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繁異體: 鈦 拼音: tài 部首: 钅 總筆畫: 9 部外筆畫: 4 UTF-8: E9929B UTF-16: 949B UTF-32: 0000949B 一字全碼: tai4jintai 一字雙碼: tajita 一字單碼: tjt 漢字結構: 左(中)右 漢字層次: 5 筆畫: 丿一一一????一丿㇏丶 筆順編號: 311151344 筆順讀寫: 撇橫橫橫折橫撇捺捺 他人筆順: 311151344 部件組構: 钅(????(丿一)二(一一)????)太(大(一人(丿㇏))丶)
钛
鈦 (鈦 ) tài 一種金屬元素,灰色,能在氮氣中燃燒,熔點高。鈍鈦 和以鈦 為主的合金是新型的結構材料,主要用於航天工業和航海工業。 筆畫數:9; 部首:釒; 筆順編號:311151344
Titanium (Ti) tài a metallic element, gray, nitrogen in the combustion in a high melting point. Blunt titanium and titanium-based alloy is a new structural materials, mainly for the aerospace industry and marine industry. Stroke: 9; radicals: Jin; Stroke Number: 311151344 鈦 鈦 tài 【名】 一種具有極高熔點的銀灰色輕金屬元素,原子序數22,低溫下通常硬而脆,加熱後有展性,純鈦 有延性,常溫時有良好的耐腐蝕性能,主要以鈦 鐵形式用於煉鋼及製造其他用作結構材料的合金〖titanium〗——元素符號Ti
Titanium Titanium tài 【Name】 A very high melting point of silver-gray with light metallic element, atomic number 22, is usually hard and brittle at low temperatures, ductility after heating, pure titanium has ductility, room temperature with good corrosion resistance, mainly in the form of ilmenite for manufacture of steel and other alloys used as structural materials〗 〖titanium - Ti element symbols 鈦 〈名〉
一種具有極高熔點的銀灰色輕金屬元素,原子序數22,低溫下通常硬而脆,加熱後有展性,純鈦 有延性,常溫時有良好的耐腐蝕性能,主要以鈦 鐵形式用於煉鋼及製造其他用作結構
材料的合金
鈦 tài金屬化學元素之一。符號ti。銀白色,質硬而輕。純鈦 與合金主要用於製造飛機、船艦等航天及航海工業。
Ti <name> of a very high melting point of silver-gray with light metallic element, atomic number 22, is usually hard and brittle at low temperatures, ductility after heating, a ductility of pure titanium at room temperature when you have a good corrosion resistance, mainly titanium form of iron used in steelmaking and the manufacture of other alloys used as structural material of titanium tài metallic chemical element. Symbol ti. Silver-white, hard and light. Pure titanium and alloys used mainly for aircraft, ships and other aerospace and marine industries. 鈦 tai
部首 釒 部首筆畫 05 總筆畫 09
鈦
titanium;
鈦
(1)
鈦
tài
〈名〉
(2)
一種具有極高熔點的銀灰色輕金屬元素,原子序數22,低溫下通常硬而脆,加熱後有展性,純鈦 有延性,常溫時有良好的耐腐蝕性能,主要以鈦 鐵形式用於煉鋼及製造其他用作結構材料的合金 [titanium]--元素符號 ti
鈦
(鈦 )
tài ㄊㄞ╝
一種金屬元素,灰色,能在氮氣中燃燒,熔點高。鈍鈦 和以鈦 為主的合金是新型的結構材料,主要用於航天工業和航海工業。
鄭碼pgs,u949b,gbkeed1
筆畫數9,部首釒,筆順編號311151344
Ti tai Radical Radical Jin total strokes 09 strokes 05 Titanium titanium; Titanium (1) Titanium tài <Name> (2) A very high melting point of silver-gray with light metallic element, atomic number 22, is usually hard and brittle at low temperatures, ductility after heating, pure titanium has ductility, room temperature with good corrosion resistance, mainly in the form of ilmenite for manufacture of steel and other alloys used as structural materials [titanium] - element symbols ti Titanium (Ti) tài ㄊ ㄞ ╝ A metallic element, gray, nitrogen in the combustion in a high melting point. Blunt titanium and titanium-based alloy is a new structural materials, mainly for the aerospace industry and marine industry. Zheng code pgs, u949b, gbkeed1 9 number of strokes, radical Jin, stroke order number 311151344 鈦 拼音:tài
