1、钛是一种金属元素，灰色，原子序数 22，相对原子质量 47.87。能在氮气中燃烧，熔点高。钝钛和以钛为主的合金是新型的结构材料，主要用于航天工业和航海工业。目录简介 基本字义 原子结构 物理性质 化学性质 与化合物的反应 发展历程 基本信息 简介基本字义原子结构物理性质化学性质与化合物的反应 发展历程基本信息 元素来源 元素用途 辅助资料 中国钛矿地理分布 世界钛矿资源总体状况 钛的冶炼 主要特性 钛设备制造 钛的十大性能 展开编 辑 本 段 简 介钛 拼 音 ： ti 部 首 ： 钅 ， 部 外 笔 画 ： 4， 总 笔 画 ： 9， 繁 体 部 首 ： 金 ， 部 外 笔 画 ： 4：总
2、笔 画 ： 12 五 笔 86&98： QDYY 仓 颉 ： XXCKI 笔 顺 编 号 ： 311151344 四 角 号 码 ： 84730 UniCode： CJK 统 一 汉 字 U+949B 编 辑 本 段 基 本 字 义从 发 现 钛 元 素 到 制 得 纯 品 ， 历 时 一 百 多 年 。 而 钛 真 正 得 到 利 用 ， 认 识 其本 来 的 真 面 目 ， 则 是 20 世 纪 40 年 代 以 后 的 事 情 了 。 地 球 表 面 十 公 里 厚 的 地 层 中 ， 含 钛 达 千 分 之 六 ， 比 铜 多 61 倍 ， 在 地 壳中 的 含 量 排 第 十 位 （
3、 地 壳 中 元 素 排 行 ： 氧 、 硅 、 铝 、 铁 、 钙 、 钠 、 钾 、 镁 、氢 、 钛 ） 。 随 便 从 地 下 抓 起 一 把 泥 土 ， 其 中 都 含 有 千 分 之 几 的 钛 ， 世 界 上 储量 超 过 一 千 万 吨 的 钛 矿 并 不 稀 罕 。 海 滩 上 有 成 亿 吨 的 砂 石 ， 钛 和 锆 这 两 种 比 砂 石 重 的 矿 物 ， 就 混 杂 在 砂 石中 ， 经 过 海 水 千 百 万 年 昼 夜 不 停 地 淘 洗 ， 把 比 较 重 的 钛 铁 矿 和 锆 英 砂 矿 冲在 一 起 ， 在 漫 长 的 海 岸 边 ， 形 成 了 一 片
4、 一 片 的 钛 矿 层 和 锆 矿 层 。 这 种 矿 层 是一 种 黑 色 的 砂 子 ， 通 常 有 几 厘 米 到 几 十 厘 米 厚 。 钛 没 有 磁 性 ， 用 钛 建 造 的 核 潜 艇 不 必 担 心 磁 性 水 雷 的 攻 击 。 1947 年 ， 人 们 才 开 始 在 工 厂 里 冶 炼 钛 。 当 年 ， 产 量 只 有 2 吨 。 1955 年产 量 激 增 到 2 万 吨 。 1972 年 ， 年 产 量 达 到 了 20 万 吨 。 钛 的 硬 度 与 钢 铁 差不 多 ， 而 它 的 重 量 几 乎 只 有 同 体 积 的 钢 铁 的 一 半 ， 钛 虽 然
5、稍 稍 比 铝 重 一 点 ，它 的 硬 度 却 比 铝 大 2 倍 。 现 在 ， 在 宇 宙 火 箭 和 导 弹 中 ， 就 大 量 用 钛 代 替 钢铁 。 据 统 计 ， 目 前 世 界 上 每 年 用 于 宇 宙 航 行 的 钛 ， 已 达 一 千 吨 以 上 。 极 细的 钛 粉 ， 还 是 火 箭 的 好 燃 料 ， 所 以 钛 被 誉 为 宇 宙 金 属 ， 空 间 金 属 。 钛 的 耐 热 性 很 好 ， 熔 点 高 达 1668 。 在 常 温 下 ， 钛 可 以 安 然 无 恙 地 躺在 各 种 强 酸 强 碱 的 溶 液 中 。 就 连 最 凶 猛 的 酸 王 水 ，
6、 也 不 能 腐 蚀 它 。 钛不 怕 海 水 ， 有 人 曾 把 一 块 钛 沉 到 海 底 ， 五 年 以 后 取 上 来 一 看 ， 上 面 粘 了 许 多小 动 物 与 海 底 植 物 ， 却 一 点 也 没 有 生 锈 ， 依 旧 亮 闪 闪 的 。 现 在 ， 人 们 开 始 用 钛 来 制 造 潜 艇 一 钛 潜 艇 。 由 于 钛 非 常 结 实 ， 能承 受 很 高 的 压 力 ， 这 种 潜 艇 可 以 在 深 达 4500 米 的 深 海 中 航 行 。 编 辑 本 段 原 子 结 构钛 位 于 元 素 周 期 表 中 B 族 ， 原 子 序 数 为 22， 原 子 核
