鈦金屬

鈦是銀白色金屬，其密度（4.506g/cm³)約為鐵的一半，但它具有很高的機械強度（接近於鋼）。 ^[1] 

在室温下，鈦對空氣和水是十分穩定的。它能緩慢地溶解在濃鹽酸或熱的稀鹽酸中，生成Ti³⁺。熱的濃硝酸與鈦作用也很緩慢，最終生成不溶性二氧化鈦的水合物TiO₂^.nH₂O。在高温下，鈦能與許多非金屬反應，如與氧、氯作用分別生成TiO₂和TiCl₄。在高温下，鈦也能與水蒸氣反應，生成TiO₂和H₂，鈦能與許多金屬形成合金。 ^[1]  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。

鈦的比重僅是鐵的1/2，卻像銅一樣經得起錘擊和拉延。

在超低温世界裏，鈦會變得更為堅硬，並有超導體的性能，鋼則變得脆弱無能。

鈦有很強的耐酸鹼腐蝕能力，在海水中浸5年不鏽蝕，鋼鐵在海水中則會腐蝕變質。用鈦合金為船隻製造外殼，海水無法腐蝕它。用鈦合金製成的“鈦潛艇”，可潛入4500米的深度，一般鋼鐵潛艇在超過300米就容易被水壓壓壞。

在航天事業中，鈦可製成飛船的“外衣”，防高温的侵襲。

鈦和鎳組成的合金，被成為“記憶合金”。這種合金製成預先確定的形狀,再經定型處理後,若受外力變形，只要稍微加熱便可恢復原來的面貌。這種合金已在不少領域得到應用。如美國阿波羅號飛船上用的天線，就是這種記憶合金；上海第一醫學院附屬第九人民醫院已將這種記憶合金用於婦女絕育手術中；另外還可用於儀表、電子裝置等領域。

碳化鈦（TiC）頗象碳化鐵，具有金屬光澤。可它比碳化鐵具有更高的熔點和更高的硬度。所以,它有着實際應用價值。

用鈦制器皿保存食物，器皿不會被腐蝕產生離子，食物能保持原有風味；鈦制炊具既輕巧又強度高,還不會生鏽，最合科學衞生。

鈦在外科醫療手術上的應用，也非常引人入勝。不鏽鋼，使用不鏽鋼有一個缺點，就是接骨癒合之後，要把不鏽鋼片再取出來，這是件十分痛苦的事。不然,不鏽鋼會因生鏽而對人體產生危害。如果改用鈦制的“人造骨胳”將使骨科技術完全改觀。在頭損壞的地方,用鈦片與鈦螺絲釘，過了幾個月，骨頭就會重新生長在鈦片的小孔與螺絲裏,新的肌肉纖維就包在鈦的薄片上，鈦骨骼宛如真正的骨骼一樣和血肉相聯，起到支撐和加固作用,所以,鈦被人們讚譽為“親生物金屬”。它已開始應用於膝關節、肩關節、肋關節、頭蓋骨、主動心瓣、骨骼固定夾等方面。

在鍊鋼工業中，少量鈦是良好的脱氧、除氮及除硫劑。

鈦酸鋇晶體被廣泛應用於超聲波儀器和水底探測器中。這是因為具有受壓斬改變形狀時，會產生電流；一旦通電又會改變形狀。把鈦酸鋇放在超聲波中，它受壓便會產生電流，由它所產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，則可以產生超聲波。

在用金色裝飾工藝品和日用品中，由於它們的硬度低、容易刺破和磨損，不能耐久。當在這些物質的表面鍍一層氮化鈦時，外觀幾乎和黃金的鍍層一模一樣，而比黃金以及硬質合金更耐磨，這種鍍層被譽為具有“永不磨損性”。

有機鈦聚合物，可用作表面活性劑、分散劑、抗水劑或防鏽劑。

人類使用的四個系列的貯氫金屬中，鈦系是其中一種，也是比較便宜的一種，但人類還沒有找到更理想的“貯氫金屬”，一旦這個問題解決了，人們就可以用氫做燃料。

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。主要產區為四川，次有河北、海南、廣東、湖北、廣西、雲南、陝西、山西等省（區）。

主要礦牀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；黑龍江省的呼瑪；北京市昌平的上莊和懷柔的新地。其中四川省表內儲量（TiO₂ 44256.32萬噸）佔全國同類儲量（TiO₂ 46522.83萬噸）的95.1%，河北省（TiO₂ 1544.46萬噸）佔3.3%，陝西省佔0.46%，山西省佔0.35%。

主要礦牀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；山東省萊西縣的劉家莊。其中湖北省金紅石（TiO₂）表內儲量（534.43萬噸）佔全國同類儲量（750.86萬噸）的71.2%，山西省（154.79萬噸）佔20.6%，陝西省（44.4萬噸）佔5.9%。

截至1995年底，世界金紅石（包括鋭鈦礦）儲量和儲量基礎分別為3330萬噸和16440萬噸，資源總量約2.3億噸（TiO₂含量，下同），主要集中在南非、印度、斯里蘭卡、澳大利亞。世界鈦鐵礦（TiO₂）儲量和儲量基礎分別為2.743億噸和4.353億噸，資源總量約10億噸；主要集中在南非、挪威、澳大利亞、加拿大和印度。 ^[2] 