部首:釒,部外筆畫:4,總筆畫:9 ; 繁體部首:金,部外筆畫:4,總筆畫:12
五筆86&98:qdyy倉頡:xxcki
筆順編號:311151344四角號碼:84730unicode:cjk 統一漢字 u+949b
基本字義
◎ 一種金屬元素,灰色,能在氮氣中燃燒,熔點高。鈍鈦 和以鈦 為主的合金是新型的結構材料,主要用於航天工業和航海工業。
從發現鈦 元素到製得純品,歷時一百多年。而鈦 真正得到利用,認識其本來的真面目,則是20世紀40年代以後的事情了。
地理表面十公裏厚的地層中,含鈦 達千分之六,比銅多61倍。隨便從地下抓起一把泥土,其中都含有千分之幾的鈦 ,世界上儲量超過一千萬噸的鈦 礦並不稀罕。
海灘上有成億噸的砂石,鈦 和鋯這兩種比砂石重的礦物,就混雜在砂石中,經過海水千百萬年晝夜不停地淘洗,把比較重的鈦 鐵礦和鋯英砂礦衝在一起,在漫長的海岸邊,形成了一片一片的鈦 礦層和鋯礦層。這種礦層是一種黑色的砂子,通常有幾釐米到幾十釐米厚。
鈦 沒有磁性,用鈦 建造的核潛艇不必擔心磁性水雷的攻擊。
1947年,人們纔開始在工廠裏冶煉鈦 。當年,産量衹有2噸。1955年産量激增到2萬噸。1972年,年産量達到了 20萬噸。鈦 的硬度與鋼鐵差不多,而它的重量幾乎衹有同體積的鋼鐵的一半,鈦 雖然稍稍比鋁重一點,它的硬度卻比鋁大2倍。現在,在宇宙火箭和導彈中,就大量用鈦 代替鋼鐵。據統計, 目前世界上每年用於宇宙航行的鈦 ,已達一千噸以上。極細的鈦 粉,還是火箭的好燃料,所以鈦 被譽為宇宙金屬,空間金屬。
鈦 的耐熱性很好,熔點高達1725℃。在常溫下,鈦 可以安然無恙地躺在各種強酸強鹼的溶液中。就連最兇猛的酸——王水,也不能腐蝕它。鈦 不怕海水,有人曾把一塊鈦 沉到海底,五年以後取上來一看,上面粘了許多小動物與海底植物,卻一點也沒有生銹,依舊亮閃閃的。
現在,人們開始用鈦 來製造潛艇一——鈦 潛艇。由於鈦 非常結實,能承受很高的壓力,這種潛艇可以在深達4500米的深海中航行。
鈦 耐腐蝕,所以在化學工業上常常要用到它。過去,化學反應器中裝熱硝酸的部件都用不銹鋼。不銹鋼也怕那強烈的腐蝕劑——熱硝酸,每隔半年,這種部件就要統統換掉。現在,用鈦 來製造這些部件,雖然成本比不銹鋼部件貴一些,但是它可以連續不斷地使用五年,計算起來反而合算得多。
鈦 的最大缺點是難於提煉。主要是因為鈦 在高溫下化合能力極強,可以與氧、碳、氮以及其他許多元素化合。因此,不論在冶煉或者鑄造的時候,人們都小心地防止這些元素“侵襲”鈦 。在冶煉鈦 的時候,空氣與水當然是嚴格禁止接近的,甚至連冶金上常用的氧化鋁坩堝也禁止使用,因為鈦 會從氧化鋁裏奪取氧。現在,人們利用鎂與四氯化鈦 在惰性氣體——氦氣或氬氣中相作用,來提煉鈦 。
人們利用鈦 在高溫下化合能力極強的特點,在煉鋼的時候,氮很容易溶解在鋼水裏, 當鋼錠冷卻的時候,鋼錠中就形成氣泡,影響鋼的質量。所以煉鋼工人往鋼水裏加進金屬鈦 ,使它與氮化合,變成爐渣一—氮化鈦 ,浮在鋼水表面,這樣鋼錠就比較純淨了。
當超音速飛機飛行時,它的機翼的溫度可以達到500℃。如用比較耐熱的鋁合金製造機翼,一到二三百度也會吃不消,必須有一種又輕、又韌、又耐高溫的材料來代替鋁合金乙鈦 恰好能夠滿足這些要求。鈦 還能經得住零下一百多度的考驗,在這種低溫下,鈦 仍舊有很好的韌性而不發脆。
利用鈦 和鋯對空氣的強大吸收力,可以除去空氣,造成真空。比方,利用鈦 製成的真空泵,可以把空氣抽到衹剩下十萬萬萬分之一。
鈦 的氧化物——二氧化鈦 ,是雪白的粉末,是最好的白色顔料,俗稱鈦 白。以前,人們開採鈦 礦,主要目的便是為了獲得二氧化鈦 。鈦 白的粘附力強,不易起化學變化,永遠是雪白的。特別可貴的是鈦 白無毒。它的熔點很高,被用來製造耐火玻璃,釉料,琺琅、陶土、耐高溫的實驗器皿等。
二氧化鈦 是世界上最白的東西, 1剋二氧化鈦 可以把 450多平方釐米的面積塗得雪白。它比常用的白顔料一—鋅鋇白還要白5倍,因此是調製白油漆的最好顔料。世界上用作顔料的二氧化鈦 ,一年多到幾十萬噸。二氧化鈦 可以加在紙裏,使紙變白並且不透明,效果比其他物質大10倍,因此,鈔票紙和美術品用紙就要加二氧化鈦 。此外,為了使塑料的顔色變淺,使人造絲光澤柔和,有時也要添加二氧化鈦 。在橡膠工業上,二氧化鈦 還被用作為白色橡膠的填料。
四氯化鈦 是種有趣的液體,它有股刺鼻的氣味,在濕空氣中便會大冒白煙——它水解了,變成白色的二氧化鈦 的水凝膠。在軍事上,人們便利用四氯化鈦 的這股怪脾氣,作為人造煙霧劑。特別是在海洋上,水氣多,一放四氯化鈦 ,濃煙就象一道白色的長城,擋住了敵人的視綫。在農業上,人們利用四氟化鈦 來防霜。
鈦 酸鋇晶體有這樣的特性:當它受壓力而改變形狀的時候,會産生電流,一通電又會改變形狀。於是,人們把鈦 酸鋇放在超聲波中,它受壓便産生電流,由它所産生的電流的大小可以測知超聲波的強弱。相反,用高頻電流通過它,則可以産生超聲波。現在,幾乎所有的超聲波儀器中,都要用到鈦 酸鋇。除此之外,鈦 酸鋇還有許多用途。例如:鐵路工人把它放在鐵軌下面,來測量火車通過時候的壓力;醫生用它製成脈搏記錄器。用鈦 酸鋇做的水底探測器,是銳利的水下眼睛,它不衹能夠看到魚群,而且還可以看到水底下的暗礁、冰山和敵人的潛水艇等。
冶煉鈦 時,要經過復雜的步驟。把鈦 鐵礦變成四氯化鈦 ,再放到密封的不銹鋼罐中,充以氬氣,使它們與金屬鎂反應,就得到“海綿鈦 ”。這種多孔的“海綿鈦 ”是不能直接使用的,還必須把它們在電爐中熔化成液體,才能鑄成鈦 錠。但製造這種電爐又談何容易!除了電爐的空氣必須抽幹淨外,更傷腦筋的是,簡直找不到盛裝液態鈦 的坩堝,因為一般耐火材料部含有氧化物,而其中的氧就會被液態鈦 奪走。後來,人們終於發明了一種“水冷銅坩堝”的電爐。這種電爐衹有中央一部分區域很熱,其餘部分都是冷的,鈦 在電爐中熔化後,流到用水冷卻的銅坩堝壁上,馬上凝成鈦 錠。用這種方法已經能夠生産幾噸重的鈦 塊,但它的成本就可想而知了。
元素名稱:鈦
元素原子量:47.87
元素在海水中的含量:(ppm)
0.00048
元素在太陽中的含量:(ppm)
4
元素類型:金屬
核內質子數:22
核外電子數:22
核電核數:22
質子質量:3.6806e-26
質子相對質量:22.154
原子體積:(立方釐米/摩爾)
10.64
地殼中含量:(ppm)
5600
以下為增加內容:
氧化態:
mainti+4
otherti-1, ti0, ti+2, ti+3
所屬周期:4
所屬族數:ivb
摩爾質量:48
氫化物:tih4
氧化物:tio
最高價氧化物化學式:tio2
密度:4.54g/cm3
熔點:1660.℃
沸點:3287.0 ℃
電離能 (kj /mol)
m - m+ 658
m+ - m2+ 1310
m2+ - m3+ 2652
m3+ - m4+ 4175
m4+ - m5+ 9573
m5+ - m6+ 11516
m6+ - m7+ 13590
m7+ - m8+ 16260
m8+ - m9+ 18640
m9+ - m10+ 20830