7、由 22 个 质 子 和20-32 个 中 子 组 成 ， 核 外 电 子 结 构 排 列 为 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 3D2 4S2。 原 子 核 半 径 5x10-13 厘 米 。 编 辑 本 段 物 理 性 质钛 的 密 度 为 4.506-4.516 克 /立 方 厘 米 （ 20 ） ， 高 于 铝 而 低 于 铁 、 铜 、镍 。 但 比 强 度 位 于 金 属 之 首 ， 是 不 锈 钢 的 3 倍 ， 是 铝 合 金 的 1.3 倍 。 熔 点16684 ， 熔 化 潜 热 3.7-5.0 千 卡 /克 原 子 ， 沸 点 326020 ， 汽 化 潜 热102
8、.5-112.5 千 卡 /克 原 子 ， 临 界 温 度 4350 ， 临 界 压 力 1130 大 气 压 。 钛的 导 热 性 和 导 电 性 能 较 差 ， 近 似 或 略 低 于 不 锈 钢 ， 钛 具 有 超 导 性 ， 纯 钛 的超 导 临 界 温 度 为 0.38-0.4K。 在 25 时 ， 钛 的 热 容 为 0.126 卡 /克 原子 度 ， 热 焓 1149 卡 /克 原 子 ， 熵 为 7.33 卡 /克 原 子 度 ， 金 属 钛 是 顺 磁性 物 质 ， 导 磁 率 为 1.00004。 钛 具 有 可 塑 性 ， 高 纯 钛 的 延 伸 率 可 达 50-60%
9、， 断 面 收 缩 率 可 达 70-80%，但 强 度 低 ， 不 宜 作 结 构 材 料 。 钛 中 杂 质 的 存 在 ， 对 其 机 械 性 能 影 响 极 大 ， 特别 是 间 隙 杂 质 （ 氧 、 氮 、 碳 ） 可 大 大 提 高 钛 的 强 度 ， 显 著 降 低 其 塑 性 。 钛 作为 结 构 材 料 所 具 有 的 良 好 机 械 性 能 ， 就 是 通 过 严 格 控 制 其 中 适 当 的 杂 质 含 量和 添 加 合 金 元 素 而 达 到 的 。 编 辑 本 段 化 学 性 质钛 在 较 高 的 温 度 下 ， 可 与 许 多 元 素 和 化 合 物 发 生 反
10、 应 。 各 种 元 素 ， 按 其与 钛 发 生 不 同 反 应 可 分 为 四 类 ： 第 一 类 ： 卤 素 和 氧 族 元 素 与 钛 生 成 共 价 键 与 离 子 键 化 合 物 ； 第 二 类 ： 过 渡 元 素 、 氢 、 铍 、 硼 族 、 碳 族 和 氮 族 元 素 与 钛 生 成 金 属 间 化物 和 有 限 固 溶 体 ； 第 三 类 ： 锆 、 铪 、 钒 族 、 铬 族 、 钪 元 素 与 钛 生 成 无 限 固 溶 体 ； 第 四 类 ： 惰 性 气 体 、 碱 金 属 、 碱 土 金 属 、 稀 土 元 素 （ 除 钪 外 ） ， 锕 、钍 等 不 与 钛 发
11、生 反 应 或 基 本 上 不 发 生 反 应 。 编 辑 本 段 与 化 合 物 的 反 应HF 和 氟 化 物氟 化 氢 气 体 在 加 热 时 与 钛 发 生 反 应 生 成 TiF4， 反 应 式 为 （ 1） ； 不 含水 的 氟 化 氢 液 体 可 在 钛 表 面 上 生 成 一 层 致 密 的 四 氟 化 钛 膜 ， 可 防 止 HF 浸 入钛 的 内 部 。 氢 氟 酸 是 钛 的 最 强 溶 剂 。 即 使 是 浓 度 为 1%的 氢 氟 酸 ， 也 能 与 钛发 生 激 烈 反 应 ， 见 式 （ 2） ； 无 水 的 氟 化 物 及 其 水 溶 液 在 低 温 下 不 与
12、 钛 发 生反 应 ， 仅 在 高 温 下 熔 融 的 氟 化 物 与 钛 发 生 显 著 反 应 。 Ti 4HF TiF4 2H2 135.0 千 卡 （ 1） 2Ti 6HF 2TiF3 3H2 （ 2） HCl 和 氯 化 物氯 化 氢 气 体 能 腐 蚀 金 属 钛 ， 干 燥 的 氯 化 氢 在 300 时 与 钛 反 应 生 成TiCl4， 见 式 (3)； 浓 度 5%的 盐 酸 在 室 温 下 不 与 钛 反 应 ， 20%的 盐 酸 在 常温 下 与 钛 发 生 瓜 在 生 成 紫 色 的 TiCl3， 见 式 (4)； 当 温 度 长 高 时 ， 即 使 稀 盐酸 也 会
