钛资源与钛产品的开发利用

钛是一种珍贵的高熔点稀有金属和有色金属。钛矿是一种宝贵的矿产资源。钛及各种钛产品以其特有性能广泛应用于国防工业和民用工业。钛工业已成为当今世界发达国家工业经济不可缺少的重要支柱,其经济效益十分显著。钛及钛产品的生产和应用水平,已成为衡量一个国家工业发展水平以及经济和军事实力的重要标志之一。

一钛的氧化物是在18世纪由欧洲科学家发现的。经过100多年的努力,人们才将它从钛矿中提炼出来。

目前,地球上已知的钛矿物有70多种。其中,具有工业价值的钛矿石矿物只有钛铁矿、钛磁铁矿、金红石和板钛矿等四种。而且,工业上的钛90%来自钛铁矿和钛磁铁矿,只有10%来自金红石和板钛矿。

世界上已知的钛矿床主要有以下3种类型:岩浆岩型钒钛磁铁矿;变质基性岩型金红石原生矿;含有钛铁矿、金红石和板钛矿的海滨砂矿和河流砂矿。

我国拥有极其丰富的钛资源。1983年,我国探明的钛储量就已达到世界钛储量总和的两倍多。在世界上不仅居于首位,而且占有举足轻重的地位。尤其是四川攀西地区的钒钛磁铁矿,仅攀枝花、红格、太和、白马等四大矿区,已探明的钛储量就比世界钛储量的总和还要多。不仅如此,我国除了上述3种钛矿床类型以外,还发现了榴辉岩型金红石矿床。这为我国发展钛工业提供了雄厚的资源基础。

我国钛资源主要分布在四川攀西地区。该区钒钛磁铁矿储量占全国总储量的90%以上,居全国之冠。相应地,四川钛储量占全国总储量的96%,居全国首位。现已发现特大型和大中型钒钛磁铁矿、钛铁矿、金红石、钛铁砂矿等多种类型的钛矿床。例如,云南昆明郊县的特大型钛铁砂矿、广西藤县圹村大型钛铁矿、海南的钛铁矿和金红石海滨砂矿等。后者闻名全国,其探明的钛铁砂矿储量居全国前茅。 国外钛资源主要分布在苏联、印度、巴西、加拿大、挪威、南非、美国和澳大利亚。产量最多的国家有澳大利亚、挪威、加拿大和苏联。美国产量虽高,但由于消费量大及本身资源政策所限,有50%的钛铁矿和全部金红石靠进口。日本和西欧各国钛资源缺乏,其工业用钛原料几乎全部靠进口。

二钛矿主要用于生产金属钛(海绵钛)、钛合金、钛白粉、人造金红石以及其它钛化合物。

银白色的金属钛和钛合金,是在第二次世界大战后才开发利用的一种新金属。它具有以下多种特有性能:⑴、比重小,重量轻。钛的比重仅为钢的60%。⑵、强度和(比强度是指强度与比重之比)高。钛的强度与不锈钢相当,但它的比强度远高于不锈钢。⑶、熔点高,耐高温。钛合金在500℃的高温下,仍能保持良好的机械性能;而铝在150℃、钢在310℃的温度下,就会失去原有的机械性能。⑷、耐超低温。⑸、化学稳定性高,耐腐蚀性好。钛在许多化学介质中都是稳定的。其耐腐蚀性能,尤其是在流水中的耐腐蚀性,可以和白金相比,而远远超过不锈钢。钛对于人体生物组织液也是稳定的,与人体细胞的相容性很好。⑹、尤其令人感兴趣的是,钛还具有记忆、超导、贮氢等特殊性能。例如,钛镍合金就具有记忆形状的特性。飞船、卫星的通讯天线都利用了这一特性。用钛制成的汽车外壳,即使被撞扁,只要用80℃的热水冲洗一下,就能恢复原来的形状。

钛已广泛应用于众多工业部门。据估计,大约有80%的金属钛用于航空和航天工业。钛在船舰、潜艇以及其它工业部门的用量也在迅速增长。70年到以来,钛在其它工业部门的用量,已由5%~6%增长到20%左右。它主要用于制造化工、化纤工业的反应塔、蒸馏塔、热转换器、阀门等多种设备和部件;还用于制造海水淡化装置、发电设备、环境保护装置、电极、热处理坩埚、医疗器械、污水处理和空调设备等;钛合金还可用于制造各种切削工具和超导合金。

