Застосування та застосування титану

Ланцюг титанової промисловості можна розділити на такі чотири частини:

1 Первинне збагачення титанової руди, рутилу та ін. та отримання концентратів вищого ґатунку фізичними методами.

2 Діоксид титану високої чистоти отримують шляхом переробки та очищення концентратів і використовують у промисловості діоксиду титану.

Чотириоксид титану виробляє трихлорид титану за допомогою окислення, відновлення та інших процесів для отримання титанової губки

4. Лиття губчастого титану для отримання щільної кристалічної структури титанових злитків, що використовуються у виробництві титану та титанових сплавів.

Титанова губка

Титанова губка

Титанова губка відноситься до відновлення тетрахлориду титану магнієм або натрієм для отримання губчастого титану з чистотою 98,5% -99.7%. Це найважливіша сировина у виробництві титанової промисловості. Титанова губка - це процес виробництва первинних продуктів з титанового металу, який потребує отримання титанового злитка після подальшого лиття промислового чистого титану та може бути перероблений у відповідний титан або титановий сплав.

Приготування титанової губки: в основному метод термічного відновлення магнієм (метод Кролла), метод відновлення натрієм (метод Ханта) та електроліз розплавленої солі. Перевага методу відновлення магнію полягає в тому, що магній можна переробити. Для порівняння, якість продукту краща, а вміст металевих домішок нижчий, але виробнича потужність однієї печі менша, а споживання натрію більше. А електроліз розплавленої солі все ще знаходиться на напівпромисловій експериментальній стадії.

Діоксид титану та його застосування

Диоксид титану

Діоксид титану, науково відомий як діоксид титану (TiO2), є дуже стабільним оксидом із чудовими оптичними та пігментними властивостями, який в основному використовується як білі неорганічні пігменти. Він нетоксичний, має найкращу покриваючу здатність, найкращу білизну та яскравість, і вважається білим пігментом із найкращими характеристиками у світі, який широко використовується в галузях покриття, пластмас, паперу, друкарської фарби, хімічне волокно, гума, косметика тощо.

Області застосування діоксиду титану в Китаї. Глобальне поширення діоксиду титану

Методи промислового виробництва сірчаної кислоти та хлорування діоксиду титану: технологія виробництва сірчаної кислоти є зрілою, просте обладнання, але недоліком є ​​те, що процес виробництва та забруднення навколишнього середовища серйозні; технологія хлорування передова, велика виробнича потужність, висока якість продукції, білизна та діапазон розподілу частинок за розміром вузький. У той же час хлор також можна переробляти, недоліком є ​​те, що вимоги до сировини занадто суворі, сировиною має бути природний або синтетичний рутил і титановий шлак із вмістом TiO2 90%-95%.

Сірчанокислотний процес для виробництва діоксиду титану

Сірчанокислотний процес виробництва діоксиду титану

Процес отримання діоксиду титану методом хлорування

Процес отримання діоксиду титану методом хлорування

Діоксид титану має три типи кристалів: рутил, анатаз і пластинчатий. Пластинчатий титан не може використовуватися як пігмент у промисловості, основними пігментами, що використовуються, є анатаз і рутиловий діоксид титану.

Рутиловий діоксид титану має переваги високої чистоти, дрібних і однорідних частинок, хороших оптичних властивостей, сильної заломлюючої сили, високої ахроматичної потужності, сильної покривної здатності, низького поглинання олії, дисперсії води тощо. Він в основному використовується в галузях покриття, друкарська фарба, хімічне волокно, гума, скло, косметика, мило, пластмаси та виготовлення паперу. Рутиловий діоксид титану не тільки має переваги анатазного діоксиду титану, але також має кращу вивітрювальну та покривну здатність, в основному використовується у високоякісних промислових фарбах, глянцевих латексних фарбах, пластмасах, високому фарбуванні та швидких вимогах до гумових матеріалів, вдосконаленому покритті паперу за продуктивністю пігменту рутиловий діоксид титану перевершує анатазний діоксид титану, рутиловий діоксид титану на поверхні продукту для обробки покриття більшої частини 2010 року в Китаї. У 2010 році загальна кількість рутилового діоксиду титану в Китаї становила 57%, що значно нижче світового рівня в 90%. У майбутньому частка рутилового діоксиду титану в Китаї має ще більше можливостей для покращення.