13、 腐 蚀 钛 。 各 种 无 水 的 氯 化 物 ， 如 镁 、 锰 、 铁 、 镍 、 铜 、 锌 、 汞 、 锡 、钙 、 钠 、 钡 和 NH4 离 子 及 其 水 溶 液 ， 都 不 与 钛 发 生 反 应 ， 钛 在 这 些 氯 化 物 中具 有 很 好 的 稳 定 性 。 Ti 4HCl TiCl4 2H2 94.75 千 卡 (3)2Ti 6HCl TiCl3 3H2 (4) 硫 酸 和 硫 化 氢钛 与 5%的 硫 酸 有 明 显 的 反 应 ， 在 常 温 下 ， 约 40%的 硫 酸 对 钛 的 腐 蚀 速度 最 快 ， 当 浓 度 大 于 40%， 达 到 60%时 腐
14、蚀 速 度 反 而 变 慢 ， 80%又 达 到 最 快 。加 热 的 稀 酸 或 50%的 浓 硫 酸 可 与 钛 反 应 生 成 硫 酸 钛 ， 见 式 （ 5） 、 （ 6） ，加 热 的 浓 硫 酸 可 被 钛 还 原 ， 生 成 SO2， 见 式 （ 7） 。 常 温 下 钛 与 硫 化 氢 反 应 ，在 其 表 面 生 成 一 层 保 护 膜 ， 可 阻 止 硫 化 氢 与 钛 的 进 一 步 反 应 。 但 在 高 温 下 ，硫 化 氢 与 钛 反 应 析 出 氢 ， 见 式 （ 8） ， 粉 末 钛 在 600 开 始 与 硫 化 氢 反 应 生成 钛 的 硫 化 物 ， 在
15、900 时 反 应 产 物 主 要 为 TiS， 1200 时 为 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 致 密 的 表 面 光 滑 的 钛 对 硝 酸 具 有 很 好 的 稳 定 性 ， 这 是 由于 硝 酸 能 快 速 在 钛 表 面 生 成 一 层 牢 固 的 氧 化 膜 ， 但 是 表 面 粗 糙 ， 特 别 是 海绵 钛 或 粉 末 钛 ， 可 与 次 、
16、 热 稀 硝 酸 发 生 反 应 ， 见 式 （ 9） 、 （ 10） ， 高 于70 的 浓 硝 酸 也 可 与 钛 发 生 反 应 ， 见 式 （ 11） ； 常 温 下 ， 钛 不 与 王 水 反 应 。温 度 高 时 ， 钛 可 与 王 水 反 应 生 成 TiCl2。 3Ti 4HNO3 4H2O 3H4TiO4 4NO (9)3Ti 4HNO3 H2O 3H2TiO3 4NO (10) Ti 8HNO3 Ti(NO3)4 4NO2 4H2O (11) 综 上 所 述 ， 钛 的 性 质 与 温 度 及 其 存 在 形 态 、 纯 度 有 着 极 其 密 切 的 关 系 。致 密 的
17、 金 属 钛 在 自 然 界 中 是 相 当 稳 定 的 ， 但 是 ， 粉 末 钛 在 空 气 中 可 引 起 自 燃 。钛 中 杂 质 的 存 在 ， 显 著 的 影 响 钛 的 物 理 、 化 学 性 能 、 机 械 性 能 和 耐 腐 蚀 性能 。 特 别 是 一 些 间 隙 杂 质 ， 它 们 可 以 使 钛 晶 格 发 生 畸 变 ， 而 影 响 钛 的 的 各 种性 能 。 常 温 下 钛 的 化 学 活 性 很 小 ， 能 与 氢 氟 酸 等 少 数 几 种 物 质 发 生 反 应 ， 但温 度 增 加 时 钛 的 活 性 迅 速 增 加 ， 特 别 是 在 高 温 下 钛 可
18、 与 许 多 物 质 发 生 剧 烈 反应 。 钛 的 冶 炼 过 程 一 般 都 在 800 以 上 的 高 温 下 进 行 ， 因 此 必 须 在 真 空 中 或在 惰 性 气 氛 保 护 下 操 作 。 金 属 钛 的 物 理 性 质金 属 钛 （ Ti） ， 灰 色 金 属 。 原 子 序 数 为 22， 相 对 原 子 质 量 47.87。 核外 电 子 在 亚 层 中 的 排 布 情 况 为 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 3d2 4S2。 金 属 活 动性 在 镁 、 铝 之 间 ， 常 温 下 并 不 稳 定 ， 因 此 在 自 然 界 中 只 以 化 合 态 存 在
19、， 常 见的 钛 的 化 合 物 有 钛 铁 矿 （ FeTiO3） 、 金 红 石 （ TiO2） 等 。 钛 在 地 壳 中 含 量较 高 ， 排 行 第 九 ， 达 5600ppm， 换 算 成 百 分 比 为 0.56%。 纯 钛 密 度 为4.54103kg/m3， 摩 尔 体 积 为 10.54cm3/mol， 硬 度 较 差 ， 莫 氏 硬 度 只 有 4左 右 ， 因 此 延 展 性 好 。 钛 的 热 稳 定 性 很 好 ， 熔 点 为 166010 ， 沸 点 为3287 。 金 属 钛 的 化 学 性 质金 属 钛 在 高 温 环 境 中 的 还 原 能 力 极 强 ，
