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钛的使用和应用领域
May 05, 2016

钛产业链可分为以下四个部分:


1钛矿,金红石等主要矿物加工,通过物理方法获得较高级别的精矿。


2通过加工和精制精矿,制备高纯二氧化钛,用于二氧化钛工业。


四通二氧化钛的氧化,还原等技术手段生产3种四氯化钛,生产钛海绵


4通过海绵钛的铸造加工,钛锭晶体结构紧凑,用于钛和钛合金的生产。


海绵钛


海绵钛


海绵钛是指使用四氯化钛镁或钠还原得到纯度为98.5%-99.7%的钛海绵。 是钛行业生产中最重要的原料。 钛海绵是钛金属生产的初级产品的全过程,需要得到钛锭,即工业纯钛进一步铸造后,可以加工成相应的钛或钛合金。


海绵钛的制备:主要有镁热还原法(Kroll)法,钠还原法(Hunter法)和熔盐电解法。 镁还原法的优点是可以回收镁。 相比之下,产品质量更好,金属杂质含量低,单炉生产能力小,钠消耗量大。 熔盐电解仍处于半工业实验阶段。


二氧化钛及其应用


二氧化钛


二氧化钛名称二氧化钛(TiO2)是一种非常稳定的氧化物,具有优异的光学和色素性能,主要用作白色无机颜料。 它是无毒的,最好的不透明度,最好的白度和亮度,被认为是世界上最好的一种白色颜料,广泛应用于涂料,塑料,造纸,印刷油墨,化纤,橡胶,化妆品等行业。

二氧化钛在中国二氧化钛应用领域的全球分布。


硫酸法和氯化工艺二氧化钛工业生产方法:硫酸生产成熟技术,设备简单,但缺点是生产过程和严重的环境污染; 氯化技术先进,产能大,产品质量高,亮度和尺寸分布范围狭窄。 同时,氯也可以使用循环,缺点是对原料的需求太严格,原料必须是天然或合成的金红石和钛渣的90%〜95%的TiO 2含量。


硫酸法生产二氧化钛的工艺


硫酸法生产二氧化钛的工艺


生产过程中氯化工艺的二氧化钛


生产过程中氯化工艺的二氧化钛


有三种二氧化钛,金红石,锐钛矿和板状晶体。 板钛型不能用作工业中的颜料,因为颜料的主要用途是锐钛型和金红石型二氧化钛。


锐钛型二氧化钛具有高纯度,细微均匀的颗粒,光学性能好,折射强,消色差大,遮盖力强,吸油率低,分散性好等优点,主要用于涂料,印刷油墨,化纤,橡胶,玻璃,化妆品,肥皂,塑胶及造纸等行业。 金红石二氧化钛粉不仅具有锐钛型二氧化钛的优点,而且具有更好的耐候性和遮盖力,主要用于先进的工业漆,光泽乳胶漆,塑料,高着色力和橡胶材料的快速要求,高级纸涂层和蜡纸等。从颜料的性能来看,金红石二氧化钛优于锐钛型二氧化钛,金红石二氧化钛在表面涂层处理中主要是产品。 2010年,中国金红石型二氧化钛总量达57%,远低于世界90%的水平。 中国金红石二氧化钛的未来提升空间比例较大。


目前,二氧化钛行业正在经历三大调整:(1)世界二氧化钛产量增长相对缓慢,亚太地区特别是中国的二氧化钛生产迅速增长,亚太地区全球二氧化钛行业特别是中国转移趋势明显; (2)下游对二氧化钛的性能要求较高,二氧化钛涂层加工已成为各种特种二氧化钛的重要手段,二氧化钛行业继续从普通商品出现向发展方向发展特殊产品(3)刚刚展开; 二氧化钛由锐钛型和金红石型两种锐钛型二氧化钛组成,虽然由于其高价格仍占据市场份额的一部分,但对于金红石型二氧化钛来说,未来发展趋势的行业表现仍然很好。 在中国二氧化钛产品结构中,金红石二氧化钛的比例一直在增加,约占57%,但远低于世界90%的比例。 中国的二氧化钛产品结构正在朝着金红石二氧化钛的方向发展。 总而言之,中国的二氧化钛行业,特别是金红石钛白粉的前景依然乐观。


钛和钛合金的应用

钛是20世纪50年代开发的一种重要的金属结构,钛合金具有密度低,比强度高,耐腐蚀性好,导热性好,无毒非磁性,焊接,生物兼容性好,表面装饰等特点,广泛应用于航空航天,化工,石油,电力,医疗,建筑,体育用品等领域。 世界上许多国家已经认识到钛合金材料的重要性,已被研究和开发,并已在实践中得到应用。