外圍電子排布:2 8 8 4
核外電子排布:2,8,10,2
晶體結構:晶胞為六方晶胞。
晶胞參數:
a = 295.08 pm
b = 295.08 pm
c = 468.55 pm
α = 90°
β = 90°
γ = 120°
莫氏硬度:6
聲音在其中的傳播速率:(m/s)5090
顔色和狀態:銀灰色金屬
原子半徑:2
常見化合價:+2,+3,+4
發現人:格列高爾 發現年代:1791年
發現過程:
鈦 是英國化學家格雷戈爾(gregor r w ,1762—1817。)在1791年研究鈦 鐵礦和金紅石時發現的。四年後,1795年,德國化學家剋拉普羅特(klaproth m h ,1743—1817。)在分析匈牙利産的紅色金紅石時也發現了這種元素。他主張采取為鈾(1789年由剋拉普羅特發現的)命名的方法,引用希臘神話中太旦神族“titans”的名字給這種新元素起名叫“titanium”。中文按其譯音定名為鈦 。
格雷戈爾和剋拉普羅特當時所發現的鈦 是粉末狀的二氧化鈦 ,而不是金屬鈦 。因為鈦 的氧化物極其穩定,而且金屬鈦 能與氧、氮、氫、碳等直接激烈地化合,所以單質鈦 很難製取。直到1910年纔被美國化學家亨特(hunter m a )第一次製得純度達99.9%的金屬鈦 。
元素描述:
具有金屬光澤,有延展性。密度4.5/釐米3。熔點1660±10℃。沸點3287℃。化合價+2、+3和+4。電離能為6.82電子伏特。鈦 的主要特點是密度小,機械強度大,容易加工。鈦 的塑性主要依賴於純度。鈦 越純,塑性越大。有良好的抗腐蝕性能,不受大氣和海水的影響。在常溫下,不會被稀????酸、稀硫酸、硝酸或稀鹼溶液所腐蝕;衹有氫氟酸、熱的濃????酸、濃硫酸等纔可對它作用。
元素來源:
鈦 屬於稀有金屬,在地殼中的豐度占第七位,有0.42%。用於冶煉鈦 的礦物主要有鈦 鐵礦(fetio3)、金紅石(tio2)和鈣鈦 礦等。礦石經處理得到易揮發的四氯化鈦 ,再用鎂還原而製得純鈦 。
元素用途:
鈦 和鈦 的合金大量用於航空工業,有"空間金屬"之稱;另外,在造船工業、化學工業、製造機械部件、電訊器材、硬質合金等方面有着日益廣泛的應用。
元素輔助資料:
鈦 的主要礦石是金紅石tio2和鈦 鐵礦fetio3,它的發現也正是從這兩種礦石的分析而來。早在1791年英國英格蘭西南端康沃爾(cornwall)郡門拉陳(menacan)教區的牧師格纍高爾,也是一位科學家,分析出産在他教區內的一種黑色礦砂,也就是今天成為鈦 鐵礦的礦石時發現了一種新的金屬物質並命名為menacenite。三年後,1795年,剋拉普羅特分析了匈牙利布伊尼剋(boinik)地區出産的金紅石,認識到它是一種新金屬的氧化物,具有抵抗酸、鹼溶液的特性,藉用希臘神話中大地的第一代兒子們泰坦神族titans,命名這個金屬為titanium,元素符號定為ti。兩年後,剋拉普羅特證實格纍高爾發現的menacenite就是鈦 。
鈦 對於酸、鹼具有較強的耐腐蝕性,已成為化工生産中重要的材料。
鈦 一般被認為是稀有金屬,其實它在地殼中的含量相當大,比一般的常用的金屬鋅、銅、錫等都大,甚至比氯、磷都大。
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。
工業上常用硫酸分解鈦 鐵礦的方法製取二氧化鈦 ,再由二氧化鈦 製取金屬鈦 。濃硫酸處理磨碎的鈦 鐵礦(精礦),發生下面的化學反應:
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(緑礬)作為副産品結晶析出。
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
工業上製金屬鈦 采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=2mgc12+ti
這種海綿鈦 經過粉碎、放入真空電弧爐裏熔煉,最後製成各種鈦 材。
鈦 及鈦 合金的特性、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、鹼、????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,其下潛深度比不銹鋼潛艇增加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。因此被廣泛用於製醫療器械,製人造髖關節、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 骨就開始維係着人體的正常活動。
鈦 在人體中分佈廣泛,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。
鈦 的化合物及用途
重要的鈦 化合物有:二氧化鈦 (tio2)、四氯化鈦 (ticl4)、偏鈦 酸鋇(batio3)。
純淨的二氧化鈦 是白色粉末,是優良的白色顔料,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;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。在化學工業日益發展的今天,二氧化鈦 及鈦 係化合物作為精細化工産品,有着很高的附加價值,前景十分誘人。
四氯化鈦 是一種無色液體;熔點250k、沸點409k,有製激性氣味。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。
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”,其晶體受壓會産生電流,一通電,又會改變形狀。人們把它置於超聲波中,它受壓便産生電流,通過測量電流強弱可測出超聲波強弱。幾乎所有的超聲波儀器中都要用到它。隨着鈦 酸????的開發利用,它愈來愈廣泛地用來製造非綫性元件、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 、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,生産成本之高,使應用受到限製。我們相信在不久的將來,隨着鈦 的冶煉技術不斷改進和提高,鈦 、鈦 合金及鈦 的化合物的應用將會得到更大的發展。 ◎ 一種金屬元素,灰色,原子序數22,相對原子質量47.87。能在氮氣中燃燒,熔點高。鈍鈦 和以鈦 為主的合金是新型的結構材料,主要用於航天工業和航海工業。
從發現鈦 元素到製得純品,歷時一百多年。而鈦 真正得到利用,認識其本來的真面目,則是20世紀40年代以後的事情了。
地球表面十公裏厚的地層中,含鈦 達千分之六,比銅多61倍,在地殼中的含量排第十位(地殼中元素排行:氧、硅、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂、氫、鈦 )。隨便從地下抓起一把泥土,其中都含有千分之幾的鈦 ,世界上儲量超過一千萬噸的鈦 礦並不稀罕。