截至1996年底中國保有原生鈦（磁）鐵礦（折TiO₂）儲量35704.09萬噸（其中A+B+C級23191.50萬噸）；鈦鐵礦（砂礦）礦物儲量3803.19萬噸（其中A+B+C級2147.17萬噸）；金紅石礦物儲量256.86萬噸（其中A+B+C級73.73萬噸)；金紅石TiO₂儲量750.86萬噸（其中A+B+C級242.43萬噸）。

若將中國1996年保有鈦鐵礦砂礦的A+B+C級礦物儲量2147.17萬噸按含TiO₂48%折算，則其TiO₂儲量為1030.64萬噸，僅佔同年世界鈦鐵礦(TiO₂)27000萬噸的3.83%；若再將其與原生鈦磁鐵礦巖礦（TiO₂）的A+B+C級儲量（23 191.50萬噸）中可利用的約佔50%以粒狀鈦鐵礦產出的（TiO₂）儲量11595.75萬噸相加，其TiO₂總儲量為12626.6萬噸，則佔同年世界鈦鐵礦（TiO₂）儲量27000萬t的47.76%，從這個意義上説，我國可稱為世界鈦鐵礦資源最豐富的國家。

若將中國1996年保有金紅石礦物的A+B+C級儲量73.73萬噸按含TiO2 94%折算成TiO₂儲量為69.31萬噸，再加上同年金紅石（TiO₂）的A+B+C級儲量242.43萬噸，合計為311.74萬噸，則佔同年世界金紅石（TiO₂）儲量3330萬噸的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：鈦在高温下性質十分活潑，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制取二氧化鈦，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 ^[3] 

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（綠礬）作為副產品結晶析出。

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

工業上制金屬鈦採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。 ^[4] 

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=2MgCl₂+Ti

這種海綿鈦經過粉碎、放入真空電弧爐裏熔鍊，最後製成各種鈦材。

1、航空、 航天方面的應用

鈦的密度小， 又具有高的熱強性和持久強度和良好的耐腐蝕性， 鈦及其合金的強度與鋼材的強度相當， 但重量卻是鋼材的 57%， 因此用鈦合金常應用於航空、 航天方面。 ^[5] 

2、醫療領域的應用

鈦金屬在醫療領域的使用也是比較廣泛的。第一， 大量用於牙齒修復和再造中。 第二， 還可以應用在人體骨骼、 組織移植和再造中。制人造髖關節、膝關節、肩關節、脅關節、頭蓋骨，主動心瓣、骨骼固定夾。 ^[5] 

3、工業生產方面的應用

由於鈦在酸、 鹼、 煙介質中具有非常的耐腐蝕，因此呈現較好的穩定性的特點中。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。但在常温下，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，一般金屬在酸的溶液中變得千瘡百孔而鈦卻安然無恙。 比如， 在氯鹼工業中，廣泛使用鈦金屬作為金屬陽極和鈦制濕氯氣冷卻器， 收到了很好的經濟效果， 可以説是一場氯鹼工業的大革命。 ^[5] 

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，是優良的白色顏料，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；在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。化學工業日益發展，二氧化鈦及鈦系化合物作為精細化工產品，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，有制激性氣味。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”，其晶體受壓會產生電流，一通電，又會改變形狀。人們把它置於超聲波中，它受壓便產生電流，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。隨着鈦酸鹽的開發利用，它愈來愈廣泛地用來製造非線性元件、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闊的應用前景。

材質：典化鈦，工業純鈦， α 型鈦， β 型鈦， α +β型鈦

類型包括有鈦絲、鈦網、鈦管、鈦片、鈦箔。

鈦網：應用於一些儀器以及裝置，起過濾作用。

鈦絲：除了工業上的應用，高級鈦絲還應用於一些植入和美容手術。

鈦管：應用於工業、機械上。

鈦片：應用於骨骼上的植入，外科接骨手術與生物植入公司。

鈦箔：應用同上，鈦箔是更薄的鈦片，厚度在0.1mm以下。

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，生產成本之高，使應用受到限制。

據相關統計數據，2012年我國化工行業用鈦量達2.5萬噸，比2011年有所減少。這是自2009年以來，我國化工用鈦市場首次出現負增長。近些年來，化工行業一直是鈦加工材最大的用户，其用量在鈦材總用量的佔比一直保持在50%以上，2011年佔比高達55%。但隨着經濟陷入低迷期，化工行業不但新建項目明顯減少，同時還將面臨產業結構調整，部分產品新建產能受到控制，落後產能也將逐步淘汰的境地。受此影響，其對鈦加工材用量的萎縮也變得順理成章。在此之前，便有業內人士預測化工行業用鈦量在2013~2015年間達到峯值。以當前市場表現看來，2012年整體經濟的疲軟有可能使得化工用鈦的衰退期提前。

隨着上述政策以及國家相關環保、產業政策落地和市場的推動，我國鈦白粉行業將經歷去產能化過程，催生行業升級，提高氯化法鈦白粉比例，提升行業集中度。未來5年，我國鈦白粉行業將迎來大範圍重組、整合。近期中核鈦白、金浦鈦業的收購行為和意向預示着鈦白粉行業整合大幕已經開啓。