钛和钛合金的应用领域

2011年全球商用航空消费占比达到46%,保护钛材料比例为9%(主要是军用航空),航空部门钛消费比例超过50%; 钛的工业消费比例达到新兴市场消费钛金属比例的43%,为2%。


该地区钛产品需求结构存在明显差异。


该地区钛产品需求结构存在明显差异。 在美国和欧盟,特别是在美国,航空航天和国防工业钛产品需求的大约50%是航空航天和国防工业。 在日本,化工行业钛的工业化需求占据主导地位。 据日本钛业协会统计,航空航天仅占日本钛需求量的2%-3%。 而且情况与日本相当相似,绝大多数化学和能源领域对钛产品的需求,航空航天只占10%。 虽然中国已经成为世界上最大的钛金属生产商和消费国之一,但大部分生产已经限制在较低档次的钛,用于框架,高尔夫球杆或化学工业本身的防腐蚀管道。 但近年来,亚洲航空航天钛的使用量显着增加,可见钛市场前景相对明朗。


中国钛消费结构全球钛消费结构


航天领域


在航空航天工业中,钛集中在西方国家,特别是美国,60%的钛材料都用于这一领域。 亚洲国家,日本和中国在钛输入领域约占10%。 但近年来,随着亚洲航空航天业的飞速发展,航空航天领域的钛消费量将会增加。 从全球的角度来看,航空业在钛市场起着决定性的作用,从历史的角度来看,钛业与行业和航空业的变化密切相关。


到2011年新增经济增长的高需求,全球钛产量达1480万吨,其中商用航空钛约640万吨,未来全球航空运输需求仍然巨大,预计未来20年,飞机的新需求约在300万左右,同时,一架新飞机的钛合金在旧机上,预计二十年来,商用飞机对钛的平均需求将达到40吨/架。 据预测,未来20年全球商用航空钛需求量约为1.2亿吨,年复合增长率约17%,年平均每年600万吨钛材料需求,民航钛业将呈现快速增长态势。 军事航空部门也将是一个新机遇; 由于全球地缘政治局势紧张,全球军费开支的增加,军用航空业也有望成为新的需求。


民用飞机


飞机中钛合金的主要用途如下:


(1)减轻结构重量,提高结构效能:具有较高结构重量系数(即:体重/正常飞机起飞重量)的飞机的高级战术和技术性能(如超音速飞机)要求),钛合金的强度接近强钢,但密度小的特点代替结构钢和高温合金,大大降低了结构的重量,也可以节省成本; 以发动机为例,统计数据显示,飞机发动机的质量每降低一公斤,使用成本可降低约220-440美元。


(2)采用高温部件要求:钛合金具有良好的耐热性能,如Ti-6Al-4V用于长期在350℃下工作,因此在高温部件的平面(如后机身等)可以替代,因为高温性能不符合要求的铝合金TC11可以在500℃长时间工作,在发动机压缩机部件可以代替高温合金和不锈钢。


(3)满足复合结构要求:为了减轻重量,满足隐身和先进飞机广泛使用复合材料的要求,钛合金和复合材料的强度和刚度匹配更好,可以在减肥方面取得很好的效果。 同时,由于潜力更接近,不容易产生电偶腐蚀,所以相应部件的结构件,并紧固适当使用钛合金。


(4)符合耐腐蚀性高,使用寿命长的要求:钛合金具有较高的疲劳寿命和优异的耐腐蚀性,可以提高耐腐蚀性和寿命的结构,满足先进飞机发动机的高可靠性和长期要求-生活。



军用飞机


军火开发采购将继续向轻,灵活的方向发展,以满足战斗机的打击性能要求,除采用先进的设计技术外,还必须要有优良的材料性能和先进的技术和制造技术。 钛合金的大量选择,提高先进钛合金的应用水平是重要措施之一。 二十世纪六十年代以来,国外军用飞机钛材量逐年增加,欧美各种先进军用战机和轰炸机设计的钛合金量已稳定在20%以上,新型钛合金消费占比显着改善。


汽车行业


降低燃油消耗,减少有害废物(二氧化碳,氮氧化物等)排放已成为汽车行业技术进步的主要动力和方向之一。 研究表明,轻量化是节省燃料和减少污染的有效措施。 汽车的质量降低10%,燃油消耗可以降低8%-10%,废气排放量可以减少10%。 在驾驶中,提高了车辆的加速性能,提高了车辆的稳定性,噪声和振动。 考虑到碰撞的安全性,车辆重量轻,惯性小,制动距离减小。