海灘上有成億噸的砂石,鈦 和鋯這兩種比砂石重的礦物,就混雜在砂石中,經過海水千百萬年晝夜不停地淘洗,把比較重的鈦 鐵礦和鋯英砂礦衝在一起,在漫長的海岸邊,形成了一片一片的鈦 礦層和鋯礦層。這種礦層是一種黑色的砂子,通常有幾釐米到幾十釐米厚。
鈦 沒有磁性,用鈦 建造的核潛艇不必擔心磁性水雷的攻擊。
1947年,人們纔開始在工廠裏冶煉鈦 。當年,産量衹有2噸。1955年産量激增到2萬噸。1972年,年産量達到了 20萬噸。鈦 的硬度與鋼鐵差不多,而它的重量幾乎衹有同體積的鋼鐵的一半,鈦 雖然稍稍比鋁重一點,它的硬度卻比鋁大2倍。現在,在宇宙火箭和導彈中,就大量用鈦 代替鋼鐵。據統計, 目前世界上每年用於宇宙航行的鈦 ,已達一千噸以上。極細的鈦 粉,還是火箭的好燃料,所以鈦 被譽為宇宙金屬,空間金屬。
鈦 的耐熱性很好,熔點高達1725℃。在常溫下,鈦 可以安然無恙地躺在各種強酸強鹼的溶液中。就連最兇猛的酸——王水,也不能腐蝕它。鈦 不怕海水,有人曾把一塊鈦 沉到海底,五年以後取上來一看,上面粘了許多小動物與海底植物,卻一點也沒有生銹,依舊亮閃閃的。
現在,人們開始用鈦 來製造潛艇一——鈦 潛艇。由於鈦 非常結實,能承受很高的壓力,這種潛艇可以在深達4500米的深海中航行。 鈦的基本性質 The basic properties of titanium 原子結構
鈦 位於元素周期表中ⅣB族,原子序數為22,原子核由22個質子和20-32個中子組成,核外電子結構排列為1S2 2S2 2P6 3S2 3D2 4S2。原子核半徑5x10-13釐米。
物理性質
鈦 的密度為4.506-4.516/立方釐米(20℃),熔點1668±4℃,熔化潛熱3.7-5.0千卡/剋原子,沸點3260±20℃,汽化潛熱102.5-112.5千卡/剋原子,臨界溫度4350℃,臨界壓力1130大氣壓。鈦 的導熱性和導電性能較差,近似或略低於不銹鋼,鈦 具有超導性,純鈦 的超導臨界溫度為 0.38-0.4K。在25℃時,鈦 的熱容為0.126卡/剋原子·度,熱焓1149卡/剋原子,熵為7.33卡/剋原子·度,金屬鈦 是順磁性物質,導磁率為1.00004。
鈦 具有可塑性,高純鈦 的延伸率可達50-60%,斷面收縮率可達70-80%,但強度低,不宜作結構材料。鈦 中雜質的存在,對其機械性能影響極大,特別是間隙雜質(氧、氮、碳)可大大提高鈦 的強度,顯著降低其塑性。鈦 作為結構材料所具有的良好機械性能,就是通過嚴格控製其中適當的雜質含量和添加合金元素而達到的。
化學性質
鈦 在較高的溫度下,可與許多元素和化合物發生反應。各種元素,按其與鈦 發生不同反應可分為四類:
第一類:鹵素和氧族元素與鈦 生成共價鍵與離子鍵化合物;
第二類:過渡元素、氫、鈹、硼族、碳族和氮族元素與鈦 生成金屬間化物和有限固溶體;
第三類:鋯、鉿、釩族、鉻族、鈧元素與鈦 生成無限固溶體;
第四類:惰性氣體、鹼金屬、鹼土金屬、稀土元素(除鈧外),錒、釷等不與鈦 發生反應或 基本上不發生反應。
與化合物的反應
◇ HF和氟化物
氟化氫氣體在加熱時與鈦 發生反應生成TiF4, 反應式為(1);不含水的氟化氫液體可在鈦 表面上生成一層緻密的四氟化鈦 膜,可防止HF浸入鈦 的內部。氫氟酸是鈦 的最強溶劑。即使是濃度為1%的氫氟酸,也能與鈦 發生激烈反應,見式(2);無水的氟化物及其水溶液在低溫下不與鈦 發生反應,僅在高溫下熔融的氟化物與鈦 發生顯著反應。
Ti+4HF=TiF4+2H2+135.0千卡 (1)2Ti+6HF=2TiF3+3H2 (2)
◇ HCl和氯化物
氯化氫氣體能腐蝕金屬鈦 ,乾燥的氯化氫在>300℃時與鈦 反應生成TiCl4,見 式(3);濃度<5%的????酸 在室溫下不與鈦 反應,20%的????酸在常溫下與鈦 發生瓜在生成紫色的TiCl3,見式(4);當溫度長高時,即使稀????酸也會腐蝕鈦 。各種無水的氯化物,如鎂、錳、鐵、鎳、銅、鋅、汞、錫、鈣、鈉、鋇和NH4離子及其水溶液,都不與鈦 發生反應,鈦 在這些氯化物中具有很好的穩定性。
Ti+4HCl=TiCl4+2H2+94.75千卡 (3)2Ti+6HCl=TiCl3+3H2 (4)
◇ 硫酸和硫化氫
鈦 與5%的硫酸與鈦 有明顯的反應,在常溫下,約40%的硫酸對鈦 的腐蝕速度最快,當濃度大於40%,達到60%時腐蝕速度反而變慢,80%又達到最快。加熱的稀酸或50%的濃硫酸可與鈦 反應生成硫酸鈦 ,見式(5),(6),加熱的濃硫酸可被鈦 還原,生成SO2,見式(7)。常溫下鈦 與硫化氫反應,在其表面生成一層保護膜,可阻止硫化氫與鈦 的進一步反應。但在高溫下,硫化氫與鈦 反應析出氫,見式(8),粉末鈦 在600℃開始與硫化氫反應生成鈦 的硫化物,在900℃時反應産物主要為TiS,1200℃時為Ti2S3。
Ti+H2SO4=TiSO4+H2 (5) 2Ti+3H2SO4=Ti2(SO4)3+3H2 (6)
2Ti+6H2SO4=Ti2(SO4)3+3SO2+6H2O+202千卡 (7)Ti+H2S=TiS+H2+70千卡(8)
◇ 硝酸和王水 緻密的表面光滑的鈦 對硝酸具有很好的穩定性,這是由於硝酸能快速在鈦 表面生成一層牢固的氧化膜,但是表面粗糙,特別是海綿鈦 或粉末鈦 ,可與次、熱稀硝酸發生反應,見式(9)、(10),高於70℃的濃硝酸也可與鈦 發生反應,見式(11);常溫下,鈦 不與王水反應。溫度高時,鈦 可與王水反應生成TiCl2。
3Ti+4HNO3+4H2O=3H4TiO4+4NO (9)3Ti+4HNO3+H2O=3H2TiO3+4NO (10)
Ti+8HNO3=Ti(NO3)4+4NO2+4H2O (11)
綜上所述,鈦 的性質與溫度及其存在形態、純度有着極其密切的關係。緻密的金屬鈦 在自然界中是相當穩定的,但是,粉末鈦 在空氣中可引起自燃。鈦 中雜質的存在,顯著的影響鈦 的物理、化學性能、機械性能和耐腐蝕性能。特別是一些間隙雜質,它們可以使鈦 晶格發生畸變,而影響鈦 的的各種性能。常溫下鈦 的化學活性很小,能與氫氟酸等少數幾種物質發生反應,但溫度增加時鈦 的活性迅速增加,特別是在高溫下鈦 可與許多物質發生劇烈反應。鈦 的冶煉過程一般都在800℃以上的高溫下進行,因此必須在真空中或在惰性氣氛保護下操作。
金屬鈦 的物理性質金屬鈦 (Ti),灰色金屬。原子序數為22,相對原子質量47.87。核外電子在亞層中的排布情況為1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 3d2 4S2。金屬活動性在鎂、鋁之間,常溫下並不穩定,因此在自然界中衹以化合態存在,常見的鈦 的化合物有鈦 鐵礦(FeTiO3)、金紅石(TiO2)等。鈦 在地殼中含量較高,排行第九,達5600ppm,換算成百分比為0.56%。純鈦 密度為4.54×103kg/m3,摩爾體積為10.54cm3/mol,硬度較差,莫氏硬度衹有4左右,因此延展性好。鈦 的熱穩定性很好,熔點為1660±10℃,沸點為3287℃。