20、能 与 氧 、 碳 、 氮 以 及 其 他 许 多 元素 化 合 ， 还 能 从 部 分 金 属 氧 化 物 （ 比 如 氧 化 铝 ） 中 夺 取 氧 。 常 温 下 钛 与 氧 气化 合 生 成 一 层 极 薄 致 密 的 氧 化 膜 ， 这 层 氧 化 膜 常 温 下 不 与 绝 大 多 数 强 酸 、 强碱 反 应 ， 包 括 酸 中 之 王 王 水 。 它 只 与 氢 氟 酸 、 热 的 浓 盐 酸 、 浓 硫 酸 反应 ， 因 此 钛 体 现 了 抗 腐 蚀 性 。 编 辑 本 段 发 展 历 程钛 元 素 发 现 于 1789 年 ， 1908 年 挪 威 和 美 国 开 始 用
21、 硫 酸 法 生 产 钛 白 ，1910 年 在 试 验 室 中 第 一 次 用 钠 法 制 得 海 绵 钛 ， 1948 年 美 国 杜 邦 公 司 才 用 镁法 成 吨 生 产 海 绵 钛 -这 标 志 着 海 绵 钛 即 钛 工 业 化 生 产 的 开 始 。 中 国 钛 工 业 起 步 于 20 世 纪 50 年 代 。 1954， 北 京 有 色 金 属 研 究 总 院 开始 进 行 海 绵 钛 制 备 工 艺 研 究 ， 1956 年 国 家 把 钛 当 作 战 略 金 属 列 入 了 12 年发 展 规 划 ， 1958 年 在 抚 顺 铝 厂 实 现 了 海 绵 钛 工 业 试
22、 验 ， 成 立 了 中 国 第 一 个 海绵 钛 生 产 车 间 ， 同 时 在 沈 阳 有 色 金 属 加 工 厂 成 立 了 中 国 第 一 个 钛 加 工 材 生 产试 验 车 间 。 20 世 纪 60-70 年 代 ， 在 国 家 的 统 一 规 划 下 ， 先 后 建 设 了 以 遵 义 钛 厂 为代 表 的 10 余 家 海 绵 钛 生 产 单 位 ， 建 设 了 以 宝 鸡 有 色 金 属 加 工 厂 为 代 表 的 数家 钛 材 加 工 单 位 ， 同 时 也 形 成 了 以 北 京 有 色 金 属 研 究 总 院 为 代 表 的 科 研 力 量 ，成 为 继 美 国 、
23、前 苏 联 和 日 本 之 后 的 第 四 个 具 有 完 整 钛 工 业 体 系 的 国 家 。 1980 年 前 后 ， 我 国 海 绵 钛 产 量 达 到 2800 吨 ， 然 而 由 于 当 时 大 多 数 人 对钛 金 属 认 识 不 足 ， 钛 材 的 高 价 格 也 限 制 了 钛 的 应 用 ， 钛 加 工 材 的 产 量 仅200 吨 左 右 ， 我 国 钛 工 业 陷 入 困 境 。 在 这 种 情 况 下 ， 由 当 时 国 务 院 副 总 理 方毅 同 志 倡 导 ， 朱 镕 基 和 袁 宝 华 同 志 支 持 ， 于 1982 年 7 月 成 立 了 跨 部 委 的
24、全国 钛 应 用 推 广 领 导 小 组 ， 专 门 协 调 钛 工 业 的 发 展 事 宜 ， 促 成 了 20 世 纪 80年 代 至 90 年 代 初 期 我 国 海 绵 钛 和 钛 加 工 材 产 销 两 旺 、 钛 工 业 快 速 平 稳 发 展的 良 好 局 面 。 综 上 所 述 ， 我 国 钛 工 业 大 致 经 历 了 三 个 发 展 期 ： 即 20 世 纪 50 年 代 的开 创 期 ， 60-70 年 代 的 建 设 期 和 80-90 年 代 的 初 步 发 展 期 。 在 新 世 纪 ， 得 益于 国 民 经 济 的 持 续 、 快 速 发 展 ， 我 国 钛 工
25、业 也 进 入 了 一 个 快 速 成 长 期 。 钛 耐 腐 蚀 ， 所 以 在 化 学 工 业 上 常 常 要 用 到 它 。 过 去 ， 化 学 反 应 器 中 装 热硝 酸 的 部 件 都 用 不 锈 钢 。 不 锈 钢 也 怕 那 强 烈 的 腐 蚀 剂 热 硝 酸 ， 每 隔 半年 ， 这 种 部 件 就 要 统 统 换 掉 。 现 在 ， 用 钛 来 制 造 这 些 部 件 ， 虽 然 成 本 比 不 锈钢 部 件 贵 一 些 ， 但 是 它 可 以 连 续 不 断 地 使 用 五 年 ， 计 算 起 来 反 而 合 算 得 多 。 在 电 化 学 中 ， 钛 是 单 向 阀 型