В даний час промисловість діоксиду титану переживає три основні зміни: (1) зростання виробництва діоксиду титану в світі є відносно повільним, тоді як Азіатсько-Тихоокеанський регіон, особливо виробництво діоксиду титану в Китаї, зростає швидше, світова промисловість діоксиду титану в Азії -Тихоокеанський регіон, особливо передача тенденції Китаю очевидна; (2) з низьким рівнем продуктивності діоксиду титану, щоб висунути вищий попит, процес покриття діоксидом титану став важливим засобом усіх видів спеціальних типів діоксиду титану, промисловість діоксиду титану постійно розвивається від товарів загального призначення до звичайних продуктів. Спеціальні продукти (3) щойно запущено; діоксид титану поділяється на два типи: анатаз і рутил, анатаз діоксид титану все ще займає частину ринку через його високу ціну, але показники промисловості з рутиловим діоксидом титану як майбутній тренд розвитку все ще чудові. У структурі виробництва діоксиду титану в Китаї частка рутилового діоксиду титану зростає, становлячи близько 57%, але все ще значно нижча за частку 90% у світі. Структура продукту діоксиду титану Китаю активно розвивається в напрямку рутилового діоксиду титану. Таким чином, китайська промисловість діоксиду титану, особливо перспективи спеціального рутилового діоксиду титану, все ще оптимістичні.

Застосування титану та титанових сплавів

Титан є важливою металевою конструкцією, розробленою в 1950-х роках, широко використовуються титанові сплави з низькою щільністю, високою питомою міцністю, хорошою стійкістю до корозії, низькою теплопровідністю, нетоксичними та немагнітними, зварюваними, біосумісними, поверхневими прикрасами тощо. в авіації, аерокосмічній промисловості, хімічній промисловості, нафтовій промисловості, електроенергетиці, медичному обслуговуванні, будівництві, спортивних товарах та інших галузях. Багато країн світу визнали важливість матеріалів із титанових сплавів, провели дослідження та розробки та застосовували їх на практиці.

Галузі застосування титану та титанових сплавів

У 2011 році частка світового споживання комерційної авіації досягла 46%, частка захисного титану становить 9% (в основному військова авіація), частка споживання титану в авіаційній сфері становить понад 50%; частка промислового споживання титану становить 43%, а частка споживання титану на ринках, що розвиваються, становить 2%.

Є очевидні відмінності в структурі регіонального попиту на титанову продукцію.

Регіональна структура попиту на титанову продукцію є очевидними відмінностями. У Сполучених Штатах і Європейському Союзі, особливо в Сполучених Штатах, попит на вироби з титану для аерокосмічної та оборонної промисловості становить близько 50% в аерокосмічній та оборонній промисловості. В Японії домінує промисловий титан хімічної промисловості. За даними Японської титанової асоціації, аерокосмічна промисловість забезпечує лише 2-3% попиту на титан у Японії. Як і в Японії, більша частина попиту на титанову продукцію надходить з хімічного та енергетичного секторів, а авіакосмічна промисловість становить лише 10%. Незважаючи на те, що Китай став одним із найбільших у світі виробників і споживачів титану, більша частина виробництва була обмежена нижчими сортами титану для використання в рамах, ключках для гольфу або корозійностійких трубопроводах для самої хімічної промисловості. Однак за останні роки кількість титану, який використовується в аерокосмічній галузі в Азії, різко зросла, тому очевидно, що ринок титану має світле майбутнє.

