鈦金屬外觀似鋼，具有銀灰光澤，是一種過渡金屬，在過去一段時間內人們一直認為它是一種稀有金屬。鈦並不是稀有金屬，鈦在地殼中約占總重量的0.42%，是 銅、鎳、鉛、鋅的總量的16倍。在金屬世界裡排行第七，含鈦的礦物多達70多種。鈦的強度大，密度小，硬度大，熔點高，抗腐蝕性很強；高純度鈦具有良好的可塑性，但當有雜質存在時變得脆而硬。
基本介紹
- 中文名：鈦金屬
- 類別：過渡金屬
- 強度：大
- 密度：小
簡單介紹,地理分布,鈦礦資源,鈦的冶煉,鈦的用途,相關合物,鈦的產品,現狀展望,
簡單介紹
鈦的比重僅是鐵的1/2，卻像銅一樣經得起錘擊和拉延。
在超低溫世界裡，鈦會變得更為堅硬，並有超導體的性能，鋼則變得脆弱無能。
鈦有很強的耐酸鹼腐蝕能力，在海水中浸5年不鏽蝕，鋼鐵在海水中則會腐蝕變質。用鈦合金為船隻製造外殼，海水無法腐蝕它。用鈦合金製成的“鈦潛艇”，可潛入4500米的深度，一般鋼鐵潛艇在超過300米就容易被水壓壓壞。
“鈦飛機”堅實又輕便，一架大型鈦客機可比同樣重的普通飛機多載100餘人，飛機時速每小時可超過300千米，鋁合金飛機最多是240千米。
利用鈦和鋯對空氣的強大吸收力，可以除去空氣，造成真空。用鈦鋯合金製成的真空泵，可以把空氣抽到只剩下十億分之一。
在航天事業中，鈦可製成飛船的“外衣”，防高溫的侵襲。
鈦和鎳組成的合金，被成為“記憶合金”。這種合金製成預先確定的形狀,再經定型處理後,若受外力變形，只要稍微加熱便可恢復原來的面貌。這種合金已在不少領域得到套用。如美國阿波羅號飛船上用的天線，就是這種記憶合金；上海第一醫學院附屬第九人民醫院已將這種記憶合金用於婦女絕育手術中；另外還可用於儀表、電子裝置等領域。
碳化鈦（TiC）頗象碳化鐵，具有金屬光澤。可它比碳化鐵具有更高的熔點和更高的硬度。所以,它有著實際套用價值。
用鈦制器皿保存食物，器皿不會被腐蝕產生離子，食物能保持原有風味；鈦制炊具既輕巧又強度高,還不會生鏽，最合科學衛生。
用鈦合金製成的高壓容器，能夠耐受2500個大氣壓的高壓。
鈦在外科醫療手術上的套用，也非常引人入勝。不鏽鋼，使用不鏽鋼有一個缺點，就是接骨癒合之後，要把不鏽鋼片再取出來，這是件十分痛苦的事。不然,不鏽鋼會因生鏽而對人體產生危害。如果改用鈦制的“人造骨胳”將使骨科技術完全改觀。在頭損壞的地方,用鈦片與鈦螺絲釘，過了幾個月，骨頭就會重新生長在鈦片的小孔與螺絲里,新的肌肉纖維就包在鈦的薄片上，鈦骨骼宛如真正的骨骼一樣和血肉相聯，起到支撐和加固作用,所以,鈦被人們讚譽為“親生物金屬”。它已開始套用於膝關節、肩關節、肋關節、頭蓋骨、主動心瓣、骨骼固定夾等方面。
在煉鋼工業中，少量鈦是良好的脫氧、除氮及除硫劑。
鈦酸鋇晶體被廣泛套用於超音波儀器和水底探測器中。這是因為具有受壓斬改變形狀時，會產生電流；一旦通電又會改變形狀。把鈦酸鋇放在超音波中，它受壓便會產生電流，由它所產生的電流的大小可以測知超音波的強弱；相反，用高頻電流通過它，則可以產生超音波。
在用金色裝飾工藝品和日用品中，由於它們的硬度低、容易刺破和磨損，不能耐久。當在這些物質的表面鍍一層氮化鈦時，外觀幾乎和黃金的鍍層一模一樣，而比黃金以及硬質合金更耐磨，這種鍍層被譽為具有“永不磨損性”。
有機鈦聚合物，可用作表面活性劑、分散劑、抗水劑或防鏽劑。
人類使用的四個系列的貯氫金屬中，鈦系是其中一種，也是比較便宜的一種，但人類還沒有找到更理想的“貯氫金屬”，一旦這個問題解決了，人們就可以用氫做燃料。
地理分布
中國探明的鈦資源分布在21個省（自治區、直轄市）共108個礦區（圖3.5.1及表3.5.4）。主要產區為四川，次有河北、海南、廣東、湖北、廣西、雲南、陝西、山西等省（區）。
鈦磁鐵礦岩礦
主要礦床分布在四川省的攀枝花和紅格，米易的白馬，西昌的太和；河北省承德的大廟、黑山，豐寧的招兵溝，崇禮的南天門；山西省左權的桐峪；陝西省洋縣的畢機溝；新疆的尾亞；河南省舞陽的趙案莊；廣東省興寧的霞嵐；黑龍江省的呼瑪；北京市昌平的上莊和懷柔的新地。其中四川省表內儲量（TiO2 44256.32萬t）占全國同類儲量（TiO2 46522.83萬t）的95.1%，河北省（TiO2 1544.46萬t）占3.3%，陝西省占0.46%，山西省占0.35%。