26、 金 属 ， 电 位 很 负 ， 通 常 无 法 用 钛 作 为 阳 极 进行 分 解 。 钛 的 最 大 缺 点 是 难 于 提 炼 。 主 要 是 因 为 钛 在 高 温 下 化 合 能 力 极 强 ， 可 以与 氧 、 碳 、 氮 以 及 其 他 许 多 元 素 化 合 。 因 此 ， 不 论 在 冶 炼 或 者 铸 造 的 时 候 ，人 们 都 小 心 地 防 止 这 些 元 素 “侵 袭 ”钛 。 在 冶 炼 钛 的 时 候 ， 空 气 与 水 当 然 是严 格 禁 止 接 近 的 ， 甚 至 连 冶 金 上 常 用 的 氧 化 铝 坩 埚 也 禁 止 使 用 ， 因 为 钛 会 从
27、氧 化 铝 里 夺 取 氧 。 现 在 ， 人 们 利 用 镁 与 四 氯 化 钛 在 惰 性 气 体 氦 气 或 氩气 中 相 作 用 ， 来 提 炼 钛 。 人 们 利 用 钛 在 高 温 下 化 合 能 力 极 强 的 特 点 ， 在 炼 钢 的 时 候 ， 氮 很 容 易 溶解 在 钢 水 里 ， 当 钢 锭 冷 却 的 时 候 ， 钢 锭 中 就 形 成 气 泡 ， 影 响 钢 的 质 量 。 所以 炼 钢 工 人 往 钢 水 里 加 进 金 属 钛 ， 使 它 与 氮 化 合 ， 变 成 炉 渣 一 氮 化 钛 ，浮 在 钢 水 表 面 ， 这 样 钢 锭 就 比 较 纯 净 了
28、。 当 超 音 速 飞 机 飞 行 时 ， 它 的 机 翼 的 温 度 可 以 达 到 500 。 如 用 比 较 耐热 的 铝 合 金 制 造 机 翼 ， 一 到 二 三 百 度 也 会 吃 不 消 ， 必 须 有 一 种 又 轻 、 又 韧 、又 耐 高 温 的 材 料 来 代 替 铝 合 金 而 钛 恰 好 能 够 满 足 这 些 要 求 。 钛 还 能 经 得 住 零下 一 百 多 度 的 考 验 ， 在 这 种 低 温 下 ， 钛 仍 旧 有 很 好 的 韧 性 而 不 发 脆 。 利 用 钛 和 锆 对 空 气 的 强 大 吸 收 力 ， 可 以 除 去 空 气 ， 造 成 真 空
29、 。 比 方 ， 利用 钛 制 成 的 真 空 泵 ， 可 以 把 空 气 抽 到 只 剩 下 十 万 万 万 分 之 一 。 钛 的 氧 化 物 二 氧 化 钛 ， 是 雪 白 的 粉 末 ， 是 最 好 的 白 色 颜 料 ， 俗 称 钛白 。 以 前 ， 人 们 开 采 钛 矿 ， 主 要 目 的 便 是 为 了 获 得 二 氧 化 钛 。 钛 白 的 粘 附 力强 ， 不 易 起 化 学 变 化 ， 永 远 是 雪 白 的 。 特 别 可 贵 的 是 钛 白 无 毒 。 它 的 熔 点 很高 ， 被 用 来 制 造 耐 火 玻 璃 ， 釉 料 ， 珐 琅 、 陶 土 、 耐 高 温 的
30、 实 验 器 皿 等 。 二 氧 化 钛 是 世 界 上 最 白 的 东 西 ， 1 克 二 氧 化 钛 可 以 把 450 多 平 方 厘 米的 面 积 涂 得 雪 白 。 它 比 常 用 的 白 颜 料 一 锌 钡 白 还 要 白 5 倍 ， 因 此 是 调 制白 油 漆 的 最 好 颜 料 。 世 界 上 用 作 颜 料 的 二 氧 化 钛 ， 一 年 多 到 几 十 万 吨 。 二 氧化 钛 可 以 加 在 纸 里 ， 使 纸 变 白 并 且 不 透 明 ， 效 果 比 其 他 物 质 大 10 倍 ， 因 此 ，钞 票 纸 和 美 术 品 用 纸 就 要 加 二 氧 化 钛 。 此
31、外 ， 为 了 使 塑 料 的 颜 色 变 浅 ， 使 人造 丝 光 泽 柔 和 ， 有 时 也 要 添 加 二 氧 化 钛 。 在 橡 胶 工 业 上 ， 二 氧 化 钛 还 被 用 作为 白 色 橡 胶 的 填 料 。 四 氯 化 钛 是 种 有 趣 的 液 体 ， 它 有 股 刺 鼻 的 气 味 ， 在 湿 空 气 中 便 会 大 冒 白烟 它 水 解 了 ， 变 成 白 色 的 二 氧 化 钛 的 水 凝 胶 。 在 军 事 上 ， 人 们 便 利 用 四氯 化 钛 的 这 股 怪 脾 气 ， 作 为 人 造 烟 雾 剂 。 特 别 是 在 海 洋 上 ， 水 气 多 ， 一 放 四氯
