Использование и применение титана

Цепочку титановой промышленности можно разделить на следующие четыре части:

1 Первичное обогащение титановых руд, рутила и др. и получение более высококачественных концентратов физическими методами.

2 Диоксид титана высокой чистоты получают путем переработки и очистки концентратов и используют в промышленности диоксида титана.

Из тетраоксида титана получают трихлорид титана путем окисления, восстановления и других процессов с получением губчатого титана.

4. Литье титановой губки для получения плотной кристаллической структуры титановых слитков, используемых в производстве титана и титановых сплавов.

Титановая губка

Титановая губка

Под губчатым титаном подразумевается восстановление тетрахлорида титана магнием или натрием с получением губчатого титана с чистотой 98,5%-99,7%. Это важнейшее сырье в производстве титановой промышленности. Титановая губка - это процесс производства первичных продуктов из металлического титана, при котором после дальнейшей отливки необходимо получить титановый слиток из промышленного чистого титана, который можно переработать в соответствующий титан или титановый сплав.

Получение губчатого титана: в основном метод термического восстановления магния (метод Кролла), метод восстановления натрия (метод Ханта) и электролиз расплавленных солей. Преимущество метода восстановления магния заключается в том, что магний можно перерабатывать. Для сравнения, качество продукции лучше, а содержание металлических примесей ниже, но производственная мощность одной печи меньше, а потребление натрия больше. А электролиз расплавленной соли все еще находится на полупромышленной экспериментальной стадии.

Диоксид титана и его применение.

Диоксид титана

Диоксид титана, с научной точки зрения известный как диоксид титана (TiO2), представляет собой очень стабильный оксид с превосходными оптическими и пигментными свойствами, в основном используемый в качестве белых неорганических пигментов. Он нетоксичен, обладает лучшей кроющей способностью, лучшей белизной и яркостью и считается белым пигментом с лучшими характеристиками в мире, который широко используется в промышленности покрытий, пластмасс, производства бумаги, печатных красок, химическое волокно, резина, косметика и так далее.

Области применения диоксида титана в Китае Распределение применения диоксида титана в мире

Промышленные методы производства серной кислоты и хлорирования диоксида титана: технология производства серной кислоты является зрелой, простое оборудование, но недостатком является то, что производственный процесс и загрязнение окружающей среды являются серьезными; Технология хлорирования передовая, большая производственная мощность, высокое качество продукции, белизна и диапазон распределения частиц по размерам узкий. При этом хлор тоже можно перерабатывать, недостатком является то, что требования к сырью слишком жесткие, сырьем должен быть природный или синтетический рутил и титановый шлак с содержанием TiO2 90%-95%.

Сернокислотный процесс производства диоксида титана

Процесс сернокислотного производства диоксида титана

Процесс производства диоксида титана методом хлорирования

Процесс производства диоксида титана методом хлорирования

Диоксид титана имеет три типа кристаллов: рутил, анатаз и пластинчатые. Пластинчатый титановый тип не может быть использован в качестве пигмента в промышленности, основными используемыми пигментами являются анатаз и рутиловый диоксид титана.

Рутиловый диоксид титана обладает такими преимуществами, как высокая чистота, мелкие и однородные частицы, хорошие оптические свойства, сильная преломляющая способность, высокая ахроматическая сила, сильная укрывистость, низкое маслопоглощение, водная дисперсия и т. д. Он в основном используется в промышленности по нанесению покрытий, печатная краска, химическое волокно, резина, стекло, косметика, мыло, пластмассы и производство бумаги. Рутиловый диоксид титана не только обладает преимуществами диоксида титана в анатазе, но также обладает лучшей устойчивостью к атмосферным воздействиям и укрывистостью, в основном используется в высококачественных промышленных красках, глянцевых латексных красках, пластмассах, высокой красящей способности и быстрой потребности в резиновых материалах, улучшенном покрытии бумаги. По характеристикам пигмента рутиловый диоксид титана превосходит анатазный диоксид титана, рутиловый диоксид титана на поверхности продукта для обработки покрытия в течение большей части 2010 года в Китае. В 2010 году общее количество рутилового диоксида титана в Китае составляло 57%, что намного ниже мирового уровня в 90%. В будущем доля рутилового диоксида титана в Китае еще имеет возможности для улучшения.