金屬鈦 的化學性質
金屬鈦 在高溫環境中的還原能力極強,能與氧、碳、氮以及其他許多元素化合,還能從部分金屬氧化物(比如氧化鋁)中奪取氧。常溫下鈦 與氧氣化合生成一層極薄緻密的氧化膜,這層氧化膜常溫下不與絶大多數強酸、強鹼反應,包括酸中之王——王水。它衹與氫氟酸、熱的濃????酸、濃硫酸反應,因此鈦 體現了抗腐蝕性。
發展歷程
鈦 元素發現於1789年,1908年挪威和美國開始用硫酸法生産鈦 白,1910年在試驗室中第一次用鈉法製得海綿鈦 ,1948年美國杜邦公司纔用鎂法成噸生産海綿鈦 ---這標志着海綿鈦 即鈦 工業化生産的開始。
中國鈦 工業起步於20世紀50年代。1954,北京有色金屬研究總院開始進行海綿鈦 製備工藝研究,1956年國傢把鈦 當作戰略金屬列入了12年發展規劃,1958年在撫順鋁廠實現了海綿鈦 工業試驗,成立了中國第一個海綿鈦 生産車間,同時在瀋陽有色金屬加工廠成立了中國第一個鈦 加工材生産試驗車間。
20世紀60-70年代,在國傢的統一規劃下,先後建設了以遵義鈦 廠為代表的10余家海綿鈦 生産單位,建設了以寶雞有色金屬加工廠為代表的數傢鈦 材加工單位,同時也形成了以北京有色金屬研究總院為代表的科研力量,成為繼美國、前蘇聯和日本之後的第四個具有完整鈦 工業體係的國傢。
1980年前後,我國海綿鈦 産量達到2800噸,然而由於當時大多數人對鈦 金屬認識不足,鈦 材的高價格也限製了鈦 的應用,鈦 加工材的産量僅200噸左右,我國鈦 工業陷入睏境。在這種情況下,由當時國務院副總理方毅同志倡導,朱鎔基和袁寶華同志支持,於1982年7月成立了跨部委的全國鈦 應用推廣領導小組,專門協調鈦 工業的發展事宜,促成了20世紀80年代至90年代初期我國海綿鈦 和鈦 加工材産銷兩旺、鈦 工業快速平穩發展的良好局面。
綜上所述,我國鈦 工業大致經歷了三個發展期:即20世紀50年代的開創期,60-70年代的建設期和80-90年代的初步發展期。在新世紀,得益於國民經濟的持續、快速發展,我國鈦 工業也進入了一個快速成長期。
鈦 耐腐蝕,所以在化學工業上常常要用到它。過去,化學反應器中裝熱硝酸的部件都用不銹鋼。不銹鋼也怕那強烈的腐蝕劑——熱硝酸,每隔半年,這種部件就要統統換掉。現在,用鈦 來製造這些部件,雖然成本比不銹鋼部件貴一些,但是它可以連續不斷地使用五年,計算起來反而合算得多。
在電化學中,鈦 是單嚮閥型金屬,電位很負,通常無法用鈦 作為陽極進行分解。
鈦 的最大缺點是難於提煉。主要是因為鈦 在高溫下化合能力極強,可以與氧、碳、氮以及其他許多元素化合。因此,不論在冶煉或者鑄造的時候,人們都小心地防止這些元素“侵襲”鈦 。在冶煉鈦 的時候,空氣與水當然是嚴格禁止接近的,甚至連冶金上常用的氧化鋁坩堝也禁止使用,因為鈦 會從氧化鋁裏奪取氧。現在,人們利用鎂與四氯化鈦 在惰性氣體——氦氣或氬氣中相作用,來提煉鈦 。
人們利用鈦 在高溫下化合能力極強的特點,在煉鋼的時候,氮很容易溶解在鋼水裏, 當鋼錠冷卻的時候,鋼錠中就形成氣泡,影響鋼的質量。所以煉鋼工人往鋼水裏加進金屬鈦 ,使它與氮化合,變成爐渣一—氮化鈦 ,浮在鋼水表面,這樣鋼錠就比較純淨了。
當超音速飛機飛行時,它的機翼的溫度可以達到500℃。如用比較耐熱的鋁合金製造機翼,一到二三百度也會吃不消,必須有一種又輕、又韌、又耐高溫的材料來代替鋁合金而鈦 恰好能夠滿足這些要求。鈦 還能經得住零下一百多度的考驗,在這種低溫下,鈦 仍舊有很好的韌性而不發脆。
利用鈦 和鋯對空氣的強大吸收力,可以除去空氣,造成真空。比方,利用鈦 製成的真空泵,可以把空氣抽到衹剩下十萬萬萬分之一。
鈦 的氧化物——二氧化鈦 ,是雪白的粉末,是最好的白色顔料,俗稱鈦 白。以前,人們開採鈦 礦,主要目的便是為了獲得二氧化鈦 。鈦 白的粘附力強,不易起化學變化,永遠是雪白的。特別可貴的是鈦 白無毒。它的熔點很高,被用來製造耐火玻璃,釉料,琺琅、陶土、耐高溫的實驗器皿等。
二氧化鈦 是世界上最白的東西, 1剋二氧化鈦 可以把 450多平方釐米的面積塗得雪白。它比常用的白顔料一—鋅鋇白還要白5倍,因此是調製白油漆的最好顔料。世界上用作顔料的二氧化鈦 ,一年多到幾十萬噸。二氧化鈦 可以加在紙裏,使紙變白並且不透明,效果比其他物質大10倍,因此,鈔票紙和美術品用紙就要加二氧化鈦 。此外,為了使塑料的顔色變淺,使人造絲光澤柔和,有時也要添加二氧化鈦 。在橡膠工業上,二氧化鈦 還被用作為白色橡膠的填料。
四氯化鈦 是種有趣的液體,它有股刺鼻的氣味,在濕空氣中便會大冒白煙——它水解了,變成白色的二氧化鈦 的水凝膠。在軍事上,人們便利用四氯化鈦 的這股怪脾氣,作為人造煙霧劑。特別是在海洋上,水氣多,一放四氯化鈦 ,濃煙就象一道白色的長城,擋住了敵人的視綫。在農業上,人們利用四氟化鈦 來防霜。
鈦 酸鋇晶體有這樣的特性:當它受壓力而改變形狀的時候,會産生電流,一通電又會改變形狀。於是,人們把鈦 酸鋇放在超聲波中,它受壓便産生電流,由它所産生的電流的大小可以測知超聲波的強弱。相反,用高頻電流通過它,則可以産生超聲波。現在,幾乎所有的超聲波儀器中,都要用到鈦 酸鋇。除此之外,鈦 酸鋇還有許多用途。例如:鐵路工人把它放在鐵軌下面,來測量火車通過時候的壓力;醫生用它製成脈搏記錄器。用鈦 酸鋇做的水底探測器,是銳利的水下眼睛,它不衹能夠看到魚群,而且還可以看到水底下的暗礁、冰山和敵人的潛水艇等。
冶煉鈦 時,要經過復雜的步驟。把鈦 鐵礦變成四氯化鈦 ,再放到密封的不銹鋼罐中,充以氬氣,使它們與金屬鎂反應,就得到“海綿鈦 ”。這種多孔的“海綿鈦 ”是不能直接使用的,還必須把它們在電爐中熔化成液體,才能鑄成鈦 錠。但製造這種電爐又談何容易!除了電爐的空氣必須抽幹淨外,更傷腦筋的是,簡直找不到盛裝液態鈦 的坩堝,因為一般耐火材料部含有氧化物,而其中的氧就會被液態鈦 奪走。後來,人們終於發明了一種“水冷銅坩堝”的電爐。這種電爐衹有中央一部分區域很熱,其餘部分都是冷的,鈦 在電爐中熔化後,流到用水冷卻的銅坩堝壁上,馬上凝成鈦 錠。用這種方法已經能夠生産幾噸重的鈦 塊,但它的成本就可想而知了。
元素名稱:鈦
元素原子量:47.87
元素在海水中的含量:(ppm)
0.00048
元素在太陽中的含量:(ppm)
4
元素類型:金屬
核內質子數:22
核外電子數:22
核電核數:22
質子質量:3.6806E-26
質子相對質量:22.154
原子體積:(立方釐米/摩爾)
10.64
地殼中含量:(ppm)
5600
以下為增加內容:
氧化態:
Main Ti+4
Other Ti-1, Ti0, Ti+2, Ti+3
所屬周期:4
所屬族數:IVB
摩爾質量:48
氫化物:TiH4
氧化物:TiO
最高價氧化物化學式:TiO2
密度:4.54g/cm3
熔點:1660.℃
沸點:3287.0 ℃
電離能 (kJ /mol)
M - M+ 658
M+ - M2+ 1310
M2+ - M3+ 2652
M3+ - M4+ 4175
M4+ - M5+ 9573
M5+ - M6+ 11516