32、 化 钛 ， 浓 烟 就 象 一 道 白 色 的 长 城 ， 挡 住 了 敌 人 的 视 线 。 在 农 业 上 ， 人 们 利用 四 氟 化 钛 来 防 霜 。 钛 酸 钡 晶 体 有 这 样 的 特 性 ： 当 它 受 压 力 而 改 变 形 状 的 时 候 ， 会 产 生 电 流 ，一 通 电 又 会 改 变 形 状 。 于 是 ， 人 们 把 钛 酸 钡 放 在 超 声 波 中 ， 它 受 压 便 产 生 电流 ， 由 它 所 产 生 的 电 流 的 大 小 可 以 测 知 超 声 波 的 强 弱 。 相 反 ， 用 高 频 电 流 通过 它 ， 则 可 以 产 生 超 声 波 。 现
33、 在 ， 几 乎 所 有 的 超 声 波 仪 器 中 ， 都 要 用 到 钛 酸钡 。 除 此 之 外 ， 钛 酸 钡 还 有 许 多 用 途 。 例 如 ： 铁 路 工 人 把 它 放 在 铁 轨 下 面 ，来 测 量 火 车 通 过 时 候 的 压 力 ； 医 生 用 它 制 成 脉 搏 记 录 器 。 用 钛 酸 钡 做 的 水 底探 测 器 ， 是 锐 利 的 水 下 眼 睛 ， 它 不 只 能 够 看 到 鱼 群 ， 而 且 还 可 以 看 到 水 底 下的 暗 礁 、 冰 山 和 敌 人 的 潜 水 艇 等 。 冶 炼 钛 时 ， 要 经 过 复 杂 的 步 骤 。 把 钛 铁 矿
34、 变 成 四 氯 化 钛 ， 再 放 到 密 封 的不 锈 钢 罐 中 ， 充 以 氩 气 ， 使 它 们 与 金 属 镁 反 应 ， 就 得 到 “海 绵 钛 ”。 这 种多 孔 的 “海 绵 钛 ”是 不 能 直 接 使 用 的 ， 还 必 须 把 它 们 在 电 炉 中 熔 化 成 液 体 ，才 能 铸 成 钛 锭 。 但 制 造 这 种 电 炉 又 谈 何 容 易 ！ 除 了 电 炉 的 空 气 必 须 抽 干 净 外 ，更 伤 脑 筋 的 是 ， 简 直 找 不 到 盛 装 液 态 钛 的 坩 埚 ， 因 为 一 般 耐 火 材 料 部 含 有 氧化 物 ， 而 其 中 的 氧 就
35、会 被 液 态 钛 夺 走 。 后 来 ， 人 们 终 于 发 明 了 一 种 “水 冷铜 坩 埚 ”的 电 炉 。 这 种 电 炉 只 有 中 央 一 部 分 区 域 很 热 ， 其 余 部 分 都 是 冷 的 ，钛 在 电 炉 中 熔 化 后 ， 流 到 用 水 冷 却 的 铜 坩 埚 壁 上 ， 马 上 凝 成 钛 锭 。 用 这 种 方法 已 经 能 够 生 产 几 吨 重 的 钛 块 ， 但 它 的 成 本 就 可 想 而 知 了 。 编 辑 本 段 基 本 信 息元 素 名 称 ： 钛 元 素 原 子 量 ： 47.87 元 素 在 海 水 中 的 含 量 ： (ppm) 0.00
36、048 元 素 在 太 阳 中 的 含 量 ： (ppm) 4 元 素 类 型 ： 金 属 核 内 质 子 数 ： 22 核 外 电 子 数 ： 22 核 电 核 数 ： 22 质 子 质 量 ： 3.6806E-26 质 子 相 对 质 量 ： 22.154 原 子 体 积 ： (立 方 厘 米 /摩 尔 ) 10.64 地 壳 中 含 量 ： （ ppm） 5600 以 下 为 增 加 内 容 ： 氧 化 态 ： Main Ti+4 Other Ti-1, Ti0, Ti+2, Ti+3 所 属 周 期 ： 4 所 属 族 数 ： IVB 摩 尔 质 量 ： 48 氢 化 物 ： TiH4
37、 氧 化 物 ： TiO 最 高 价 氧 化 物 化 学 式 ： TiO2 密 度 ： 4.54g/cm3 熔 点 ： 1660. 沸 点 ： 3287.0 电 离 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 围 电 子 排 布 ： 2 8 8 4 核 外 电 子 排 布 ： 2,8,10,2 晶 体 结 构 ：
