我想知道有关钛的一切

仔细读一读吧

　　1 钛的发现 认识

　　钛是一种银白色的金属，早在1791年，英国科学家威廉姆·格裏戈尔在英国密那汉郊区找到这种神奇的元素时，首先发现了这种新元素。过了4年，德国化学家克拉普洛特又从匈牙利布伊尼克的一种红色矿石中,发现了这种元素，便以希腊神话中的英雄来命名。钛的意思是“地球的儿子”。钛的外形很像钢铁，但远比钢铁坚硬，且体重只有铁的一半。在常温下，钛可以安然无恙地“躺”在各种强酸、强碱中；就连最凶猛的酸------ 王水，也不能腐蚀它。有人曾把一块钛片扔进大海，经过5年以后取出来，仍然闪闪发亮，没有半点锈斑。俗话说:“真金不怕火炼”。可是钛的熔点比黄金还高出600多摄氏度。正因为钛的本领非凡，所以有著广泛用途。现在，钛是制造飞机、坦克、军舰、潜艇不可缺少的金属。在太空船和导弹中，也大量用钛代替 钢铁。钛与氮、碳结合生成的氮化钛、碳化钛，也是非常坚硬的化合物，它们的耐热本领甚至还比钛高1倍。这样坚硬而耐热的材料，可以代替超级钢，制造高速切削刀具。钛的许多特殊性能，还在化工、超声波和超导技 术中得到应用。然而，钛有个最大的缺点，就是提炼比较困难。这主要是因为钛在高温下可以与氧、碳、氮以及其他许多元素化合。所以人们曾把钛当作“稀 有金属”,其实，钛的含量约占地壳重量的6‰，比铜、锡、锰、锌的总和还要多10多倍。在世界上，我国钛的储藏量最多，四川的攀枝花，钛的储藏量占全国90%以上，是世界上罕见的大钛矿。

　　2 钛的介绍（I)
　　钛是一种很特别的金属，质地非常轻盈，却又十分坚韧和耐腐蚀，它不会像银会变黑，在常温下终身保持本身的色调。钛的熔点与铂金相差不多，因此常用于航天.军工精密部件。加上电流和化学处理后，会产生不同的颜色。
　　钛如同它的名字一样是一种具有英雄气概的金属，银亮，轻盈，坚牢。在化学上，大名鼎鼎的强腐蚀剂“王水”能够吞噬白银、黄金，以至把号称“不锈”的不锈钢侵蚀，变得锈迹斑驳，面目全非。然而，“王水”对钛却无可奈何。在“王水”中浸泡了几年的钛，依旧锃亮，光彩照人！有优异的抗酸碱腐蚀性；若把钛加到不锈钢中，只加百分之一左右，就大大提高抗锈本领。常温时钛在空气中稳定；因为钛具有密度小、耐高温、耐腐蚀等优良的特性，钛合金强度高，它密度小，强度大，密度是钢铁的一半而强度和钢铁差不多；钛既耐高温，又耐低温。在-253℃~500℃这样宽的温度范围内都能保持高强度。这些优点正是太空金属所必备的。钛的合金是制做火箭发动机的壳体及人造卫星、宇宙飞船的好材料。钛有“太空金属”之称。由于钛有这些优点，所以50年代以来，一跃成为突出的稀有金属。
　　钛是一种纯性金属，正因为钛金属的“纯”，故物质和它接触的时候，不会产生化学反应。也就是说，因为钛的耐腐蚀性、稳定性高，使它在和人长期接触以后也不影响其本质，所以不会造成人的过敏，它是唯一对人类植物神经和味觉没有任何影响的金属。钛又被人们称为“亲生物金属”。钛在医学上有着独特的用途。在骨头损伤处，用钛片和钛螺丝钉固定好，过几个月，骨头就会长在钛片上和螺丝钉的螺纹里。新的肌肉就包在钛片上，这种“钛骨”就如真的骨头一样，甚至可以用钛制人造骨头来代替人骨治疗骨折。
　　由于钛的以上特性，它特有的银灰色调不论是高抛光.丝光.亚光都有很好的表现，是除贵金属铂，金以外最合适的首饰金属，在国外现代首饰设计中经常使用。但由于钛的加工技术要求很高，用普通设备很难浇铸成型，用普通工具又很难将它焊接起来，所以很难形成生产规模。因此，在国内首饰市场很难见到它的踪影，市场上俗称钛金。
　　钛金属具有未来性的特质，皆能增显气质，同时历久弥新，质地轻盈却格外坚固，是国际上流行的首饰用材。至于款型设计上，极简干净的切割，高度的设计性与低调的前卫风格，备受年轻白领的推崇。