Глобальна структура споживання титану Структура споживання титану в Китаї

Аерокосмічна

В аерокосмічній галузі титан зосереджений у західних країнах, особливо в Сполучених Штатах, 60% титанових матеріалів використовуються в цій галузі. Серед азіатських країн Японія та Китай інвестують близько 10% у видобуток титану. Однак в останні роки, з бурхливим розвитком азіатської аерокосмічної промисловості, споживання титану в аерокосмічній сфері буде збільшуватися. У всьому світі аерокосмічна галузь займає ключову позицію на ринку титану, і історично зміни в титановій промисловості були тісно пов’язані з аерокосмічною галуззю.

Економічне зростання додає новий високий попит, світове виробництво титану сягнуло 14,8 мільйонів тонн у 2011 році, з яких близько 6,4 мільйонів тонн комерційного авіаційного титану, майбутній попит на глобальний повітряний транспорт все ще величезний, очікується, що в наступні 20 років попит на нових літаків становить приблизно 3 мільйони, у той же час, нові літаки на старих літаках потребують титану, очікується, що протягом 20 років середній попит на титан у комерційних літаках становитиме 40 тонн на кадр. Прогнозується, що в найближчі 20 років світовий попит на титанові матеріали для комерційної авіації становитиме близько 120 мільйонів тонн із загальним річним темпом зростання приблизно на 17%, а середньорічний попит на титанові матеріали становитиме 6 мільйонів тонн, галузь цивільної авіації титанових матеріалів буде демонструвати стрімке зростання. Сфера військової авіації також стане новою можливістю; Через глобальну геополітичну напруженість і збільшення світових військових витрат у сфері військової авіації також очікується новий попит.

Цивільні літаки

Основне використання титанового сплаву в авіації наступне:

(1) Зменшення ваги конструкції та підвищення ефективності конструкції: передові тактичні технології (наприклад, надзвуковий літак) щодо коефіцієнта ваги конструкції літака є відносно низькими (тобто: структурна вага фюзеляжу / злітна вага звичайного літака) і титановий сплав має міцність, близьку до характеристик міцної сталі, але невелику щільність, замість конструкційної сталі та високотемпературних сплавів, що значно зменшує вагу конструкції, але також заощаджує кошти; взяти двигун як приклад. Статистика показує, що якість авіаційного двигуна знижується на один кілограм за кожен кілограм, використання вартості може бути зменшено приблизно на 220-440 доларів США.

(2) з використанням вимог до високотемпературних деталей: титановий сплав має гарну термостійкість, наприклад Ti-6Al-4V для тривалої роботи при 350 градусах, тому в площині високотемпературні частини (такі як задня частина фюзеляжу тощо) можуть бути заміною для високотемпературних характеристик не відповідають вимогам алюмінієвого сплаву TC11 можуть бути 500 градусів для тривалої роботи, у двигуні деталі під тиском можуть бути замінник жароміцних сплавів і нержавіючої сталі.

(3) щоб відповідати вимогам узгодження з композитною структурою: щоб зменшити вагу та відповідати вимогам до стелсу, передові літаки використовують велику кількість композитних матеріалів, міцність і жорсткість титанового сплаву та композитного матеріалу краще збігаються, ви можете отримати хороший ефект зниження ваги. У той же час, через ближчий потенціал, нелегко виробляти корозію гальванічного зв'язку, тому відповідні частини конструктивних компонентів і кріплення придатні для використання титанового сплаву.

(4) Відповідає вимогам щодо високої стійкості до корозії та тривалого терміну служби: титановий сплав має високу стійкість до втоми та чудову стійкість до корозії, що може покращити стійкість до корозії та термін служби конструкції, а також відповідає вимогам високої надійності та тривалого терміну служби передової авіації ресурс двигуна.