38、 晶 胞 为 六 方 晶 胞 。 晶 胞 参 数 ： a = 295.08 pm b = 295.08 pm c = 468.55 pm = 90 = 90 = 120 莫 氏 硬 度 ： 6 声 音 在 其 中 的 传 播 速 率 ： （ m/S） 5090 颜 色 和 状 态 ： 银 灰 色 金 属 原 子 半 径 ： 2 常 见 化 合 价 ： +2,+3,+4 发 现 人 ： 格 列 高 尔 发 现 年 代 ： 1791 年 已 知 的 钛 的 同 位 素 有 13 种 ， 包 括 钛 -41 至 钛 -53。 其 中 钛 的 稳 定 同 位 素有 钛 -46， 钛 -47， 钛 -4
39、8， 钛 -49， 钛 -50 共 五 种 ， 其 余 的 同 位 素 均 有 放 射 性 。发 现 过 程 ： 钛 是 英 国 化 学 家 格 雷 戈 尔 (Gregor R W ， 17621817。 )在 1791 年 研究 钛 铁 矿 和 金 红 石 时 发 现 的 。 四 年 后 ， 1795 年 ， 德 国 化 学 家 克 拉 普 罗 特(Klaproth M H ， 17431817。 )在 分 析 匈 牙 利 产 的 红 色 金 红 石 时 也 发 现 了这 种 元 素 。 他 主 张 采 取 为 铀 (1789 年 由 克 拉 普 罗 特 发 现 的 )命 名 的 方 法 ，
40、 引用 希 腊 神 话 中 泰 坦 神 族 “Titanic”的 名 字 给 这 种 新 元 素 起 名 叫“Titanium”。 中 文 按 其 译 音 定 名 为 钛 。 格 雷 戈 尔 和 克 拉 普 罗 特 当 时 所 发 现 的 钛 是 粉 末 状 的 二 氧 化 钛 ， 而 不 是 金属 钛 。 因 为 钛 的 氧 化 物 极 其 稳 定 ， 而 且 金 属 钛 能 与 氧 、 氮 、 氢 、 碳 等 直 接 激烈 地 化 合 ， 所 以 单 质 钛 很 难 制 取 。 直 到 1910 年 才 被 美 国 化 学 家 亨 特(Hunter M A )第 一 次 制 得 纯 度 达
41、 99.9%的 金 属 钛 。 元 素 描 述 ： 具 有 金 属 光 泽 ， 有 延 展 性 。 密 度 4.5 克 /厘 米 3。 熔 点 166010 。 沸点 3287 。 化 合 价 +2、 +3 和 +4。 电 离 能 为 6.82 电 子 伏 特 。 钛 的 主 要 特 点是 密 度 小 ， 机 械 强 度 大 ， 容 易 加 工 。 钛 的 塑 性 主 要 依 赖 于 纯 度 。 钛 越 纯 ， 塑性 越 大 。 有 良 好 的 抗 腐 蚀 性 能 ， 不 受 大 气 和 海 水 的 影 响 。 在 常 温 下 ， 不 会 被稀 盐 酸 、 稀 硫 酸 、 硝 酸 或 稀 碱
42、溶 液 所 腐 蚀 ； 只 有 氢 氟 酸 、 热 的 浓 盐 酸 、 浓 硫酸 等 才 可 对 它 作 用 。 编 辑 本 段 元 素 来 源钛 属 于 稀 有 金 属 ， 在 地 壳 中 的 丰 度 占 第 七 位 ， 有 0.45%。 用 于 冶 炼 钛的 矿 物 主 要 有 钛 铁 矿 （ FeTiO3） 、 金 红 石 （ TiO2） 和 钙 钛 矿 等 。 矿 石 经 处理 得 到 易 挥 发 的 四 氯 化 钛 ， 再 用 镁 还 原 而 制 得 纯 钛 。 编 辑 本 段 元 素 用 途钛 的 强 度 大 ， 纯 钛 抗 拉 强 度 最 高 可 达 180kg/mm2。 有 些
43、 钢 的 强 度 高 于 钛合 金 ， 但 钛 合 金 的 比 强 度 （ 抗 拉 强 度 和 密 度 之 比 ） 却 超 过 优 质 钢 。 钛 合 金 有好 的 耐 热 强 度 、 低 温 韧 性 和 断 裂 韧 性 ， 故 多 用 作 飞 机 发 动 机 零 件 和 火 箭 、 导弹 结 构 件 。 钛 合 金 还 可 作 燃 料 和 氧 化 剂 的 储 箱 以 及 高 压 容 器 。 现 在 已 有 用 钛合 金 制 造 自 动 步 枪 ， 迫 击 炮 座 板 及 无 后 座 力 炮 的 发 射 管 。 在 石 油 工 业 上 主要 作 各 种 容 器 、 反 应 器 、 热 交 换