M6+ - M7+ 13590
M7+ - M8+ 16260
M8+ - M9+ 18640
M9+ - M10+ 20830
外圍電子排布:2 8 8 4
核外電子排布:2,8,10,2
晶體結構:晶胞為六方晶胞。
晶胞參數:
a = 295.08 pm
b = 295.08 pm
c = 468.55 pm
α = 90°
β = 90°
γ = 120°
莫氏硬度:6
聲音在其中的傳播速率:(m/S)5090
顔色和狀態:銀灰色金屬
原子半徑:2
常見化合價:+2,+3,+4
發現人:格列高爾 發現年代:1791年
發現過程:
鈦 是英國化學家格雷戈爾(Gregor R W ,1762—1817。)在1791年研究鈦 鐵礦和金紅石時發現的。四年後,1795年,德國化學家剋拉普羅特(Klaproth M H ,1743—1817。)在分析匈牙利産的紅色金紅石時也發現了這種元素。他主張采取為鈾(1789年由剋拉普羅特發現的)命名的方法,引用希臘神話中泰坦神族“Titanic”的名字給這種新元素起名叫“Titanium”。中文按其譯音定名為鈦 。
格雷戈爾和剋拉普羅特當時所發現的鈦 是粉末狀的二氧化鈦 ,而不是金屬鈦 。因為鈦 的氧化物極其穩定,而且金屬鈦 能與氧、氮、氫、碳等直接激烈地化合,所以單質鈦 很難製取。直到1910年纔被美國化學家亨特(Hunter M A )第一次製得純度達99.9%的金屬鈦 。
元素描述:
具有金屬光澤,有延展性。密度4.5/釐米3。熔點1660±10℃。沸點3287℃。化合價+2、+3和+4。電離能為6.82電子伏特。鈦 的主要特點是密度小,機械強度大,容易加工。鈦 的塑性主要依賴於純度。鈦 越純,塑性越大。有良好的抗腐蝕性能,不受大氣和海水的影響。在常溫下,不會被稀????酸、稀硫酸、硝酸或稀鹼溶液所腐蝕;衹有氫氟酸、熱的濃????酸、濃硫酸等纔可對它作用。 鈦 屬於稀有金屬,在地殼中的豐度占第七位,有0.45%。用於冶煉鈦 的礦物主要有鈦 鐵礦(FeTiO3)、金紅石(TiO2)和鈣鈦 礦等。礦石經處理得到易揮發的四氯化鈦 ,再用鎂還原而製得純鈦 。 鈦 的強度大,純鈦 抗拉強度最高可達180kg/mm2。有些鋼的強度高於鈦 合金,但鈦 合金的比強度(抗拉強度和密度之比)卻超過優質鋼。鈦 合金有好的耐熱強度、低溫韌性和斷裂韌性,故多用作飛機發動機零件和火箭、導彈結構件。鈦 合金還可作燃料和氧化劑的儲箱以及高壓容器。現在已有用鈦 合金製造自動步槍,迫擊炮座板及無後座力炮的發射管。在石油工業上主要作各種容器、反應器、熱交換器、蒸餾塔、管道、泵和閥等。鈦 可用作電極和發電站的冷凝器以及環境污染控製裝置。鈦 鎳形狀記憶合金在儀器儀表上已廣泛應用。在醫療中,鈦 可作人造骨頭和各種器具。鈦 還是煉鋼的脫氧劑和不銹鋼以及合金鋼的組元。鈦 白粉是顔料和油漆的良好原料。碳化鈦 ,碳(氫)化鈦 是新型硬質合金材料。氮化鈦 顔色近於黃金,在裝飾方面應用廣泛。
鈦 和鈦 的合金大量用於航空工業,有"空間金屬"之稱;另外,在造船工業、化學工業、製造機械部件、電訊器材、硬質合金等方面有着日益廣泛的應用。
此外,由於鈦 合金還與人體有很好的相容性,所以鈦 合金還可以作人造骨。
鈦 的抗腐蝕性硝酸鋯與氫氧化鈦 鋯是一種應用於原子能工業和在高溫高壓下用作耐蝕化工材料,但在溶液中其活潑性僅次於鈉。
那麽,在氫氧化鈦 溶液裏加入活波的硝酸鋯溶液,會發現鈦 把硝酸鋯拒之門外(如圖)。
可以看到,圖中有明顯的分層,上面是硝酸鋯,下面是氫氧化鈦 。
我們知道,氫氧化鈦 的密度小於硝酸鋯,但依然能保持明顯的分層,並把硝酸鋯停留在上層,這證明了鈦 的抗腐蝕性。
根據實驗,鈦 放入海底20~50年均不會被腐蝕。 元素輔助資料: Elements of supporting information: 鈦 的主要礦石是金紅石TiO2和鈦 鐵礦FeTiO3,它的發現也正是從這兩種礦石的分析而來。早在1791年英國英格蘭西南端康沃爾(Cornwall)郡門拉陳(Menacan)教區的牧師格纍高爾,也是一位科學家,分析出産在他教區內的一種黑色礦砂,也就是今天成為鈦 鐵礦的礦石時發現了一種新的金屬物質並命名為menacenite。三年後,1795年,剋拉普羅特分析了匈牙利布伊尼剋(Boinik)地區出産的金紅石,認識到它是一種新金屬的氧化物,具有抵抗酸、鹼溶液的特性,藉用希臘神話中大地的第一代兒子們泰坦神族Titans,命名這個金屬為titanium,元素符號定為Ti。兩年後,剋拉普羅特證實格纍高爾發現的menacenite就是鈦 。
鈦 對於酸、鹼具有較強的耐腐蝕性,已成為化工生産中重要的材料。
鈦 一般被認為是稀有金屬,其實它在地殼中的含量相當大,比一般的常用的金屬鋅、銅、錫等都大,甚至比氯、磷都大。 中國鈦礦地理分佈 Geographical distribution of titanium in China 我國鈦 資源總量9.65億噸,居世界之首,占世界探明儲量的38.85%,主要集中在四川、雲南、廣東、廣西及海南等地,其中攀西是中國最大的鈦 資源基地,鈦 資源量為8.7億噸。
中國探明的鈦 資源分佈在21個省(自治區、直轄市)共108個礦區(圖3.5.1及表3.5.4)。主要産區為四川,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:主要礦床分佈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;黑竜江省的呼瑪;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 主要礦床分佈在湖北省棗陽的大阜山;山西省代縣的碾子溝;河南省新縣的楊衝;山東省萊西縣的劉傢莊。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%。 世界鈦 礦資源總體狀況 The overall situation of the world's titanium resources 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、斯裏蘭卡、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(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TiO2 48%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)中目前可利用的約占50%以粒狀鈦 鐵礦産出的(TiO2)儲量11595.75萬t相加,其TiO2總儲量為12626.4萬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傢。
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 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。