轻质材料,如铝,镁,钛和其他替代材料,如铝,镁和钛,是轻质的优选方法。 2009年全球汽车钛达3000吨。 钛在汽车应用方面已有多年的历史,目前汽车几乎全部采用钛合金,日本车用钛合金已有600多吨,随着全球汽车工业的发展,钛合金车仍在迅速增长。


使用钛的优点是:减轻重量,降低燃油消耗; 提高输电效率,降低噪音; 减少振动,减轻负荷; 提高汽车的耐用性和环保性。


医疗行业


钛骨螺钉钛在医疗领域有广泛的应用。 钛与人骨接近,生物相容性好,对人体无毒副作用。 人类植入物是与人类生命和健康密切相关的特殊功能材料。 与其他金属材料相比,钛钛合金的使用具有以下优点:1,重量轻; 低弹性模量; 3非磁性; 4无毒; 5耐腐蚀性; 6高强度和韧性。 外科植入物中使用的钛合金量以5%-7%的速度增长。 钛和钛合金股骨骨 ,髋关节,肱骨,头骨,膝关节,肘关节,肩关节,掌指的制造是指关节,下颌和瓣膜心脏,肾脏区分膜,血管扩张器,胶合板,假体,紧固螺钉数百种金属部件移植到人体上取得了良好的效果,医学界得到了高度的评价。


化学工业


钛具有优异的耐腐蚀性,机械性能和工艺性能,广泛应用于国民经济的许多部门。 特别是在化学生产中,用钛代替不锈钢,镍基合金等稀有金属作为耐腐蚀材料。 这样可以提高产量,提高产品质量,延长设备使用寿命,降低消耗,降低能耗,降低成本,防止污染,改善工作条件,提高劳动生产率具有十分重要的意义。


钛金属已成为化工设备的主要防腐材料之一,在化工厂建立了耐腐蚀性能。 钛作为化工设备的理想材料,也越来越受到工程技术人员的重视。


经过多年的推广,钛及其合金被广泛用作化学生产中优良的耐腐蚀材料。 钛设备的应用已经从原苏打水和苛性钠工业扩展到氯酸盐,氯化铵,尿素,有机合成,染料,无机盐,农药,合成纤维,化肥,精细化工等行业,已经有各种设备发展从小,单,大,多样化。


调查结果表明,钛热交换器为57%,钛阳极为20%, 钛合金为16%,另外为7%。 在化工行业以“两基”,化工设备,钛合金换热器的最大量。


近年来,我国钛材料生产技术的飞速发展,航天钛,军用钛,钛等车辆的增长都非常快速,特别是在航空航天领域,有赶上化工行业的趋势。 总体而言,化学工业用钛的技术含量小,产品附加值低,化工钛用量必然逐渐下降。


海洋工程

随着科学技术的发展和土地资源的日益枯竭,海洋的人类发展与利用已被列入议程。 钛对海水具有优良的耐腐蚀性,广泛应用于海水淡化,船舶,海洋热能发展和海底资源开发领域。


破冰船二十世纪六十年代初,中国开始研究钛和钛合金在船舶和海洋工程设备上的应用,并且大量工作基本形成了更多的等级,性能不同,规格齐全的海洋钛合金系统。 由于钛钛合金的特点本身在船舶和船舶设备的应用上具有独特的优势,广泛应用于核潜艇,潜艇,原子破冰船,水翼船,气垫船,扫雷艇和螺旋桨,海水,冷凝器,换热器等。

在船舶应用中,目前我国钛用量非常小,占船舶总重量的不到1%


钛和钛合金在船舶和船舶工程设备领域的发展潜力巨大。 而且在海水淡化和沿海电站方面,由于我国现有海水淡化和沿海电站,市场需求巨大,为进一步降低钛合金成本,提高产品质量的稳定性,钛的应用市场前景将会非常广泛


日常生活

钛被广泛应用于日常生活中,可以说无处不在,如高尔夫球头,自行车架,网球拍,轮椅,眼镜架等将应用于钛。


基于钛合金轻质,高强度运动特点,网球拍,羽毛球拍从最早逐渐延伸到高尔夫俱乐部和跑车赛。 2008年中国休闲运动占总消费量的13%,唯一的高尔夫俱乐部和俱乐部拥有超过1000吨的钛含量。 钛合金自行车架也很受欢迎,有近50家公司生产钛合金自行车价格,美国已经是钛合金自行车的最大生产国和消费国。 钛光灯的特点应用于眼镜架,钛也不易于皮肤过敏,钛表面通过阳极处理可以有色彩丰富,所以从20世纪80年代初开始在框架中使用。


近年来,钛在人类日常生活中的应用不断扩大,而且快速发展,应用技术已经越来越成熟和完善。 在日常生活中应用钛制品,走在美国和日本前面。



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