世界上钛的生产和应用,虽只有30多年的历史,但发展非常迅速。例如,美国1950年仅产钛45吨,而在1957年则高达1.6万吨。1980年,世界产钛能力已达到10万吨以上。这样快的发展速度是其它金属所没有的。

据报道,1980年世界钛消费量为10.4万吨,1983年为7.8万吨。一些研究机构预测(1987),到1990年,世界钛消费量将增长到16.3万吨,到2000年将增长到18.0万吨,年增长率为5%。

1986年,西方金属钛市场供过于求,生产钛产品的企业开工率处于低水平。1986年12月,美国怀曼·戈登公司宣称关闭一家年产海绵钛4500吨的工厂。据预测(1987),在最近3年内,金属钛市场的前景对供应者不利。

三钛矿还大量用于生产钛白粉。钛白粉简称钛白,是一种反射率高、覆盖力强的优质白色颜料。它主要用于制造高级白油漆和白色涂料。其用量约占颜料总需要量的一半左右。钛白粉还用作白色橡胶、塑料、高级纸张、化纤和合成树脂的理想填料。

钛白粉被人们誉为白色颜料之王。它已广泛应用到人们生活的各个领域。这为钛资源的开发利用开辟了广阔的前景和市场。

值得特别指出的是,钛白粉还可以与碳酸锶一起熔炼成钛酸锶。钛酸锶是一种高频陶瓷材料,属于精密(精细)陶瓷范畴。在70年代,国外已利用钛酸锶制成交流高效电容器或者高频微型电容器。钛酸锶及其系列产品的研制和生产,属于高新技术领域,具有广阔的发展前景。它目前在我国尚处于研制试验阶段。如果钛酸锶及其系列产品研制成功,将填补我国在这方面的空白,也将为我国极其丰富的钛和锶资源的开发利用开辟新的途径。

据报道(1987),世界上钛白粉供应紧张,价格坚挺。估算表明,1986年世界钛白粉消费量为245~260万吨,比1985年增长10万吨。1987年,全世界99%的钛白粉生产能力都投入了运转,以满足需求。目前,日本已成为世界钛白粉最昂贵的市场。在欧洲,钛白粉也很贵。美国曾多次调整钛白粉价格,但略低于欧洲。1986年初,钛白粉国际价格为每吨1500美元。1987年5月,在非生产国钛白粉价格已锐增到每吨1900美元。到1987年11月,钛白粉价格突破每吨2000美元大关,创历史最高纪录。但据认为,由于世界上每年将有新建厂投产,在1988年以后,钛白粉生产将供过于求,价格将会下跌。

四钛矿还用于制造人造金红石以及四氯化钛、氯化钛和钛的有机化合物。

金红石和人造金红石可用于制造优质电焊条。值得提到的是,盐都自贡市正在建设成为我国一大钛工业基地。其年产2万吨金红石厂的可行性研究报告,已于1987年通过专家评审。专家们认为,自贡市在发展钛工业中,选冶出了优质品位金红石,并创造了国内处理攀枝花钛原生矿制取金红石的先进水平,为我国钛工业的发展创造了条件。自贡市盐卤资源丰富,盐化工业规模宏大,能保证提供生产金红石和发展钛工业所需的稀盐酸和氯气等原料,具有发展钛工业的优越条件。

四氯化钛可用于制造曳光弹、照明弹和烟幕弹。氯化钛可在染织工业中用作助染剂。钛的有机化合物可在各种催化作用中作为催化剂,在印染工业中作为防水胶。

最后,需要指出的是,我国的钛工业是在50年代末期逐步发展起来的。从60年代开始,将钛材用于国防工业,提高了部队的装备水平。到80年代初期,我国已建成从钛精矿到钛白粉和海绵钛、从钛材到钛产品的比较完整的钛工业体系。近10年来,钛已逐步应用到化工、冶金、制盐、制药、轻纺等民用工业部门,提高了产品质量,取得了十分显著的经济效益。可以预期,随着改革和建设的发展,我国的钛工业必将有一个更大的发展。

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