　　2 （II)元素钛 简介应用
　　元素钛是一种过渡金属，在过去很长一段时间内人们一直认为它是一种稀有金属。从20世纪40年代以后，钛及其亿合物被广泛应用于飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、军工、医疗以及石油化工等领域。科学家预言：21世纪金属钛将是冶金工业是最重要产品之一。
　　人类在使用金属的历史进程中，经历了铜、铁、铝之后，第四种将被广泛应用的金属元素是哪一种呢? 这种金属已被科学家预言为钛。这是因为钛具有熔点高、硬度大、可塑性强、密度小、耐腐蚀等优点。
　　钛是1791年被英国牧师格累高尔发现的。1795年马丁，克拉普罗特在分析一种金红石时,认识到这种矿石是一种金属氧化物，并将这种金属命名为钛，由于钛很容易和常见的金属形成合金,在发现后很多年内，许多人企图从它的化合物中将它分离出来,都未获成功，直到1910年才由美国化学家亨特将很纯的TiCl4和金属Na一齐放进耐高压的钢缸中，将缸加热到红热,冷却后,洗去NaCl得到纯度高达99.9％的钛。
　　钛外观似钢，具有银灰光译。钛的强度大，钛合金抗拉强度达180kg/mm3。钛的特性是度小(4.51g/cm3），硬度大，熔点高(1675℃），高纯度钛具有良好的可塑性,但当有杂质存在时变得脆而硬。在室温时钛不与氯气、稀硫酸、稀盐酸和硝酸作用，但能被氢氟酸、磷酸、熔融碱侵蚀。钛很容易溶解于HF+HCl（H2SO4）中，钛最突出的性能是对海水的抗腐蚀性很强,有人将一块钛沉入海底,五年以后取上一看，上面粘附着许多小动物与海底植物，本身却一点也没有被锈蚀,依上亮光闪闪!
　　钛具有超众的性能和储藏量大（在地壳中约占总重量的0.42%,在金属世界里排行第七,含钛的矿物多达70多种、在海水中含量是1ug/L，在海底结核中也含有大量的钛)的特点。目前钛的用途发展很快，已被广泛应用于飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、军工、轻工、化工、纺织、医疗以及石油化工等领域。
　　极细的钛粉，是火箭的好燃料；钛的抗腐蚀能力，比常用的不锈钢强15倍,使用寿命比不锈钢长10倍以上。在电影的底片和正片制作中，需要使用多种强酸强碱等药物,它们对洗印设备腐蚀十分严重，洗印设备中的齿轮最多只能使用几个月，1980年西安电影制片厂试用钛材,结果设备运转一年多时间，齿轮丝毫没有腐蚀。
　　钛在外科医疗手术上的应用，也非常引人入胜。目前，外科接骨是用不锈钢，使用不锈钢有一个缺点，就是接骨愈合之后，要把不锈钢片再取出来，这是件十分痛苦的事。不然,不锈钢会因生锈而对人体产生危害。如果改用钛制的“人造骨胳”将使骨科技术完全改观。在头损坏的地方,用钛片与钛螺丝钉，过了几个月，骨头就会重新生长在钛片的小孔与螺丝里,新的肌肉纤维就包在钛的薄片上，钛骨骼宛如真正的骨骼一样和血肉相联，起到支撑和加固作用,所以,钛被人们赞誉为“亲生物金属”。现在它已开始应用于膝关节、肩关节、肋关节、头盖骨、主动心瓣、骨骼固定夹等方面。
　　在炼钢工业中，少量钛是良好的脱氧、除氮及除硫剂。 二氧比钛是一种宝贵的白色颜料，叫钛白。钛白兼有铅白的掩盖性能和锌白的持久性能，它是世界上最白的物质之一，1克钛白可以把450多平方厘米的面积涂得雪白。特别可贵的是钛白无毒。现在每年用做颜料的二氧化钛有几十万吨。
　　由于二氧化钛具有高熔点的性质，常被用来制造耐火玻璃、釉料、珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。