工業上常用硫酸分解鈦 鐵礦的方法製取二氧化鈦 ,再由二氧化鈦 製取金屬鈦 。濃硫酸處理磨碎的鈦 鐵礦(精礦),發生下面的化學反應:
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(緑礬)作為副産品結晶析出。
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
工業上製金屬鈦 采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=2MgC12+Ti
這種海綿鈦 經過粉碎、放入真空電弧爐裏熔煉,最後製成各種鈦 材。
也可以通過反應:Ti+2I2=TiI4
得到的TiI4經過高溫(1250攝氏度左右)情況下分解:
TiI4=Ti+2I2
由此得到純鈦 棒。
鈦 及鈦 合金的特性、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、鹼、????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,其下潛深度比不銹鋼潛艇增加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。因此被廣泛用於製醫療器械,製人造髖關節、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 骨就開始維係着人體的正常活動。
鈦 在人體中分佈廣泛,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。
鈦 的化合物及用途
重要的鈦 化合物有:二氧化鈦 (TiO2)、四氯化鈦 (TiCl4)、偏鈦 酸鋇(BaTiO3)。
純淨的二氧化鈦 是白色粉末,是優良的白色顔料,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;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。在化學工業日益發展的今天,二氧化鈦 及鈦 係化合物作為精細化工産品,有着很高的附加價值,前景十分誘人。
四氯化鈦 是一種無色液體;熔點250K、沸點409K,有製激性氣味。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。
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”,其晶體受壓會産生電流,一通電,又會改變形狀。人們把它置於超聲波中,它受壓便産生電流,通過測量電流強弱可測出超聲波強弱。幾乎所有的超聲波儀器中都要用到它。隨着鈦 酸????的開發利用,它愈來愈廣泛地用來製造非綫性元件、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 、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,生産成本之高,使應用受到限製。我們相信在不久的將來,隨着鈦 的冶煉技術不斷改進和提高,鈦 、鈦 合金及鈦 的化合物的應用將會得到更大的發展。
鈦 産品:
鈦 及鈦 合金是極其重要的輕質結構材料,在航空、航天、車輛工程、生物醫學工程等領域具有非常重要的應用價值和廣阔的應用前景。
類型:典化鈦 ,工業純鈦 , α 型鈦 , β 型鈦 , α +β型鈦 工業純鈦 :工業純鈦 的雜質含量較化學純鈦 要多,因此其強度、硬度也稍高,其力學性能及化學性能與不銹鋼相近,比起鈦 合金純鈦 強度較好,在抗氧化性方面優於奧氏體不銹鋼,但耐熱性較差,TA1、TA2、TA3依次雜質含量增高,機械強度、硬度依次增強,但塑性韌性依次下降。
β 型鈦 :β型鈦 合金屬可熱處理強化,合金強度高、焊接性、壓力加工性良好,但性能不穩定,且熔煉工藝復雜。
A、β鈦 板:0.5-4.0mm
B、眼鏡板(純鈦 ):0.8-8.0mm
C、標板(純鈦 ):1 x 2m 厚度:0.5-20mm
D、電鍍及其它行業用板(純鈦 ):0.1-50mm
用途:電子、化工、鐘錶、眼鏡、首飾、體育用品、機械設備、電鍍設備、環保設備、高爾夫球及精密加工等行業。
鈦 管規格:φ6-φ120mm 壁厚:0.3-3.0mm
鈦 管用途:環保設備、冷卻管、鈦 發熱管、電鍍設備、戒指及各種精密電器用管等行業。
A、β鈦 絲規格:φ0.8-φ6.0mm
B、眼鏡鈦 絲規格:φ1.0-φ6.0mm專用鈦 絲
C、鈦 絲規格:φ0.2-φ8.0mm挂具專用
鈦 絲用途:軍工、醫用、體育用品、眼鏡、耳環、頭飾、電鍍挂具、焊絲等行業。
A、方棒規格:方條:8-12mm
B、磨光圓棒:φ4-φ60mm
C、毛棒、黑皮棒:φ6-φ120mm
鈦 棒用途:主要用於機械設備、電鍍設備、醫用、各種精密機件等行業。
【鈦 】
·基本信息庫
中文名稱:金屬鈦
英文名稱:titanium
別名:鈦 粉;海綿鈦 粉
CAS No.:7440-32-6
分子式:Ti
分子量:47.90
危險標記: 8(易燃固體)
包裝類別:O52
包裝方法:蠃紋口玻璃瓶、鐵蓋壓口玻璃瓶、塑料瓶或金屬桶(罐)外普通木箱;蠃紋口玻璃瓶、塑料瓶或鍍錫薄鋼板桶(罐)外滿底板花格箱、纖維板箱或膠合板箱。
·理化性質庫
主要成分:純品
外觀與性狀:鈦 為銀白色,粉末為深灰色或黑色發亮的無定形粉末,或硬的鋼色立方結晶。
熔點(℃):1720
沸點(℃):3530
相對密度(水=1):4.5
相對蒸氣密度(空氣=1):
蒸氣壓(kPa):
閃點:
燃燒熱(kJ/mol):
化合物在水中的溶解度(S):
引燃溫度(℃):460
爆炸上限%(V/V):
爆炸下限%(V/V):40mg/m3
穩定性和反應活性:穩定
危險特性:金屬鈦 粉塵具有爆炸性,遇熱、明火或發生化學反應會燃燒爆炸。其粉體化學活性很高, 在空氣中能自燃。金屬鈦 不僅能在空氣中燃燒, 也能在二氧化碳或氮氣中燃燒。高溫時易與鹵素、氧、硫、氮化合。
溶解性:不溶於水,溶於氫氟酸、硝酸、濃硫酸。
禁配物:氧、鹵素、鋁、強酸、強氧化劑、二氧化碳。
·應急處置庫
皮膚接觸:脫去污染的衣着,用肥皂水和清水徹底衝洗皮膚。
眼睛接觸:提起眼瞼,用流動清水或生理????水衝洗。就醫。
吸入:迅速脫離現場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸睏難,給輸氧。如呼吸停止,立即進行人工呼吸。就醫。
食入:飲足量溫水,催吐。就醫。
呼吸係統防護:可能接觸其粉塵時,必須佩戴自吸過濾式防塵口罩。
眼睛防護:戴安全防護眼鏡。
身體防護:穿透氣型防毒服。
手防護:戴防毒物滲透手套。
其他防護:工作現場禁止吸煙、進食和飲水。工作完畢,淋浴更衣。註意個人清潔衛生。
