钛矿基本知识概述

　　钛矿是以钛铁矿、金红石和钛磁铁矿为主的含钛矿产资源，广泛分布于岩浆型、变质型及沉积型矿床中。钛矿具有熔点高、比重轻、耐腐蚀等特性，其氧化物二氧化钛(钛白)因高折射率广泛应用于涂料、塑料等领域。

　　一、钛的物化性质

　　物理性质：钛相对密度为4.506，熔点1668℃，沸点3287℃。电阻率42x10-8Ω·m(20℃)。因表面有致密氧化物而抗腐蚀，常温下不和氧气、卤素及水反应，红热时和氧反应生成二氧化钛。不与硝酸、稀硫酸和碱反应，但可溶于浓硫酸、氢氟酸和王水等。钛具有可塑性，高纯钛的延伸率可达50—60%，断面收缩率可达70—80%，但强度低，不宜作结构材料。

　　化学性质：钛在常温下对空气和水非常稳定，不易生锈;它在高温下能与氧、氮、氢等元素反应，形成相应的化合物;钛在酸和碱中具有良好的耐腐蚀性，尤其是在海水和氯化物环境中。

　　二、钛的性状

　　由于金属钛呈银白色，具有熔点高(1727℃)、比重轻(4.5)、机械强度高(5)、耐低温(超低温下电阻率几乎为0)、耐磨蚀、线钛塑性良好(能薄壁化使用)、不易氧化、还原性强等特点;钛的氧化物——二氧化钛(钛白)，具有无毒、良好的物理化学稳定性(1000℃煅烧后不熔于任何酸和碱)、折射指数高(2.55～2.70)，以及很强的白度、着色力(1150～1650)、遮盖力(40～50g/m2)、耐温性、抗粉化等特征，被称为“颜料之王”。因此，钛及其氧化物、合金产品是重要的涂料、新型结构材料、防腐材料，被誉为“继铁、铝之后处于发展中第三金属”和“战略金属”，也是“很有希望的金属材料”，在航空、航天、舰船、军工、冶金、化工、机械、电力、海水淡化、交通运输、轻工、环境保护、医疗器械等领域，有着广泛的应用，并创造了巨大的经济效益和社会效益，在国民经济发展中有其重要的地位和作用。

　　三、钛的来源

　　钛金属的探索历程可追溯至1791年，当时英国的业余矿物学家格雷戈尔首次发现了这种元素。随后，在1795年，德国化学家克拉普鲁斯以希腊神Titans之名，将其命名为“钛”，并沿用至今。尽管地球上已知的钛矿物多达140余种，但工业领域主要依赖的是钛铁矿和金红石。

　　四、钛的作用

　　1. 钛合金

　　钛金属日益被人们重视，被誉为“现代高科技金属”，是提高国防装备水平不可或缺的重要战略物资，由于钛具有熔点高、比重小、耐腐蚀、导热系数低、高低温度耐受性能好、在急冷急热条件下应力小等特点，其商业价值在二十世纪五十年代开始被人们认识，被应用于航空、航天、化工、石油、电力等高科技领域。

　　2.军工应用

　　钛在军事工业方面有着十分广阔的用途。核动力潜艇、水翼艇、军用舰艇的装甲板、螺旋桨的叶片、迫击炮身管、反坦克导弹、导弹发射器、坦克防护板、自动步枪、无后座力炮的发射管、防弹背心等大量用钛。据资料介绍，一艘台风级核潜艇，用钛量高达9000吨，由此可见军工对钛材的需求巨大。

　　3.航天航空

　　钛合金有好的耐热强度、低温韧性和断裂韧性，故多用作军用超音速飞机的结构材料、喷气发动机的压缩部件、飞机机架的构件、机壳、隔火墙、铆钉、空运装备的结构部件和火箭、导弹结构件。

　　民用飞机用钛量约占构架重量的20～25%，钛合金制成飞机比其它金属制成同样重的飞机多载旅客100多人。

　　4.海洋产业

　　钛制成的潜艇，既能抗海水腐蚀(根据实验，钛放入海底20~50年均不会被腐蚀)，又能抗深层压力，其下潜深度比不锈钢潜艇增加80%。同时，钛无磁性，不会被水雷发现，具有很好的反监护作用。此外钛还用于各种先进的钛制深潜器、海底实验室装置来进行海洋研究。以及用于沿海电站、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。

