二十一世紀(jì)的金屬

1、二十一世紀(jì)的金屬鈦位于元素周期表的IVB族 ,原子序數(shù)22 ,是一種難溶的稀有金屬。 1 鈦的發(fā)現(xiàn)簡史 鈦是英國化學(xué)家馬克·格雷戈爾在1791年研究鈦鐵礦和金紅石時發(fā)現(xiàn)的。幾年以后 ,德國化學(xué)家克拉普羅特從匈牙利博伊尼克的一種紅色金紅石中也發(fā)現(xiàn)了這種元素 ,他引用希臘神話中“Titans"(太陽神族)的名字給這種元素起名叫“Titanium(中文按照它原文名稱的譯音定名為鈦)。其實當(dāng)時找到的是粉末狀的二氧化鈦而不是金屬鈦。直到1910年才被美國化學(xué)家亨特第一次制得純度達99. 9%的金屬鈦 ,但總共還不到1 g。 2 鈦的存在 鈦的蘊藏豐富 ,但分布卻很分散。在

2、地殼外層16 km的范圍內(nèi)鈦約占0.6% ,僅次于氧、硅、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂 ,居第9位。在結(jié)構(gòu)材料中 ,僅次于鋁、鐵、鎂。 鈦是一種十分活潑的元素 ,可與周期表中許多元素發(fā)生化合反響 ,特別是對氧的親和力非常大。因此 ,自然界中沒有游離態(tài)的元素鈦存在。含鈦的礦物種類很多 ,到目前為止有近70種 ,其中最有工業(yè)價值的有:金紅石(TiO2,)、欽鐵礦(FeTiO3)及組成復(fù)雜的釩鈦鐵礦。我國鈦蘊藏量居全球之首 ,四川攀枝花地區(qū)有極豐富的釩鈦提礦 ,蘊藏量約15億噸。 3 鈦的性質(zhì)和應(yīng)用 鈦具有銀白色金屬光澤 ,從外觀看略似鋼 ,它熔點高(1 725 ) ,密度小(4.5g/cm3) ,機械強

3、度高 ,容易加工成形。鈦比鐵強韌得多 ,比重卻只有鐵的一半多一點 ,而且不會生銹；鈦比鋁重不到兩倍 ,強度比鋁大三倍 ,而且耐熱性能遠優(yōu)于鋁。在航空工業(yè)中 鈦用以制造現(xiàn)代超音速飛機 ,其飛行速度和高度都超過一般的飛機 , 鈦也用于制造噴氣發(fā)動機零件(壓縮機上的葉輪、渦輪葉片、轉(zhuǎn)子等)。 在火箭、導(dǎo)彈和宇航工業(yè)中 , 鈦主要用作壓力容器、燃料貯箱、火箭發(fā)動機殼體、火箭噴嘴套筒、人造衛(wèi)星外殼、宇宙飛船船艙等。(由于欽的密度小 ,使火箭、導(dǎo)彈、宇宙飛船等重量減輕 ,降低了制造費用)。 對鈦來說 ,最重要、最穩(wěn)定的化合物是四價的；但是 , 鈦相當(dāng)容易形成三價和二價的化合物。衍生的一價鈦化合物大都是不穩(wěn)

4、定的。 鈦在含氧環(huán)境中易形成一層薄而鞏固的氧化物薄膜 ,這種薄膜能耐氧化溶液和氯化物溶液的浸蝕 ,因而使鈦具有優(yōu)異的耐腐蝕性能 ,鈦抗海水腐蝕的能力比其他所有金屬都好 ,無論是在靜止的或高速流動的海水中鈦都具有特殊的穩(wěn)定性。因此 ,鈦是海水淡化裝置的理想材料。鈦也是造船工業(yè)的理想結(jié)構(gòu)材料 ,用鈦制造的輪船 ,銀光閃閃 ,用不著涂漆 ,在海水中船行幾年也不會生銹。用鈦制的軍艦、潛水艇沒有磁性 ,不會被磁性水雷發(fā)現(xiàn)和跟蹤 ,而且能抗深水壓力。 鈦與各種濃度的硝酸、稀硫酸 ,各種弱減的作用非常緩慢 ,在化學(xué)工業(yè)中 ,可用以制造各種化工設(shè)備如熱交換器、泵、反響器、加熱器等。例如在化肥工業(yè)中 ,目前國外

5、已使用鈦材來制造尿素生產(chǎn)中的合成塔、反響器、攪拌器、換熱器、別離器和壓縮機等設(shè)備。 鈦與氧和氮的化學(xué)親合力非常強 ,所以在煉鋼過程中可用鈦作脫氧劑和脫氮劑(鈦與溶解在鋼中的氮相互作用生成不溶解的氮化物) ,從鋼中徹底去除氧、氮雜質(zhì) ,使鋼的結(jié)構(gòu)致密化并提高鋼的機械性能。 另外 ,鈦在含有金屬離子的酸性溶液中具有很好的穩(wěn)定性 ,因此 ,鈦在濕法冶金工業(yè)中 ,如銅、鎳、鈷、錳等有色金屬的電解生產(chǎn)中 ,有著十分廣泛的應(yīng)用。 鈦在醫(yī)學(xué)上有著奇妙的用處 ,在骨骼損壞了的地方 ,用鈦片和鈦螺絲釘釘好 ,過幾個月骨頭就會重新長在鈦片的小孔和鈦螺絲釘?shù)穆菁y里 ,新的肌肉纖維便包在鈦的薄片上 ,這種鈦“骨頭猶如

6、真的骨頭一樣。因此 ,鈦被稱為“親生物金屬。 隨著工業(yè)的開展和科學(xué)技術(shù)的進步 ,鈦開始應(yīng)用于日用品方面 ,如高爾夫球桿、滑雪板、眼鏡架、照相機外殼等。 4 鈦合金的功能特性 鈦合金有記憶、超導(dǎo)和吸氫等三種特殊功能。鈦合金的這三種特殊的功能在開發(fā)新能源中有特殊作用。 4.1 記憶功能 指的是鈦鎳合金在一定溫度下有恢復(fù)原有形狀的本領(lǐng)。 4.2 超導(dǎo)功能 指的是鈦妮合金做成的導(dǎo)線 ,當(dāng)溫度接近-273 時 ,電阻為零。鈦妮合金可做超導(dǎo)材料。 4.3 鈦鐵合金 有吸收氫氣的功能。它可以把氫氣大量、平安地貯存起來用以代替笨重的鋼制高壓氣瓶。在一定條件下 ,又可以把貯存的氫氣放出來 ,我們把這類合金稱為貯氫材料。 5 鈦的展望 金屬鈦工業(yè)是靠制造飛機開展起來的 ,如美國在二十世紀(jì)五十年代初生產(chǎn)的全部鈦金屬都用在制造飛機上。目前鈦的應(yīng)用主要受到產(chǎn)量的限制 ,但是隨著科技的開展 ,冶煉