用干粉、干砂灭火,严禁用水、泡沫、二氧化碳扑救,高热或剧烈燃烧时,用水扑救可能会引起爆炸。
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