世纪金属钛(2)
地壳中含钛在1%以上的矿物有80多种,实际具有工业价值的有15种。中国主要开发利用钛的矿物有钛铁矿(FeTiO3),含TiO2为55.66%;金红石(TiO2),含TiO2为90%~99%;钛磁铁矿(Fe,Ti)3O4,含 TiO2为12%~16%。钛矿床类型主要有4种:一是变质基性岩(榴辉岩)中含金红石的原生矿床(湖北大阜山)。二是与基性岩有关的共伴生钒、钛、磁铁矿床(四川攀枝花、河北大庙)。三是金红石内陆砂矿床(安徽古井)和滨海砂矿床(东南沿海各省、区)。四是花岗岩、基性岩风化壳中的残坡积钛铁矿砂矿床(广东、广西清湖)等。
地球上钛的资源丰富。截至2008年底,世界探明钛铁矿的储量6.8亿吨,基础储量14亿吨,这些储量主要分布在中国、澳大利亚、南非、印度、挪威;金红石(TiO2)的储量4 500万吨,基础储量8 700万吨,主要分布在澳大利亚、南非、印度、乌克兰、塞拉利昂、巴西。可见,全世界钛矿资源以钛铁矿为主,约占钛资源总量的90%,其余10%来自金红石、锐钛矿、钛矿渣等。
中国钛矿资源十分丰富,居世界首位。截至2008年底,钛矿查明基础储量(折合TiO2含量)约为24 128万吨,其中原生钛矿占94.5%,集中分布在四川、河北;钛铁砂矿占3.6%,主要分布在海南、云南、广西、广东、江苏和江西等省区。中国是勘查开发钛矿资源的主要国家之一,技术处于世界领先水平。用钛为原料生产的海绵钛产量已居世界第一位,2007年以来,每年生产的海绵钛产量都超过全球产量的30%。以钛为主导产品的稀有金属材料(钛合金)已实现现代化专业化生产,产品广泛应用于航空航天、化工、石油、医药、海洋工程及高档日用消费品等领域,国内市场占有率超40%,其中高档钛材和军工钛材市场占有率超过80%。
钛资源在广西也十分丰富,主要赋存在桂西右江盆地基性岩的风化壳、桂东南的花岗岩风化壳及沿海的海岸带中。矿床类型为风化壳残坡积型钛铁矿砂矿床和滨海钛铁矿砂矿床,这两种类型矿床的显著特点是极易开采回收钛铁矿,矿床中常共生、伴生离子吸附型稀土矿,钛铁矿中往往又共生有极宝贵的钪金属(中国查明的氧化钪资源主要分布在广西合浦,占全国储量的90%以上,潜在价值在260亿元以上)。因此,广西在开发钛铁矿时,一定要注意同时综合开发回收稀土矿和钪金属资源。
钛铁矿石
钛白粉
钛铁矿
钛合金板
钛,被称为21世纪的世纪金属,元素符号为Ti,被誉为“继铁、铝之后处于发展中的第三金属”和“战略金属”,是前途无量的金属材料。钛是典型的亲石元素,在地壳中常以氧化物矿物出现,其中以氧化数为正四价的化合物最稳定。金属钛呈银白色,具有熔点高(1 675 ℃)、密度小(4.5 g /cm3)、机械强度高(为5)、耐低温(超低温下电阻率几乎为0)、耐腐蚀、线钛塑性良好(能薄壁化)、不易氧化、还原性强等特点。
钛的用途十分广泛。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,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。钛的氧化物——二氧化钛(Ti02,亦称钛白粉),具有以下特性:无毒、物理化学稳定性良好、折射率高,有很强的白度、着色力、遮盖力和耐温性,且抗粉化等,被称为颜料之王。含钛的矿物——金红石是优质电焊条涂层不可缺少的原料。
以钛为基本元素加入一种或多种其他元素组成的合金材料叫钛合金(如Ti-Al系金属间化合物合金等)。钛合金是一种新型金属材料,这种合金具有轻质、高强、耐腐蚀、耐热性好等特点,密度、强度和使用温度介于铝和钢之间,具有优异的抗海水腐蚀性能和超低温性能,在航空航天领域、海洋资源开发及舰船建造等方面的使用前景广阔,被认为是21世纪最有发展前途的世纪金属。钛合金被开发首先用于航空航天结构材料:20世纪50年代,美国首次在F-84战斗轰炸机上用钛合金做后机身隔热板、导风罩、机尾罩等非承力构件;20世纪60年代,钛合金的使用部位从后机身移向中机身,部分代替结构钢制造隔框、梁、襟翼滑轨等重要承力构件,使得钛合金在军用飞机中的用量迅速增加,达到飞机结构重量的20%~25%;20世纪70年代,民用飞机开始大量使用钛合金,如波音747客机用钛量达3 640 kg以上,马赫数大于2.5的飞机用钛主要是为了代替钢,以减轻结构重量。钛合金在航空的另一个重要应用是制造飞机发动机压气机部件,当航空发动机的推重比从4~6提高到8~10,压气机出口温度相应地从200 ℃~300 ℃提高到500 ℃~600 ℃时,原来用铝制造的低压压气机盘和叶片就须改用钛合金,或用钛合金代替不锈钢制造的高压压气机盘和叶片,以减轻结构重量。钛合金在航空发动机中的用量一般占结构总重量的20%~30%,主要用于制造压气机部件,如锻造钛风扇、压气机盘和叶片,铸造钛压气机机匣、中介机匣、轴承壳体等。航天器主要利用钛合金的高比强度、耐腐蚀和耐低温性能来制造各种压力容器、燃料储箱、紧固件、仪器绑带、构架和火箭壳体。人造地球卫星、登月舱、载人飞船和航天飞机也都使用钛合金板材焊接件。
文章来源:《机械强度》 网址: http://www.jxqdzzs.cn/qikandaodu/2021/0411/574.html
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