44、器 、 蒸 馏 塔 、 管 道 、 泵 和 阀 等 。 钛 可 用 作电 极 和 发 电 站 的 冷 凝 器 以 及 环 境 污 染 控 制 装 置 。 钛 镍 形 状 记 忆 合 金 在 仪 器 仪表 上 已 广 泛 应 用 。 在 医 疗 中 ， 钛 可 作 人 造 骨 头 和 各 种 器 具 。 钛 还 是 炼 钢 的 脱氧 剂 和 不 锈 钢 以 及 合 金 钢 的 组 元 。 钛 白 粉 是 颜 料 和 油 漆 的 良 好 原 料 。 碳 化 钛 ，碳 （ 氢 ） 化 钛 是 新 型 硬 质 合 金 材 料 。 氮 化 钛 颜 色 近 于 黄 金 ， 在 装 饰 方 面 应 用广 泛
45、 。 钛 和 钛 的 合 金 大 量 用 于 航 空 工 业 ， 有 “空 间 金 属 “之 称 ； 另 外 ， 在 造 船工 业 、 化 学 工 业 、 制 造 机 械 部 件 、 电 讯 器 材 、 硬 质 合 金 等 方 面 有 着 日 益 广 泛的 应 用 。 此 外 ， 由 于 钛 合 金 还 与 人 体 有 很 好 的 相 容 性 ， 所 以 钛 合 金 还 可 以 作 人 造骨 。 钛 的 抗 腐 蚀 性 硝 酸 锆 与 氢 氧 化 钛锆 是 一 种 应 用 于 原 子 能 工 业 和 在 高 温 高 压 下 用 作 耐 蚀 化 工 材 料 ， 但 在 溶 液中 其 活 泼 性
46、仅 次 于 钠 。 那 么 ， 在 氢 氧 化 钛 溶 液 里 加 入 活 波 的 硝 酸 锆 溶 液 ， 会 发 现 钛 把 硝 酸 锆 拒之 门 外 （ 如 图 ） 。 可 以 看 到 ， 图 中 有 明 显 的 分 层 ， 上 面 是 硝 酸 锆 ， 下 面 是 氢 氧 化 钛 。 我 们 知 道 ， 氢 氧 化 钛 的 密 度 小 于 硝 酸 锆 ， 但 依 然 能 保 持 明 显 的 分 层 ， 并把 硝 酸 锆 停 留 在 上 层 ， 这 证 明 了 钛 的 抗 腐 蚀 性 。 根 据 实 验 ， 钛 放 入 海 底 2050 年 均 不 会 被 腐 蚀 。 编 辑 本 段 辅 助
47、 资 料钛 的 主 要 矿 石 是 金 红 石 TiO2 和 钛 铁 矿 FeTiO3， 它 的 发 现 也 正 是 从 这 两种 矿 石 的 分 析 而 来 。 早 在 1791 年 英 国 英 格 兰 西 南 端 康 沃 尔 （ Cornwall） 郡门 拉 陈 （ Menacan） 教 区 的 牧 师 格 累 高 尔 ， 也 是 一 位 科 学 家 ， 分 析 出 产 在 他教 区 内 的 一 种 黑 色 矿 砂 ， 也 就 是 今 天 成 为 钛 铁 矿 的 矿 石 时 发 现 了 一 种 新 的 金属 物 质 并 命 名 为 menacenite。 三 年 后 ， 1795 年 ，
48、克 拉 普 罗 特 分 析 了 匈 牙 利布 伊 尼 克 （ Boinik） 地 区 出 产 的 金 红 石 ， 认 识 到 它 是 一 种 新 金 属 的 氧 化 物 ，具 有 抵 抗 酸 、 碱 溶 液 的 特 性 ， 借 用 希 腊 神 话 中 大 地 的 第 一 代 儿 子 们 泰 坦 神 族Titans， 命 名 这 个 金 属 为 titanium， 元 素 符 号 定 为 Ti。 两 年 后 ， 克 拉 普 罗特 证 实 格 累 高 尔 发 现 的 menacenite 就 是 钛 。 钛 对 于 酸 、 碱 具 有 较 强 的 耐 腐 蚀 性 ， 已 成 为 化 工 生 产 中
49、 重 要 的 材 料 。 钛 一 般 被 认 为 是 稀 有 金 属 ， 其 实 它 在 地 壳 中 的 含 量 相 当 大 ， 比 一 般 的 常用 的 金 属 锌 、 铜 、 锡 等 都 大 ， 甚 至 比 氯 、 磷 都 大 。 编 辑 本 段 中 国 钛 矿 地 理 分 布我 国 钛 资 源 总 量 9.65 亿 吨 ， 居 世 界 之 首 ， 占 世 界 探 明 储 量 的38.85 ， 主 要 集 中 在 四 川 、 云 南 、 广 东 、 广 西 及 海 南 等 地 ， 其 中 攀 西 是 中国 最 大 的 钛 资 源 基 地 ， 钛 资 源 量 为 8 7 亿 吨 。 中 国 探 明 的 钛 资 源 分 布 在 21 个 省 （ 自 治 区 、 直 辖 市 ） 共 108 个 矿 区（ 图 3.5.1 及 表 3.5.4） 。 主 要 产 区 为 四 川 ， 次 有 河 北 、 海 南 、 广 东 、 湖 北 、广 西 、 云 南 、 陕 西 、 山 西 等 省 （ 区 ） 。 钛 磁 铁 矿 岩 矿 ： 主 要 矿 床 分 布 在 四