Військова авіація

Розробка та закупівля військової зброї продовжуватиме розвиватися в напрямку легкої та гнучкої, щоб відповідати вимогам бойових характеристик винищувачів, окрім використання передових технологій проектування, також необхідно використовувати велику кількість матеріалів із чудовими характеристиками, а також передових технологій і технології виробництва. . Велика кількість титанових сплавів, підвищення рівня застосування сучасних титанових сплавів є одним із важливих заходів. з 1960-х років кількість титану, що використовується в іноземних військових літаках, збільшувалася з кожним роком, а кількість титанових сплавів у різних типах передових військових винищувачів і бомбардувальників, розроблених Європою та Сполученими Штатами, стабілізувалася вище 20%, а кількість титанових сплавів, що використовуються в нових моделях, стабілізувалося вище 20%. Споживання значно зросло.

Автомобільна промисловість

Зменшення споживання палива та скорочення викидів шкідливих відходів (CO2, NOX тощо) стали одними з головних рушійних сил і напрямів технологічного прогресу в автомобільній промисловості. Дослідження показують, що полегшення є ефективним заходом для економії палива та зменшення забруднення. Зменшивши масу автомобіля на 10%, споживання палива можна зменшити на 8%-10%, а викиди вихлопних газів — на 10%. Під час водіння покращуються характеристики прискорення автомобіля, а також покращується стабільність, шум і вібрація автомобіля. З огляду на безпеку зіткнення, коли вага транспортного засобу мала, інерція мала, а гальмівний шлях зменшується.

Легкі матеріали, такі як алюміній, магній, титан та інші альтернативні матеріали, такі як алюміній, магній, титан тощо, є кращим методом полегшення. У 2009 році глобальне використання титану в автомобілях досягло 3000 тонн. Титан у застосуванні автомобілів має багаторічну історію, в даний час майже всі автомобілі використовують титан, японський автомобіль з титаном має понад 600 тонн, з розвитком світової автомобільної промисловості, автомобілі з титаном все ще швидко зростають.

Перевагами використання титану є: зменшення ваги, зниження витрати палива; підвищити ефективність передачі електроенергії, знизити шум; знизити вібрацію, зменшити навантаження; підвищити довговічність автомобіля та захист навколишнього середовища.

Медична промисловість

Титанові з’єднувальні гвинти Титан має широкий спектр застосування в медичній галузі. Титан близький до кісток людини, біосумісний і не має токсичної побічної дії на організм людини. Людський імплантат - це особливий функціональний матеріал, тісно пов'язаний з життям і здоров'ям людини. Порівняно з іншими металевими матеріалами використання титану та титанових сплавів має наступні переваги: ​​1. легка вага; низький модуль пружності; 3. немагнітні; 4. нетоксичний; 5. стійкість до корозії; 6. висока міцність і міцність. Використання титанових сплавів у хірургічних імплантатах зростає зі швидкістю 5-7% на рік. Стегнова кістка, тазостегнові суглоби, плечова кістка, череп, колінні суглоби, ліктьові суглоби, плечові суглоби, п’ястно-фалангові суглоби, щелепи та клапани серця, ниркові диференційні мембрани, судинорозширювальні засоби, шини, протези, виготовлення стяжних гвинтів будуть пересаджені в тіло людини. сотні металевих частин і досяг хороших результатів, а також отримав високу оцінку в медичному співтоваристві.

Хімічна промисловість

Титан має чудову корозійну стійкість, механічні властивості та продуктивність, широко використовується в багатьох галузях національної економіки. Особливо в хімічному виробництві титан замість нержавіючої сталі, сплави на основі нікелю та інші рідкісні метали як корозійно-стійкі матеріали. Це дуже важливо для збільшення виробництва, покращення якості продукції, продовження терміну служби обладнання, зменшення споживання, зменшення споживання енергії, зниження витрат, запобігання забрудненню, покращення умов праці та підвищення продуктивності праці.

Титан став одним з основних антикорозійних матеріалів у хімічному обладнанні та встановив свою стійкість до корозії на хімічних підприємствах. Титан як ідеальний матеріал для хімічного обладнання, але також все більше і більше уваги інженерів і техніків.