　　如何开发海水中的铀资源，是个大难题，海水中含有40万吨铀,从1956年起，人们才找到一种最有希望的铀吸附剂—水合二氧化钛，从此研制了一套以二氧化钛为基础的海洋提铀技术，每克吸附剂已达到吸附1毫克铀的水平。
　　四氯化钛在湿空气中会冒出大量白烟。由于它具有这种特性,在军事上常用它作为人造烟雾剂。特别是在海洋上，水汽多，一放四氯化钛，浓烟就象一道白色的长城,挡住了敌人的视线。
　　钛酸钡晶体被广泛应用于超声波仪器和水底探测器中。这是因为具有受压斩改变形状时，会产生电流；一旦通电又会改变形状。把钛酸钡放在超声波中，它受压便会产生电流，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。
　　在用金色装饰工艺品和日用品中，由于它们的硬度低、容易刺破和磨损，不能耐久。当在这些物质的表面镀一层氮化钛时，外观几乎和黄金的镀层一模一样，而比黄金以及硬质合金更耐磨，这种镀层被誉为具有“永不磨损性”。
　　有机钛聚合物，可用作表面活性剂、分散剂、抗水剂或防锈剂。
　　目前人类使用的四个系列的贮氢金属中，钛系是其中一种，也是比较便宜的一种，但目前人类还没有找到更理想的“贮氢金属”，一旦这个问题解决了，人们就可以用氢做燃料。
　　“钛飞机”可以减轻机体重量5吨，多载乘客100多名。在新型喷气发动机中，钛合金已占整个发动机重量的18～25％；在最新出现的超音速飞机上，钛的使用量几乎占到整个机体结构总重量的95％，所以，如果没有钛合金就很难发展目前的超音速飞机。
　　用钛制造的潜艇，不仅比钢制潜艇经久耐用，而且可以潜入更大的深度，钛潜艇可以下潜到4500米以下，这是钢制潜艇无法逾越的界限。用钛制造军舰、轮船，不用涂漆，在海水中航行几年也不会生锈。由于钛不是铁磁体物质，不会被磁水雷发现，这点在军事上特别重要，如果没有钛炼成的耐热钢，目前使用的常规武器步枪和机枪的寿命也只能是最初的4.5秒。
　　利用钛和锆对空气的强大吸收力，可以除去空气，造成真空。用钛锆合金制成的真空泵，可以把空气抽到只剩下十亿分之一。
　　钛铌合金是理想的超导材料。清华大学利用光学干涉原理和离子氮化钛处理制成了画面清晰、层次分明的山川水墨画。
　　在目前使用的最常见的两种不锈钢中，铬镍钛18－8－1型（含铬18%、镍8%、钛1%)是工业上最常用的。
　　碳化钛（TiC）颇象碳化铁，具有金属光泽。可它比碳化铁具有更高的熔点和更高的硬度。所以,它有着实际应用价值。
　　用钛制器皿保存的食物，色、香、味经久不衰；钛制炊具既轻巧,又不会生锈，最合科学卫生。
　　用钛合金制成的高压容器，能够耐受2500个大气压的高压。
　　钛和镍组成的合金，被成为“记忆合金”。这种合金制成预先确定的形状,再经定型处理后,若受外力变形，只要稍微加热便可恢复原来的面貌。这种合金目前已在不少领域得到应用。如美国阿波罗号飞船上用的天线，就是这种记忆合金；上海第一医学院附属第九人民医院已将这种记忆合金用于妇女绝育手术中；另外还可用于仪表、电子装置等领域。
　　现在，对钛的广泛使用最大障碍是钛很难冶炼。因为钛的熔点很高,冶炼钛就要在更高的温度下进行,而在高温下钛的化学性质又变得很活泼，因此冶炼要在惰性气体保护下进行,还要不使用含氧材料，这就对冶炼设备、工艺提出了很高的要求。目前冶炼的钛70%左右用在制造飞机、导弹、宇宙飞船、人造卫星等方面。
　　目前人类对钛的应用仅仅是一个良好的开端，金属钛的前程无量,所以钛被授予“21世纪金属”的称号。
　　小高音头都是用钛做的