В настоящее время индустрия диоксида титана переживает три основных изменения: (1) рост производства диоксида титана в мире относительно медленный, в то время как в Азиатско-Тихоокеанском регионе, особенно в Китае, рост производства диоксида титана происходит быстрее, мировая промышленность диоксида титана в Азии -Тихоокеанский регион, особенно передача тенденции в Китае очевидна; (2) в связи с повышением производительности диоксида титана, чтобы выдвинуть более высокий спрос, процесс нанесения покрытия диоксидом титана стал важным средством всех видов специальных типов диоксида титана, промышленность диоксида титана постоянно развивается от обычных товаров к обычным продукты. Специальные продукты (3) только что были выпущены на рынок; Диоксид титана делится на два типа: анатаз и рутил. Диоксид титана в анатазе по-прежнему занимает часть рынка из-за его более высокой цены, но показатели отрасли с рутиловым диоксидом титана как тенденция будущего развития по-прежнему превосходны. В структуре продукции диоксида титана в Китае доля рутилового диоксида титана увеличивается, составляя около 57%, но все еще намного ниже доли 90% в мире. Структура продукции диоксида титана в Китае активно развивается в направлении рутилового диоксида титана. Таким образом, индустрия диоксида титана в Китае, особенно перспективы специального рутила диоксида титана, по-прежнему оптимистичны.

Применение титана и титановых сплавов

Титан - важная металлическая структура, разработанная в 1950-х годах. Широко используются титановые сплавы с низкой плотностью, высокой удельной прочностью, хорошей коррозионной стойкостью, низкой теплопроводностью, нетоксичные и немагнитные, свариваемые, биосовместимые, для украшения поверхности и т. д. в авиации, аэрокосмической, химической промышленности, нефти, электроэнергетике, здравоохранении, строительстве, производстве спортивных товаров и других областях. Многие страны мира признали важность материалов из титановых сплавов, провели исследования и разработки и применили их на практике.

Области применения титана и титановых сплавов

В 2011 году доля мирового потребления коммерческой авиации достигла 46%, доля защитного титана — 9% (в основном военная авиация), доля потребления титана в авиационной сфере — более 50%; доля промышленного потребления титана составляет 43%, а доля потребления титана на развивающихся рынках — 2%.

Существуют очевидные различия в структуре регионального спроса на титановую продукцию.

В региональной структуре спроса на титановую продукцию существуют очевидные различия. В США и Европейском Союзе, особенно в США, спрос аэрокосмической и оборонной промышленности на титановую продукцию составляет около 50% в аэрокосмической и оборонной промышленности. В Японии преобладает спрос на промышленный титан химической промышленности. По данным Японской титановой ассоциации, на аэрокосмическую отрасль приходится лишь 2-3% спроса на титан в Японии. Как и в Японии, большая часть спроса на титановую продукцию приходится на химический и энергетический секторы, причем на аэрокосмическую отрасль приходится лишь 10%. Хотя Китай стал одним из крупнейших в мире производителей и потребителей титана, большая часть производства ограничивается более низкими сортами титана для использования в рамах, клюшках для гольфа или коррозионностойких трубах для самой химической промышленности. Однако в последние годы количество титана, используемого в аэрокосмической отрасли Азии, резко возросло, поэтому очевидно, что рынок титана ждет более светлое будущее.

Структура мирового потребления титана Структура потребления титана в Китае

Аэрокосмическая промышленность

В аэрокосмической области титан сконцентрирован в западных странах, особенно в США, 60% титановых материалов используется в этой области. Среди азиатских стран Япония и Китай инвестируют около 10% в титановую отрасль. Однако в последние годы, с бурным развитием азиатской аэрокосмической промышленности, потребление титана в аэрокосмической сфере будет увеличиваться. Во всем мире аэрокосмическая отрасль занимает ключевую позицию на рынке титана, и исторически изменения в титановой отрасли были тесно связаны с аэрокосмической отраслью.

Экономический рост добавляет новый высокий спрос, мировое производство титана достигло 14,8 миллионов тонн в 2011 году, из которых около 6,4 миллиона тонн титана коммерческой авиации, будущий спрос на глобальный воздушный транспорт по-прежнему огромен, ожидается, что в ближайшие 20 лет спрос на новых самолетов составляет около 3 миллионов, в то же время новые самолеты требуют титана для старых самолетов, ожидается, что в течение 20 лет средний спрос на титан в коммерческих самолетах составит 40 тонн / кадр. Прогнозируется, что в ближайшие 20 лет мировой спрос на титановые материалы для коммерческой авиации составит около 120 миллионов тонн, при совокупном годовом темпе роста около 17% и среднегодовой потребности в титановых материалах в 6 миллионов тонн. область титановых материалов гражданской авиации будет демонстрировать быстрый рост. Область военной авиации также предоставит новые возможности; Из-за глобальной геополитической напряженности и увеличения мировых военных расходов ожидается, что в области военной авиации также появится новый спрос.

