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未来的钢铁:钛

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  钛,元素符号为Ti。在人类已发现的一百余种元素中,有八十多种是金属元素。在有色金属中,钛归属于稀有高熔点金属之中。

钛在地壳里的储藏量非常丰富、据科学家们测定、推算和估计,其含量是地壳质量的千分之四还要多一点,世界储量约34亿吨,在所有元素中含量居第10位(氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢、钛)。钛的分布很广,在矿石、砂粒、粘土、煤、石油、植物、天然水中都有;陨石也含有钛,说明地球以外的天体里也有钛。看来钛含量多、分布广,所以,人们就称它为“不稀有”的稀有金属。

1791年,英国分析化学家、康瓦尔郡默纳陈教会的牧师格列高尔(1762~1817)发现了钛。一次,他对英国默纳陈河谷中所产的一种黑色磁性矿砂进行研究,发现其中含有棕红色的矿渣粉末(不纯的二氧化钛)。他发生了极大的兴趣,并进行了研究。研究结果撰成论文,但是,在当时未引起人们的重视。1795年,德国矿物学家和分析化学家克拉普罗特在分析匈牙利布伊尼克地区产的红色金红石时,发现外表很象默纳陈矿,在做对比研究之后,知道两者的主要成分相似,只是默纳陈矿含有铁。克拉普罗特确信这是一种新金属的氧化物,并好奇地给这种新元素取名叫“Titanium”(钛),这个名字引用一个希腊神话故事:说天与地的第一代儿子叫“太旦斯”(Titans)。由于钛在高温时非常活泼,能够跟氧、氮、氢、碳等元素化合生成相应的化合物,特别是与氧的结合能力更强,生成非常稳定的氧化物。所以,钛几乎都是以氧化物形式存在于自然界中。因此,钛虽然被发现的很早,但是半个多世纪以来就是没有办法制得金属钛。1849年德国化学家维勒(1800~1882年)用钾与氟钛酸钾共热,制出不纯的金属钛。现在冶炼钛的方法是,先把钛矿石经过一系列处理,转变成四氯化钛,再用镁或钠在惰性气体中还原,生成海绵状钛。

所得产物不能直接使用,还要在真空电弧炉里熔铸成钛锭,并经加工,进一步方得使用的各种型材。金属钛的性质、用途和生产方法等都和其它稀有金属相似,所以,把钛划归在稀有金属里也就不难理解了。

目前已发现含钛矿物有100多种,除金红石外,还有白钛矿、钛铁矿、钙钛矿等。金红石实际上就是较纯的二氧化钛,一般含TiO2在95%以上,它是提炼钛的重要矿物原料,但在地壳中储量较少。白钛矿含二氧化钛70%~92%,而钛铁矿、钙钛矿含二氧化钛较低,一般为35%~52%。钛铁矿、钙钛矿虽然含二氧化钛量较少,但其储量非常大,是生产金属钛和钛白的主要原料来源。我国有丰富的钛铁矿。
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