　　纯净的钛是银白色的金属。钛的矿物在自然界中分布很广，约占地壳重的0.6%，仅次于铝、铁、钙、钠、钾和镁，而比铜、锡、锰、锌等在地中的含量要多几倍甚至几十倍。钛的熔点为1 725 ℃，它的主要特点是密度小而强度大。和钢相比，它的密度只相当于钢的57%，而强度和硬度与钢相近。和铝相比，铝的密度虽较钛小，但机械强度却很差。因此，钛同时兼有钢(强度高)和铝(质地轻)的优点。纯净的钛有良好的可塑性，它的韧性超过纯铁的2倍，耐热和抗腐蚀性能也很好。

　　由于钛有这些优点，所以20世纪50年代以来，一跃成为突出的稀有金属。钛及其合金，首先用在制造飞机、火箭、导弹、舰艇等方面，目前开始推广用于化工和石油部门。例如，在超音速飞机制造方面，由于这类飞机在高速飞行时，表面温度较高，用铝合金或不锈钢，在这种温度下已失去原有性能，而钛合金在550 ℃以上仍保持良好的机械性能，因此可用于制造超过音速3倍的高速飞机。这种飞机的用钛量要占其结构总重量的95%，故有“钛飞机”之称，目前，全世界约有一半以上的钛，用来制造飞机机体和喷气发动机的重要零件。钛在原子能工业中，用于制造核反应堆的主要零件。在化学工业中，钛主要用于制造各种容器、反应器、热交换器、管道、泵和阀等。若把钛加到不锈钢中，只加百分之一左右，就大大提高抗锈本领。

　　钛还能形成许多化合物，它们也有各种各样特殊的性能和用途，如二氧化钛，是雪白的粉末，它是最好的白色颜料，俗称“钛白”1 g二氧化钛就可以把450多平方厘米的面积涂得雪白。世界上用做白色颜料的二氧化钛，一年多到几十万吨。如把二氧化钛加在纸里，可使纸变白并且不透明，因此制造钞票和美术品用的纸，有时就要添加二氧化钛，此外，为使塑料的颜色变浅，使人造丝光泽柔和，有时也要添加二氧化钛。二氧化钛被誉为世界上最白的东西。

　　自然界中的钛大部分处于分散状态，主要形成矿物钛铁矿FeTiO3和金红石TiO2及钒钛铁矿等。我国四川攀枝花地区有极丰富的钒钛铁矿，储量约15亿吨。

　　另外钛在医学上有着独特的用途，可用它代替损坏的骨头，而被称为“亲生物金属”。
　　3
　　那么，钛是怎样被发现的呢?1791年，英国科学家格里戈尔在密那汉郊区找到一种矿石——黑色磁性砂，通过对这种矿石的研究，他认为矿石中有一种新的化学元素。并用发现矿石的地点“密那汉”命名这个新元素。

　　过了四年，德国化学家克拉普洛特从匈牙利布伊尼克的一种红色矿石中，发现了这种新元素，他用希腊神话中“太旦”族的名字来命名(中文按它原文名称的译音，定名为钛)。克拉普洛特还特地指出，格里戈尔所发现的新元素“密那汉”就是钛，但在当时找到的，实际上都是粉末状的二氧化钛而不是金属钛。直到1910年，美国化学家罕德尔才第一次制得纯度达99.9%的金属钛，但总共不到1 g。从发现钛到制得金属钛，前后经历了120年，到1947年，人们才开始在工厂里炼钛，当时的年产量只有2吨。到了1955年，产量激增到2万吨。到1972年，年产量达到20万吨。
　　钛的用途越来越广，日益受到人们的重视，人们称它为未来的钢铁、21世纪的金属。