Гражданские самолеты

Основные области применения титанового сплава в авиации следующие:

(1) Уменьшение веса конструкции и повышение эффективности конструкции: характеристики передовых тактических технологий (например, сверхзвуковые самолеты) в отношении требований к весовому коэффициенту конструкции самолета относительно низкие (т. Е.: конструкционный вес фюзеляжа / взлетный вес обычного самолета)), и титановый сплав имеет прочность, близкую к характеристикам прочной стали, но небольшую плотность вместо конструкционной стали и жаропрочных сплавов, что значительно снижает вес конструкции, а также экономит средства; в качестве примера возьмем двигатель. Статистика показывает, что качество авиационного двигателя снижается на один килограмм на каждый килограмм, а стоимость использования может быть снижена примерно на 220-440 долларов США.

(2) с использованием требований к высокотемпературным деталям: титановый сплав обладает хорошей термостойкостью, например, Ti-6Al-4V для длительной работы при температуре 350 градусов, поэтому в плоскости высокотемпературные детали (такие как задняя часть фюзеляжа и т. д.) могут быть заменой высокотемпературных характеристик, не соответствуют требованиям алюминиевого сплава TC11, могут составлять 500 градусов для длительной работы, в деталях двигателя, находящихся под давлением, могут быть заменитель жаропрочных сплавов и нержавеющей стали.

(3) для удовлетворения требований соответствия композитной конструкции: чтобы уменьшить вес и удовлетворить требования к малозаметности, в современных самолетах используется большое количество композитных материалов, прочность и жесткость титанового сплава и композитного материала лучше совпадают, вы можете получить хорошее эффект снижения веса. В то же время из-за более близкого потенциала вызвать коррозию гальванической муфты непросто, поэтому соответствующие части конструктивных элементов и крепежных изделий пригодны для использования из титанового сплава.

(4) Соответствие требованиям высокой коррозионной стойкости и длительного срока службы: титановый сплав обладает высокой усталостной долговечностью и отличной коррозионной стойкостью, что может улучшить коррозионную стойкость и срок службы конструкции, а также соответствовать требованиям высокой надежности и длительного срока службы современной авиации. срок службы двигателя.

Военный самолет

Разработка и закупки боевого вооружения и дальше будут развиваться в направлении легкого и гибкого, для удовлетворения требований по боевым характеристикам истребительной авиации, помимо использования передовых технологий проектирования, необходимо также использовать большое количество материалов с отличными характеристиками, а также передовых технологий и технологий производства. . Большое количество титановых сплавов, повышение уровня применения передовых титановых сплавов является одной из важных мер. с 1960-х годов количество титана, используемого в иностранных военных самолетах, увеличивалось из года в год, а количество титановых сплавов в различных типах перспективных военных истребителей и бомбардировщиков конструкции Европы и США стабилизировалось выше 20%, а количество доля титановых сплавов, используемых в новых моделях, стабилизировалась на уровне выше 20%. Потребление значительно выросло.

Автомобильная индустрия

Снижение расхода топлива и снижение выбросов вредных отходов (CO2, NOX и др.) стали одной из основных движущих сил и направлений технического прогресса в автомобильной промышленности. Исследования показывают, что облегчение — эффективная мера по экономии топлива и снижению загрязнения. При уменьшении массы автомобиля на 10 % расход топлива можно снизить на 8 %-10 %, а выбросы выхлопных газов — на 10 %. При вождении улучшаются характеристики ускорения автомобиля, а также улучшаются устойчивость, шум и вибрация автомобиля. Из соображений безопасности при столкновении, когда вес автомобиля мал, инерция мала, а тормозной путь сокращается.

Легкие материалы, такие как алюминий, магний, титан и другие альтернативные материалы, такие как алюминий, магний, титан и т. д., являются предпочтительным методом облегчения. В 2009 году мировое использование титана в автомобилестроении достигло 3000 тонн. Использование титана в автомобилях имеет многолетнюю историю, в настоящее время почти все автомобили используют титан, японские автомобили с титаном имеют более 600 тонн, с развитием мировой автомобильной промышленности количество автомобилей с титаном по-прежнему быстро растет.

Преимуществами использования титана являются: снижение веса, снижение расхода топлива; повысить эффективность передачи энергии, снизить шум; уменьшить вибрацию, уменьшить нагрузку; повысить долговечность автомобиля и защиту окружающей среды.

Медицинская промышленность

Титановые винты для сращивания Титан имеет широкий спектр применения в медицинской сфере. Титан близок к костям человека, биосовместим и не оказывает побочного токсического воздействия на организм человека. Человеческий имплантат – это особый функциональный материал, тесно связанный с жизнью и здоровьем человека. По сравнению с другими металлическими материалами использование титана и титановых сплавов имеет следующие преимущества: 1. легкий вес; низкий модуль упругости; 3. немагнитный; 4. нетоксичный; 5. коррозионная стойкость; 6. Высокая прочность и ударная вязкость. Использование титановых сплавов в хирургических имплантатах растет со скоростью 5-7% в год. В организм человека будут пересажены бедренная кость, тазобедренные суставы, плечевая кость, череп, коленные суставы, локтевые суставы, плечевые суставы, пястно-фаланговые суставы, челюсти и клапаны сердца, дифференцировочные мембраны почек, сосудорасширяющие средства, шины, протезы, стягивающие винты. сотни металлических деталей, добились хороших результатов и получили высокую оценку в медицинском сообществе.