泄漏應急處理:隔離泄漏污染區,限製出入。切斷火源。建議應急處理人員戴防塵面具(全面罩),穿防毒服。不要直接接觸泄漏物。小量泄漏:避免揚塵,用潔淨的鏟子收集於乾燥、潔淨、有蓋的容器中。轉移回收。大量泄漏:用塑料布、帆布覆蓋。使用無火花工具轉移回收。
有害燃燒産物:氧化鈦 。
滅火方法:采用幹粉、幹砂滅火。嚴禁用水、泡沫、二氧化碳撲救。高熱或劇烈燃燒時,用水撲救可能會引起爆炸。
·管理信息庫
操作的管理:密閉操作,局部排風。操作人員必須經過專門培訓,嚴格遵守操作規程。建議操作人員佩戴自吸過濾式防塵口罩,戴安全防護眼鏡,穿透氣型防毒服,戴防毒物滲透手套。遠離火種、熱源,工作場所嚴禁吸煙。使用防爆型的通風係統和設備。避免産生粉塵。避免與氧化劑、酸類、鹵素接觸。在氬氣中操作處置。搬運時要輕裝輕卸,防止包裝及容器損壞。配備相應品種和數量的消防器材及泄漏應急處理設備。倒空的容器可能殘留有害物。
儲存的管理:為安全起見,儲存時常以不少於25%的水潤濕、鈍化。儲存於陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。庫溫不超過30℃,相對濕度不超過80%。保持容器密封,嚴禁與空氣接觸。應與氧化劑、酸類、鹵素等分開存放,切忌混儲。配備相應品種和數量的消防器材。儲區應備有合適的材料收容泄漏物。
運輸的管理:運輸時運輸車輛應配備相應品種和數量的消防器材及泄漏應急處理設備。裝運本品的車輛排氣管須有阻火裝置。運輸過程中要確保容器不泄漏、不倒塌、不墜落、不損壞。嚴禁與氧化劑、酸類、鹵素、食用化學品等混裝混運。運輸途中應防曝曬、雨淋,防高溫。中途停留時應遠離火種、熱源。車輛運輸完畢應進行徹底清掃。鐵路運輸時要禁止溜放。
廢棄的管理: 恢復材料的原狀態,以便重新使用。
·毒理學資料庫
急性毒性:金屬鈦 、氧化鈦 和碳化鈦 屬低毒類。大鼠一次氣管內註入20-50mg二氧化鈦 和兔註入400 mg後肺部無特異反應。
亞急性和慢性毒性:大鼠氣管內註入氫化鈦 後6和12個月,衹見肺纖維化效應。 大鼠吸入二氧化鈦 塵每天4次,每周5 d,歷時13個月,停止吸入後7個月,肺無任何病理反應;但豚鼠反復吸入二氧化鈦 觀察到纖維化效應和嗜酸性自細胞浸潤。氣管內註入金屬鈦 無肺纖維化發生。大鼠氣管內一次註入氫化鈦 、碳化鈦 、硼化鈦 和一氮化鈦 後觀察到肺部輕度纖維化。大鼠吸入氫化鈦 16個月亦見輕度纖維化。
代謝:人體一般飲食中每日約攝入300μg鈦 ,大部分從糞排出,其中約3%吸收入血液。進入體內的鈦 蓄積於脾、腎上腺、橫紋肌、肺、皮膚及肝髒等部位。吸收入體內的鈦 主要由尿排出。正常人血漿中鈦 濃度約3μg/dl,尿鈦 濃度為10μg/L左右。
中毒機理:金屬鈦 ,氧化鈦 ,碳化鈦 (titanium carbonide)等不溶性鈦 毒性低,口服吸收量少,不顯示毒性反應。金屬鈦 植入機體未見有病理反應。吸入鈦 的不溶性化合物,未見肺部有嚴重損害,其緻纖維化作用甚微。用含鈦 飲水長期飼養動物未見對生長發育有影響,也未見腫瘤發生。
緻癌性:大鼠肌肉註射溶於三辛素的鈦 金屬粉,引起纖維肉瘤和淋巴肉瘤增加。註射有機鈦 ,註射部位出現纖維肉瘤,發生肝細胞瘤和脾的惡性淋巴瘤。
燃爆危險:本品易燃,具刺激性。
·應急醫療庫
主要用途及接觸機會:鈦 用於製造特種鋼、合金、鈦 陶瓷及玻璃纖維。金屬鈦 也用於飛機、導彈製造及原子反應堆。還用於生産耐火材料、焊條、建築材料和塑料等。上述工業中可接觸金屬鈦 ,二氧化鈦 的粉塵和煙塵。四氯化鈦 及其部分水解物,還常夾雜氯及其氧化物。在機械處理金屬鈦 過程中也接觸鈦 氧化物的煙塵。
侵入途徑: 吸入、食入。
人體危害:吸入後對上呼吸道有刺激性,引起咳嗽、胸部緊束感或疼痛。 長期吸入TiO2粉塵的工人,肺部無任何變化。在生産鈦 金屬過程,接觸四氯化鈦 及其水解産物對眼和上呼吸道粘膜有刺激作用。長期作用可形成慢性支氣管炎。TiO2曾用作閃光灼傷的皮膚防護劑,未見産生接觸性皮炎、變態反應和經皮吸收。100℃氯氮化鈦 的飛濺和吸入鈦 酸及氯氮化鈦 煙引起皮膚燒傷並緻疤痕形成和咽、聲帶、氣管粘膜充血,由於形成瘢痕引起喉狹窄。眼短期接觸氯氮化鈦 引起結膜炎和角膜炎。此外,四氯化鈦 吸入可引起彌散性支氣管內息肉。
處理原則:皮膚接觸四氯化鈦 後應盡快用軟紙或布擦掉,然後用水衝洗,防止四氯化鈦 遇水放出大量熱及????酸,加重及擴大灼傷範圍。吸入四氯化鈦 應立即霧化吸入5%碳酸氫鈉溶液,以中和四氯化鈦 水解産生的????酸;吸氧、保持呼吸進通暢.安靜休息,減少氧的消耗;早期給予足量糖皮質激素,並給抗生素預防繼發感染及抗支氣管痙攣藥物、祛痰藥對癥治療。嚴密觀察,防治肺水腫。
預防措施:接觸四氯化鈦 及其水解産物的工種,應註意皮膚、粘膜和呼吸道的防護。産生鈦 及其化合物粉塵的工作地點,亦須加強防塵措施。大量微小鈦 粉塵可着火爆炸,因此鈦 的生産、澆鑄、加工應有良好通風防塵設施,及應有防火防爆設備。四氯化鈦 生産過程應盡量密閉,防止其煙氣逸出及“跑、冒、滴、漏”。加強個人防護,四氯化鈦 生産設備開蓋、清洗、維修時應截防毒面其、防護眼鏡。穿防酸防護衣帽。定期對接觸四氯化鈦 的生産工人進行休檢,有慢性呼吸道疾病患者不能從事接觸四氯化鈦 的工作。
鈦 設備製造
1.反應釜;由於用戶因生産工藝、操作條件不盡相同,夾套加熱型式分為電熱棒加熱、蒸汽加熱、導熱油循環加熱,軸封裝置分為填料密封和機械密封,攪拌型式有錨式、漿式、鍋輪式、推進式或框式。開孔數量、規格或其它要求可根據用戶要求設計、製作。 2.冷凝器:我廠生産的列管冷凝器,按材質分為復合鈦 列管冷凝、鈦 列管式冷凝器和碳鋼 與鈦 混合列管式冷凝三種,按形式分為固定管板式、浮頭式、U型管式換熱器, 按結構分為單管程、雙管程和多管程。傳熱面積0.5-500m2,可根據用戶不同需要定製。 3.罐:我廠設計的發酵罐為標準式罐型,這種罐型當公稱容積在6M3以下時罐采用夾套式。發酵氣的冷卻或加熱,均由夾套來完成。公稱容積為6M3以上時,發酵氣的冷卻由立式排管來擔負,在罐內排管的連接方面我們作了改進。這主要避免在罐體上多開孔,開成死角。這種連續方式在實際使用中得到滿意的效果。 發酵設備罐型可分為兩大類:一類是嫌氣發酵的錐型(如酒精發酵),另一類是為氣發酵的罐型(如標準式、伍式、自吸式等)。這類設備尤以標準式罐型使用最為普遍。我廠設計的發酵罐係列圖紙資料屬於標準式罐型。在設計各種規格的發酵設備時,做到設計結構嚴密,有足夠的強度和使用壽命,力求設備內部附件少,表面光滑,註意到要有良好的氣棗汽接觸和汽刺固混和性能,使物質傳遞,氣體交換有效地進行。有足夠的熱交換面積,以保證發酵能在最適宜的溫度下進行。重視設備的密封性能以保證滅菌操作。4.冷卻器:主要用途: 主要適用於製藥、食品、化工等工業部門對液料的濃縮。並且亦能回收酒精和簡單的回流提取。結構: 本設備主要包括濃縮罐、第一冷凝器、汽液分離器、第二冷凝器、冷卻器、受液桶六個部件組成,全部有鈦 製造。濃縮罐為夾套結構,冷凝器為列管式,冷卻器為蛇管式。【要求可根據用戶要求設計、製作】
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