Після багатьох років просування титан і його сплави як чудові корозійностійкі матеріали широко використовуються в хімічному виробництві. Застосування титанового обладнання було розширено від оригінальної промисловості кальцинованої соди, каустичної соди до хлорату, хлориду амонію, сечовини, органічного синтезу, барвників, неорганічних солей, пестицидів, синтетичних волокон, добрив, тонкої хімічної промисловості тощо, а також типи обладнання було розроблено від малого та одиничного до великого та різноманітного.

Результати опитування показують, що титанові теплообмінники становлять 57%, титанові аноди – 20%, титанові контейнери – 16%, інші – 7%. У хімічній промисловості з «двома базами» найбільша кількість титанових теплообмінників в хімічному обладнанні.

В останні роки технологія виробництва титанового матеріалу в Китаї швидко розвивалася, аерокосмічний титан, військовий титан, титан для транспортних засобів та інші дуже швидкі темпи зростання, особливо в галузі аерокосмічної промисловості, існує тенденція наздоганяти хімічну промисловість. . Загалом, хімічна промисловість із вмістом титанової технології є невеликою, продуктами з низькою доданою вартістю, частка хімічної промисловості з титаном має поступово зменшуватися.

Морська техніка

З розвитком науки і техніки та дедалі більшим виснаженням земельних ресурсів питання людського розвитку та використання океану постали на порядку денному. Титан має чудову стійкість до корозії морської води, широко використовується в опрісненні морської води, кораблях, розробці теплової енергії океану та видобутку ресурсів морського дна та інших галузях.

Криголам ще в 1960-х роках Китай почав вивчати застосування титану та титанових сплавів у кораблях та морському інженерному обладнанні, і зробив багато роботи, в основному сформував ряд сортів, різні властивості, повні специфікації титанових сплавів для кораблі. система. Оскільки характеристики титану та титанових сплавів самі по собі мають унікальні переваги в застосуванні на кораблях і морському обладнанні, вони широко використовуються в атомних підводних човнах, підводних апаратах, атомних криголамах, на підводних крилах, кораблях на повітряній подушці, тральщиках і гвинтах, морській воді, конденсаторах, теплообмінниках і так далі.

У судновому застосуванні поточне використання титану в Китаї є дуже незначним і становить менше 1% від загальної ваги судна.

Титан і титанові сплави в області суден і морського інженерного обладнання мають великий потенціал для розвитку. А в опріснювальній та береговій електростанції, через поточний попит на опріснювальну та берегову електростанції в Китаї величезний, для подальшого зниження вартості титанового сплаву та підвищення стабільності якості продукції перспективи застосування титанового сплаву на ринку будуть дуже широкими. . Дуже широкий.

Повсякденне життя

Титан дуже широко використовується в повсякденному житті, можна сказати, що він є скрізь, наприклад, титан буде застосований до головок для гольфу, велосипедних рам, тенісних ракеток, інвалідних візків, оправ для окулярів тощо.

Базуючись на характеристиках легкої та високої міцності титану, який використовується у спорті, починаючи з найдавніших тенісних ракеток, ракетки для бадмінтону поступово поширилися на ключки для гольфу та гонки на спортивних автомобілях. У 2008 році споживання титану в Китаї для спортивного відпочинку становило 13% від загального споживання титану, лише кількість титану, що використовується в ключках для гольфу та шахтах, перевищує 1 000 тонну. Велосипедні рами з титану також дуже популярні, є майже 50 компаній, що виробляють титанові велосипеди, Сполучені Штати були найбільшим виробником і споживачем титанових велосипедів. Легкі властивості титану використовуються в оправах для окулярів, і титан також непросто викликати шкірну алергію, а поверхня титану після анодної обробки може мати барвистий ефект, тому він використовується в оправах з 1980-х років.