Химическая индустрия

Титан обладает превосходной коррозионной стойкостью, механическими свойствами и технологическими характеристиками, широко используется во многих отраслях народного хозяйства. Особенно в химическом производстве титан вместо нержавеющей стали, сплавов на основе никеля и других редких металлов в качестве коррозионностойких материалов. Это очень важно для увеличения производства, улучшения качества продукции, продления срока службы оборудования, снижения расхода, снижения энергопотребления, снижения затрат, предотвращения загрязнения, улучшения условий труда, повышения производительности труда.

Титан стал одним из основных антикоррозионных материалов в химическом оборудовании и доказал свою коррозионную стойкость на химических предприятиях. Титан как идеальный материал в химическом оборудовании, но также все больше и больше внимания со стороны инженеров и техников.

После многих лет продвижения титан и его сплавы как превосходные коррозионностойкие материалы нашли широкое применение в химическом производстве. Применение титанового оборудования было расширено от производства исходной кальцинированной соды, каустической соды до хлората, хлорида аммония, мочевины, органического синтеза, красителей, неорганических солей, пестицидов, синтетических волокон, удобрений, тонкой химической промышленности и т. д., а также типов оборудования были разработаны от маленького и одиночного до большого и разнообразного.

Результаты опроса показывают, что на титановые теплообменники приходилось 57%, на титановые аноды — 20%, на титановые контейнеры — 16%, а на другие — 7%. В химической промышленности с «двумя базами» наибольшее количество титановых теплообменников в химическом оборудовании.

В последние годы технология производства титановых материалов в Китае быстро развивалась: аэрокосмический титан, военный титан, титан для транспортных средств и другие очень быстрые темпы роста, особенно в области аэрокосмической промышленности, существует тенденция догонять химическую промышленность. . В целом, химическая промышленность с содержанием титановой технологии представляет собой небольшую продукцию с низкой добавленной стоимостью, доля химической промышленности с титаном будет постепенно снижаться.

Морская техника

С развитием науки и техники и растущим истощением земельных ресурсов на повестку дня были поставлены вопросы развития человека и использования океана. Титан обладает превосходной стойкостью к коррозии в морской воде, широко используется в опреснении морской воды, на судах, в разработке тепловой энергии океана, в добыче ресурсов морского дна и в других областях.

Ледокол еще в 1960-х годах Китай начал изучать применение титана и титановых сплавов в судах и морской инженерной технике и проделал большую работу, в основном сформировал ряд марок, различных свойств, полные спецификации титановых сплавов для корабли. Система. Благодаря своим характеристикам титан и титановые сплавы сами по себе обладают уникальными преимуществами при применении на кораблях и морской технике, они широко используются в атомных подводных лодках, подводных лодках, атомных ледоколах, судах на подводных крыльях, судах на воздушной подушке, тральщиках и гребных винтах, морской воде, конденсаторах, теплообменниках и скоро.

В настоящее время в Китае использование титана в судах очень незначительно и составляет менее 1% от общего веса корабля.

Титан и титановые сплавы в области кораблестроения и морской инженерной техники имеют большой потенциал развития. А на опреснительных и береговых электростанциях, поскольку в настоящее время спрос на рынке опреснительных и прибрежных электростанций в Китае огромен, для дальнейшего снижения стоимости титанового сплава и повышения стабильности качества продукции перспективы применения рынка титановых сплавов будут очень широкими. . Очень широкий.

Ежедневная жизнь

Титан очень широко используется в повседневной жизни, можно сказать, что он повсюду, например, в головках для гольфа, велосипедных рамах, теннисных ракетках, инвалидных колясках, оправах для очков и т. д., которые будут применяться к титану.

Основываясь на характеристиках легкого и высокопрочного титана, используемого в спорте, начиная с самой ранней теннисной ракетки, ракетки для бадминтона постепенно распространились на клюшки для гольфа и гонки на спортивных автомобилях. В 2008 году потребление спорта в Китае составило 13% от общего потребления титана, только количество титана, используемого в клюшках для гольфа и валах, превысило 1,000 тонны. Велосипедные рамы из титана также очень популярны, существует около 50 компаний, производящих титановые велосипеды, США являются крупнейшим производителем и потребителем титановых велосипедов. Легкие свойства титана используются в оправах для очков, титан также не вызывает аллергии на кожу, а поверхность титана после анодной обработки может иметь красочный эффект, поэтому его используют в оправах с 1980-х годов.