钛金属和钛产业的发展

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1、钛金属和钛产业的发展许国栋，王桂生(北京有色金属研究总院，北京100088)摘要：对钛的研究和产业发展状况进行了综述，包括钛的发现、钛工业发展、钛的主要应用等，通过研究，对今后钛及钛合金的研究方向和钛产业发展提出了建议，认为：钛在更广阔的领域获得应用需解决两方面的问题：(1)提高钛在不同用途上特性，如，通过合金化、金属间化合物以及研制新型钛合金提高性能；(2)有效降低钛的生产成本，如从海绵钛生产、材料设计和材料加工等环节降低成本。关键词：钛及钛合金；发展历史；主要应用；研究方向；产业建议中图分类号：TGl

2、46文献标识码：A文章编号：0258—7076(2009)06—0903—10钛作为金属材料，虽然比铜、铁、铝出现的晚一些，但由于其具有比强度高、耐蚀性强、生物相容性好、无磁性等优点，在航空航天、舰船制造、化学工业、交通车辆、建筑装饰、海洋建筑、体育用品、生活用品等方面得到了广泛的应用，被称为“太空金属”、“海洋金属”、“智能金属”等。从2007年开始，我国钛工业取得快速发展，生产量和消费量成倍增长，令世界瞩目。在此背景下，本文对国际上钛主要生产大国的发展经历和应用情况进行了综述，以期对我国钛工业的发展提

3、供一些借鉴。1钛的发现和发展历史1．1钛的发现和资源1791年英国牧师W．Gregor在黑磁铁矿中发现了一种新的金属元素。1795年德国化学家M．H．Klaproth在研究金红石时也发现了该元素，并以希腊神Titans命名之。1910年美国科学家M．A．Hunter首次用钠还原TiCI4制取了纯钛。1940年卢森堡科学家W．J．Kroll用镁还原TiCl4制得了纯钛。从此，镁还原法(又称为克劳尔法)和钠还原法(又称为亨特法)成为生产海绵钛的工业方法。美国在1948年用镁还原法制出2t海绵钛，从此开始了钛的

4、工业化生产[1]。钛在自然界分布很广，地壳中的含量约为0.64％，在金属元素中仅次于铝、铁和镁，居第四位。根据美国地质学会的定义，2001年全世界已探明的钛铁矿和金红石矿约为5.32×108t，主要分布在澳大利亚、南非、印度、美国、加拿大、挪威、乌克兰等国家。全世界2000年共消费钛矿(按TiO2含量计)约4.58×106t。按目前钛矿的年使用量计算，今后200年内全世界不必担心钛资源的枯竭。日本没有经济性钛资源，主要依赖从澳大利亚、南非等国进口，而且日本对钛原料的放射性物质含量有严格要求，因此选择余地小

5、、价格高。中国尽管钛资源的储量为世界第一，其中钛铁矿岩矿占总储量的93％，而且钙、镁杂质含量高，增加了选冶的技术难度[2]。钛铁矿分岩矿和砂矿两种，岩矿主要产于中国、加拿大、美国、俄罗斯、挪威等，砂矿主要产于澳大利亚、南非、印度、斯里兰卡和中国。1．2钛的发展历史作为特殊材料利用的铜和铁，从数千年前开始生产和应用；被称作是新金属的铝和镁，也有100年左右的历史。金属钛的工业生产只有60年的历史，因此，钛被日本钛协会形象地称为“婴儿金属”，认为“钛正在从摇篮期向成长期迈进”，形象地表达了钛从哺乳期向幼年期、

6、少年期的成长过程。在60年的时间内，钛作为优质轻型高强耐蚀结构材料、新型功能材料和重要的生物工程材料，在世界工业舞台上大放异彩，被誉为正在崛起的“第三金属”，在不同的年代，钛都有新的发明、发现、发展和应用[3]。2钛工业的发展史2．1近期钛工业的发展衡量一个国家钛工业规模有两个重要指标：海绵钛产量和钛材产量，其中海绵钛产量反映原料生产能力，钛材产量反映的是深加工能力。目前钛工业已形成中国、美国、独联体、日本和欧洲五大生产和消费主体。五大主体的排序各有先后，2004年，按照海绵钛产能大小的排序为：美国、独联

7、体、日本、中国和欧洲。按海绵钛生产技术和装备水平高低的排序为：日本、美国、独联体、欧洲和中国。按钛材产能大小的排列为：美国、日本、独联体、欧洲和中国[4-7]。但从2007年开始，中国海绵钛产量迅速提升，跃居世界第一(约4.5万t)，其次是日本(约3.87万t)，俄罗斯(约3.57万t)，哈萨克斯坦(约2.5万t)，美国(约2万t)，乌克兰(约9000t)；而钛材的实际产量为：美国(约3.07万t)、俄罗斯(约2.8万t)、中国(约2.4万t)、日本(约1.9万t)、欧洲(约1.4万t)[8-11]。2．

8、2钛的主要生产企业钛的生产企业分为两种类型：一类从海绵钛到加工材，产品种类齐全的企业，以美国和俄罗斯居多，如美国的TIMET(钛金属公司)、RTI(国际金属公司)，俄罗斯的VSMPO—AVISMA(上萨尔达)等。另一类是，只生产海绵钛、铸锭、加工材中单一产品的企业，以日本、中国居多。日本方面，则更侧重于海绵钛(钛铸锭)由专门的工厂生产，利用钢铁企业生产钛成品。这样的产业结构，降低了生产成本，抵御风险能力强。缺点是，钛生产设备调