金紅石岩礦
主要礦床分布在湖北省棗陽的大阜山；山西省代縣的碾子溝；河南省新縣的楊沖；山東省萊西縣的劉家莊。其中湖北省金紅石（TiO2）表內儲量（534.43萬t）占全國同類儲量（750.86萬t）的71.2%，山西省（154.79萬t）占20.6%，陝西省（44.4萬t）占5.9%。
鈦礦資源
截至1995年底，世界金紅石（包括銳鈦礦）儲量和儲量基礎分別為3330萬t和16440萬t，資源總量約2.3億t（TiO2含量，下同），主要集中在南非、印度、斯里蘭卡、澳大利亞。世界鈦鐵礦（TiO2）儲量和儲量基礎分別為2.743億t和4.353億t，資源總量約10億t；主要集中在南非、挪威、澳大利亞、加拿大和印度。
截至1996年底中國保有原生鈦（磁）鐵礦（折TiO2）儲量35704.09萬t（其中A+B+C級23191.50萬t）；鈦鐵礦（砂礦）礦物儲量3803.19萬t（其中A+B+C級2147.17萬t）；金紅石礦物儲量256.86萬t（其中A+B+C級73.73萬t)；金紅石TiO2儲量750.86萬t（其中A+B+C級242.43萬t）。
若將中國1996年保有鈦鐵礦砂礦的A+B+C級礦物儲量2147.17萬t按含TiO248%折算，則其TiO2儲量為1030.64萬t，僅占同年世界鈦鐵礦(TiO2)27000萬t的3.83%；若再將其與原生鈦磁鐵礦岩礦（TiO2）的A+B+C級儲量（23 191.50萬t）中可利用的約占50%以粒狀鈦鐵礦產出的（TiO2）儲量11595.75萬t相加，其TiO2總儲量為12626.6萬t，則占同年世界鈦鐵礦（TiO2）儲量27000萬t的47.76%，從這個意義上說，我國可稱為世界鈦鐵礦資源最豐富的國家。
若將中國1996年保有金紅石礦物的A+B+C級儲量73.73萬t按含TiO2 94%折算成TiO2儲量為69.31萬t，再加上同年金紅石（TiO2）的A+B+C級儲量242.43萬t，合計為311.74萬t，則占同年世界金紅石（TiO2）儲量3330萬t的9.36%，由此可見中國金紅石資源並不豐富。
鈦的冶煉
鈦在1791年被發現，而第一次製得純淨的鈦卻是在1910年，中間經歷了一百餘年。原因在於：鈦在高溫下性質十分活潑，很易和氧、氮、碳等元素化合，要提煉出純鈦需要十分苛刻的條件。
FeTiO3+3H2SO4 == Ti(SO4)2+FeSO4+3H2O
FeTiO3+2H2SO4 == TiOSO4+FeSO4+2H2O
FeO+H2SO4 == FeSO4+H2O
Fe2O3+3H2SO4 == Fe2(SO4)3+3H2O
為了除去雜質Fe2(SO4)3，加入鐵屑，Fe3+ 還原為Fe2+，然後將溶液冷卻至273K以下，使得FeSO4·7H2O（綠礬）作為副產品結晶析出。
Ti(SO4)2和TiOSO4水解析出白色的偏鈦酸沉澱，反應是：
Ti(SO4)2+H2O == TiOSO4+H2SO4
TiOSO4+2H2O == H2TiO3+H2SO4
鍛燒偏鈦酸即製得二氧化鈦：
H2TiO3 == TiO2+H2O
工業上制金屬鈦採用金屬熱還原法還原四氯化鈦。將TiO2（或天然的金紅石）和炭粉混合加熱至1000～1100K，進行氯化處理，並使生成的TiCl4，蒸氣冷凝。
TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO-
在1070K 用熔融的鎂在氬氣中還原TiCl4可得多孔的海綿鈦：
TiCl4+2Mg=2MgCl2+Ti
這種海綿鈦經過粉碎、放入真空電弧爐里熔煉，最後製成各種鈦材。
鈦的用途
純鈦是銀白色的金屬，它具有許多優良性能。鈦的密度為4.54g/cm3，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。
鈦屬於化學性質比較活潑的金屬。加熱時能與O2、N2、H2、S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緻密的氧化物保護膜，可以抵抗強酸甚至王水的作用，表現出強的抗腐蝕性。因此，一般金屬在酸的溶液中變得千瘡百孔而鈦卻安然無恙。
