世纪金属钛(3)
当前,钛合金的开发利用主要集中在以下几方面:钛的制备和加工,实现产品高性能化和低成本化,包括海绵钛生产、材料设计及加工的低成本化;高效、短流程钛合金加工技术的开发和应用,如单次冷床熔炼直接轧制技术、钛带连续加工技术、大型复杂构件整体化锻造和精密锻造技术等;近净成形技术,包括粉末冶金、精密铸造、精密模锻、喷射成形和数字化3D打印成型技术等。上述新技术对钛合金的应用开发都取得了新的进展,其中,数字化3D打印成型技术更是取得了重大突破。
科学家经过千辛万苦的努力,终于在数字化3D打印成型钛合金的应用技术上取得了开创性突破,并在航空航天领域得到了应用。如美国用3D打印钛合金零件的F-35战斗机已经进行试飞;中国的科学家用3D打印钛激光成像钛合金部件已经成功用于新型战斗机和大型民航机,这使中国3D打印钛合金技术处于世界领先水平。此外,钛合金3D打印技术在医疗领域取得了阶段性成果,如用3D打印结合电子束金属熔融快速成型设备,制备出具有多孔涂层的钛合金骨盆假体、锁骨假体及肩胛骨假体,在人类的骨科医疗临床试验中均获得良好的效果,这种技术的应用将医疗器械的“私人订制”变成了现实,使得钛合金将成为部分骨头受伤的人体的组成部分。
钛的氧化物——二氧化钛是人类净化空气的优质化学材料。化学净化材料主要指采用氧化、还原、离子交换以及光催化等化学反应技术生产的净化材料。当前应用最广的是光催化材料,这是一种以二氧化钛为代表,在光照条件下具有催化功能的半导体材料的总称。二氧化钛作为一种光催化材料,在吸收太阳光或照明光源中的紫外线后,能够发生氧化还原反应,表面形成强氧化性的氢氧自由基和超氧阴离子自由基,其中游离有害物质被分解或化合成无害的二氧化碳和水,从而达到净化空气、保护大气环境不受污染的目的。二氧化钛所具有的这种特殊功能,给人类提供了更多的用武之地。
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
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