　　4 钛的遐想

　　在炼钢工业中，少量钛是良好的脱氧、除氮及除硫剂。 二氧比钛是一种宝贵的白色颜料，叫钛白。钛白兼有铅白的掩盖性能和锌白的持久性能，它是世界上最白的物质之一，1克钛白可以把450多平方厘米的面积涂得雪白。特别可贵的是钛白无毒。现在每年用做颜料的二氧化钛有几十万吨。
　　由于二氧化钛具有高熔点的性质，常被用来制造耐火玻璃、釉料、珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。
　　如何开发海水中的铀资源，是个大难题，海水中含有40万吨铀,从1956年起，人们才找到一种最有希望的铀吸附剂—水合二氧化钛，从此研制了一套以二氧化钛为基础的海洋提铀技术，每克吸附剂已达到吸附1毫克铀的水平。
　　四氯化钛在湿空气中会冒出大量白烟。由于它具有这种特性,在军事上常用它作为人造烟雾剂。特别是在海洋上，水汽多，一放四氯化钛，浓烟就象一道白色的长城,挡住了敌人的视线。
　　钛酸钡晶体被广泛应用于超声波仪器和水底探测器中。这是因为具有受压斩改变形状时，会产生电流；一旦通电又会改变形状。把钛酸钡放在超声波中，它受压便会产生电流，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。
　　在用金色装饰工艺品和日用品中，由于它们的硬度低、容易刺破和磨损，不能耐久。当在这些物质的表面镀一层氮化钛时，外观几乎和黄金的镀层一模一样，而比黄金以及硬质合金更耐磨，这种镀层被誉为具有“永不磨损性”。
　　有机钛聚合物，可用作表面活性剂、分散剂、抗水剂或防锈剂。
　　目前人类使用的四个系列的贮氢金属中，钛系是其中一种，也是比较便宜的一种，但目前人类还没有找到更理想的“贮氢金属”，一旦这个问题解决了，人们就可以用氢做燃料。
　　“钛飞机”可以减轻机体重量5吨，多载乘客100多名。在新型喷气发动机中，钛合金已占整个发动机重量的18～25％；在最新出现的超音速飞机上，钛的使用量几乎占到整个机体结构总重量的95％，所以，如果没有钛合金就很难发展目前的超音速飞机。
　　用钛制造的潜艇，不仅比钢制潜艇经久耐用，而且可以潜入更大的深度，钛潜艇可以下潜到4500米以下，这是钢制潜艇无法逾越的界限。用钛制造军舰、轮船，不用涂漆，在海水中航行几年也不会生锈。由于钛不是铁磁体物质，不会被磁水雷发现，这点在军事上特别重要，如果没有钛炼成的耐热钢，目前使用的常规武器步枪和机枪的寿命也只能是最初的4.5秒。
　　利用钛和锆对空气的强大吸收力，可以除去空气，造成真空。用钛锆合金制成的真空泵，可以把空气抽到只剩下十亿分之一。
　　钛铌合金是理想的超导材料。清华大学利用光学干涉原理和离子氮化钛处理制成了画面清晰、层次分明的山川水墨画。
　　在目前使用的最常见的两种不锈钢中，铬镍钛18－8－1型（含铬18%、镍8%、钛1%)是工业上最常用的。
　　碳化钛（TiC）颇象碳化铁，具有金属光泽。可它比碳化铁具有更高的熔点和更高的硬度。所以,它有着实际应用价值。
　　用钛制器皿保存的食物，色、香、味经久不衰；钛制炊具既轻巧,又不会生锈，最合科学卫生。
　　用钛合金制成的高压容器，能够耐受2500个大气压的高压。
　　钛和镍组成的合金，被成为“记忆合金”。这种合金制成预先确定的形状,再经定型处理后,若受外力变形，只要稍微加热便可恢复原来的面貌。这种合金目前已在不少领域得到应用。如美国阿波罗号飞船上用的天线，就是这种记忆合金；上海第一医学院附属第九人民医院已将这种记忆合金用于妇女绝育手术中；另外还可用于仪表、电子装置等领域。
　　现在，对钛的广泛使用最大障碍是钛很难冶炼。因为钛的熔点很高,冶炼钛就要在更高的温度下进行,而在高温下钛的化学性质又变得很活泼，因此冶炼要在惰性气体保护下进行,还要不使用含氧材料，这就对冶炼设备、工艺提出了很高的要求。目前冶炼的钛70%左右用在制造飞机、导弹、宇宙飞船、人造卫星等方面。
　　目前人类对钛的应用仅仅是一个良好的开端，金属钛的前程无量,所以钛被授予“21世纪金属”的称号。我想知道