液態鈦幾乎能溶解所有的金屬，因此可以和多種金屬形成合金。鈦加入鋼中製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。
鈦合金製成飛機比其它金屬製成同樣重的飛機多載旅客100多人。製成的潛艇，既能抗海水腐蝕，又能抗深層壓力，其下潛深度比不鏽鋼潛艇增加80% 。同時，鈦無磁性，不會被水雷發現，具有很好的反監護作用。
鈦具有“親生物“’性。在人體內，能抵抗分泌物的腐蝕且無毒，對任何殺菌方法都適應。因此被廣泛用於制醫療器械，制人造髖關節、膝關節、肩關節、脅關節、頭蓋骨，主動心瓣、骨骼固定夾。當新的肌肉纖維環包在這些“鈦骨”上時，這些鈦骨就開始維繫著人體的正常活動。
鈦在人體中分布廣泛，正常人體中的含量為每70kg體重不超過15mg，其作用尚不清楚。但鈦能刺激吞噬細胞，使免疫力增強這一作用已被證實。
相關合物
重要的鈦化合物有：二氧化鈦(TiO2)、四氯化鈦(TiCl4)、偏鈦酸鋇(BaTiO3)。
二氧化鈦
純淨的二氧化鈦是白色粉末，是優良的白色顏料，商品名稱“鈦白”。它兼有鉛白(PbCO3)的遮蓋性能和鋅白（ZnO）的持久性能。因此，人們常把鈦白加在油漆中，製成高級白色油漆；在造紙工業中作為填充劑加在紙槳中；在紡織工業中作為人造纖維的消光劑；在玻璃、陶瓷、搪瓷工業上作為添加劑，改善其性能；在許多化學反應中用作催化劑。化學工業日益發展，二氧化鈦及鈦系化合物作為精細化工產品，有著很高的附加價值，前景十分誘人。
四氯化鈦
四氯化鈦是一種無色液體；熔點250K、沸點409K，有制激性氣味。它在水中或潮濕的空氣中都極易水解，冒出大量的白煙。
TiCl4+3H2O == H2TiO3+4HCl
因此TiCl4在軍事上作為人造煙霧劑，猶其是用在海洋戰爭中。在農業上，人們用TiCl4形成的濃霧地面，減少夜間地面熱量的散失，保護蔬菜和農作物不受嚴寒、霜凍的危害。
偏鈦酸鋇
將TiO2和BaCO3一起熔融製得偏鈦酸鋇：
TiO2+BaCO3 == BaTiO3十CO2-
人工製得的BaTiO3具有高的介電常數，由它製成的電容器有較大的容量，更重要的是BaTiO3具有顯著的“壓電性能”，其晶體受壓會產生電流，一通電，又會改變形狀。人們把它置於超音波中，它受壓便產生電流，通過測量電流強弱可測出超音波強弱。幾乎所有的超音波儀器中都要用到它。隨著鈦酸鹽的開發利用，它愈來愈廣泛地用來製造非線性元件、介質放大器、電子計算機記憶元件、微型電容器、電鍍材料、航空材料、強磁、半導體材料、光學儀器、試劑等。
鈦的產品
材質：典化鈦，工業純鈦， α 型鈦， β 型鈦， α +β型鈦
類型包括有鈦絲、鈦網、鈦管、鈦片、鈦箔。
鈦網：套用於一些儀器以及裝置，起過濾作用。
鈦絲：除了工業上的套用，高級鈦絲還套用於一些植入和美容手術。
鈦管：套用於工業、機械上。
鈦片：套用於骨骼上的植入，外科接骨手術與生物植入公司。
鈦箔：套用同上，鈦箔是更薄的鈦片，厚度在0.1mm以下。
現狀展望
鈦、鈦合金及鈦化合物的優良性能促使人類迫切需要它們。然而，生產成本之高，使套用受到限制。
據相關統計數據，2012年我國化工行業用鈦量達2.5萬噸，比2011年有所減少。這是自2009年以來，我國化工用鈦市場首次出現負增長。近些年來，化工行業一直是鈦加工材最大的用戶，其用量在鈦材總用量的占比一直保持在50%以上，2011年占比高達55%。但隨著經濟陷入低迷期，化工行業不但新建項目明顯減少，同時還將面臨產業結構調整，部分產品新建產能受到控制，落後產能也將逐步淘汰的境地。受此影響，其對鈦加工材用量的萎縮也變得順理成章。在此之前，便有業內人士預測化工行業用鈦量在2013~2015年間達到峰值。以當前市場表現看來，2012年整體經濟的疲軟有可能使得化工用鈦的衰退期提前。
隨著上述政策以及國家相關環保、產業政策落地和市場的推動，我國鈦白粉行業將經歷去產能化過程，催生行業升級，提高氯化法鈦白粉比例，提升行業集中度。未來5年，我國鈦白粉行業將迎來大範圍重組、整合。近期中核鈦白、金浦鈦業的收購行為和意向預示著鈦白粉行業整合大幕已經開啟。