　　5.化工应用

　　液态钛几乎能溶解所有的金属，因此可以和多种金属形成合金。钛加入钢中制得的钛钢坚韧而富有弹性。钛与金属Al、Sb、Be、Cr、Fe等生成填隙式化合物或金属间化合物。

　　机械设备：钛及其合金可用于制造各种泵、阀门、过滤、蒸发设备的金属丝网和各种机器零件。

　　化学反应器皿：钛耐腐蚀，所以在化学工业上常常要用到它。过去，化学反应器中装热硝酸的部件都用不锈钢。不锈钢也怕那强烈的腐蚀剂——热硝酸，每隔半年，这种部件就要统统换掉。用钛来制造这些部件，虽然成本比不锈钢部件贵一些，但是它可以连续不断地使用五年，计算起来反而合算得多。

　　耐腐蚀设备：二十世纪70～80年代以后，我国真空制盐企业逐步开始采用钛金属材料制造设备，结果设备腐蚀情况大大改观。

　　石油精炼：石油精炼过程中，石油加工产品与冷却水中的硫化物、氯化物和其他腐蚀剂，对炼油装置特别是低温轻油部位的常减压塔顶冷凝设备的腐蚀性严重，设备腐蚀问题已经成为困扰炼油工业的突出问题之一。近年来美国、日本等国将钛制设备引入到这些高腐蚀的环节，主要作各种容器、反应器、热交换器、蒸馏塔、管道、泵和阀等，取得了很好的效果。

　　6.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。

　　7.医学应用

　　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，由于钛是一种“亲生物金属”，植入人体后不会引起过敏反应，与人体组织排异反应弱，能抵抗分泌物的腐蚀且无毒，加之它与骨骼密度相仿，因此被广泛用于人工骨骼、人工关节、人造牙等人体植入物，当新的肌肉纤维环包在这些“钛骨”上时，这些钛骨就开始维系着人体的正常活动。

　　钛在各方面有着广泛的应用，包括航天、军事、工业程序、汽车、农产食品、医学、厨房用具、运动用品、珠宝及手机等等。

　　五、钛的分布情况

　　目前，全球开发利用的钛矿资源主要为钛铁矿和金红石，以钛铁矿为主。据美国地质调查局(USGS)统计，钛铁矿约占世界钛矿石消费量的89%。截至2017年底，全球钛矿资源量已超过20亿吨(TiO2当量计)，储量9.34亿吨，其中钛铁矿储量为8.73亿吨，占93.47%。除南极洲外，其余六大洲均有丰富的钛矿资源，涉及29个国家。澳大利亚钛储量居世界第一位，其次为中国、印度、南非、肯尼亚、巴西、马达加斯加、挪威、加拿大、莫桑比克、乌克兰、美国、越南和塞拉利昂。这14个国家的钛储量约占世界总储量的97%。

　　六、我国主要的钛矿区

　　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%。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。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。在钛铁矿型钛资源中，原生矿占97%，砂矿占3%;在金红石型钛资源中，绝大部分为低品位的原生矿，其储量占全国金红石资源的86%，砂矿为14%。全国原生钛铁矿共有45处，主要分布在四川攀西和河北承德，2011年我国原生钛铁矿储量2.46亿吨，是我国最主要的钛矿资源。钛铁砂矿资源有85处，主要分布在海南、云南、广东、广西等地，储量500万吨，也是我国重要的钛矿资源。相比之下，金红石矿资源较少，资源产地41处，主要分布在河南、湖北和山西等地，储量200万吨。

　　七、钛的三种特殊功能

　　1.形状记忆功能：指的是Ti-50%Ni(原子)合金，在一定的温度条件下，能够恢复它原来形状的本领，称这种材料为形状记忆合金。

　　2.超导功能：指的是Nb-Ti合金，当温度下降到接近绝对零度时，Nb-Ti合金制成的导线，会失去电阻，任意大的电流通过，导线都不会发热，没有能耗，Nb-Ti被称为超导材料。

　　3.贮氢功能：指的是Ti-50%Fe(原子)合金，具有大量吸收氢气的本领。利用Ti-Fe的这一特征，可把氢安全的贮存起来，即贮存氢不一定使用钢制高压气瓶。在一定条件下还可以让Ti-Fe把氢放出来，Ti-Fe被称为贮能材料。

　　全球钛矿资源丰富且分布广泛，通过科学的勘查和合理的开发，可以有效利用这些资源，为经济和工业发展提供重要支持。未来，随着勘查技术和开采工艺的不断进步，钛矿资源的利用前景将更加广阔。