Usos i aplicacions del titani

La cadena de la indústria del titani es pot dividir en les quatre parts següents:

1 Aprofitament primari del mineral de titani, rutil, etc., i obtenció de concentrats de grau superior per mètodes físics.

2 El diòxid de titani d'alta puresa es prepara mitjançant el processament i la purificació de concentrats i s'utilitza a la indústria del diòxid de titani.

El tetraòxid de titani produeix triclorur de titani mitjançant oxidació, reducció i altres processos per produir una esponja de titani

4. Esponja de fosa de titani per obtenir una estructura densa de cristall de lingots de titani, utilitzats en la producció de titani i aliatges de titani.

Esponja de titani

Esponja de titani

L'esponja de titani es refereix a la reducció del tetraclorur de titani amb magnesi o sodi per obtenir una esponja de titani amb una puresa del 98,5%-99,7%. És la matèria primera més important en la producció de la indústria del titani. L'esponja de titani és un procés de producció de metalls de titani de productes primaris, cal obtenir un lingot de titani després de la fosa posterior d'aquest titani pur industrial i es pot processar en el titani o aliatge de titani corresponent.

Preparació d'esponja de titani: mètode de reducció tèrmica principalment de magnesi (mètode Kroll), mètode de reducció de sodi (mètode Hunt) i electròlisi de sal fosa. L'avantatge del mètode de reducció de magnesi és que el magnesi es pot reciclar. En comparació, la qualitat del producte és millor i el contingut d'impureses metàl·liques és menor, però la capacitat de producció d'un sol forn és menor i el consum de sodi és més gran. I l'electròlisi de sal fosa encara es troba en l'etapa experimental semiindustrial.

Diòxid de titani i la seva aplicació

Diòxid de titàni

El diòxid de titani, conegut científicament com a diòxid de titani (TiO2), és un òxid molt estable amb excel·lents propietats òptiques i pigmentàries, utilitzat principalment com a pigments inorgànics blancs. No és tòxic, té el millor poder de cobertura, la millor blancor i brillantor, i es considera un pigment blanc amb el millor rendiment del món, que s'utilitza àmpliament en les indústries de recobriment, plàstics, fabricació de paper, tinta d'impressió, fibra química, cautxú, cosmètics, etc.

Àrees d'aplicació de diòxid de titani de la Xina distribució global d'aplicacions de diòxid de titani

Mètodes de producció industrial d'àcid sulfúric i diòxid de titani de cloració: la tecnologia de producció d'àcid sulfúric és un equip senzill i madur, però el desavantatge és que el procés de producció i la contaminació ambiental són greus; La tecnologia de cloració és avançada, la gran capacitat de producció, l'alta qualitat del producte, la blancura i el rang de distribució de la mida de les partícules és estret. Al mateix temps, el clor també es pot reciclar, l'inconvenient és que els requisits de les matèries primeres són massa estrictes, la matèria primera ha de ser rutil natural o sintètic i escòries de titani amb un contingut de TiO2 del 90% -95%.

Procés d'àcid sulfúric per a la producció de diòxid de titani

Procés de producció d'àcid sulfúric de diòxid de titani

Procés de producció de diòxid de titani per mètode de cloració

Procés de producció de diòxid de titani per mètode de cloració

El diòxid de titani té tres tipus de cristalls: rutil, anatasa i placa. El tipus de placa de titani no es pot utilitzar com a pigment a la indústria, els principals pigments utilitzats són l'anatase i el diòxid de titani rutil.

El diòxid de titani rutil té els avantatges d'una gran puresa, partícules fines i uniformes, bones propietats òptiques, fort poder de refracció, alt poder acromàtic, fort poder d'ocultació, baixa absorció d'oli, dispersió d'aigua, etc. S'utilitza principalment a les indústries de recobriment, fabricació de tinta d'impressió, fibra química, cautxú, vidre, cosmètics, sabó, plàstics i paper. El diòxid de titani rutil no només té els avantatges del diòxid de titani anatasa, sinó que també té una millor resistència a la intempèrie i el poder de cobertura, que s'utilitza principalment en pintures industrials d'alt grau, pintures de làtex brillant, plàstics, alt poder colorant i requeriment ràpid de materials de cautxú, recobriment de paper avançat. Des del rendiment del pigment, el diòxid de titani rutil és superior al diòxid de titani anatasa, el diòxid de titani rutil a la superfície del producte per al tractament de recobriment de la majoria de l'any 2010 a la Xina. El 2010, la quantitat total de diòxid de titani rutil a la Xina era del 57%, molt per sota del nivell mundial del 90%. En el futur, la proporció de diòxid de titani rutil a la Xina encara té més marge de millora.

Actualment, la indústria del diòxid de titani està experimentant tres ajustos importants: (1) el creixement mundial de la producció de diòxid de titani és relativament lent, mentre que la regió Àsia-Pacífic, especialment el creixement de la producció de diòxid de titani de la Xina és més ràpid, la indústria mundial del diòxid de titani a Àsia -La regió del Pacífic, especialment la transferència de la tendència de la Xina és evident; (2) amb el rendiment del diòxid de titani per presentar una demanda més alta, el procés de recobriment de diòxid de titani s'ha convertit en un mitjà important per a tot tipus de tipus especials de diòxid de titani, la indústria del diòxid de titani es desenvolupa contínuament des de béns generals fins a ordinaris. productes. S'acaben de llançar productes especials (3); El diòxid de titani es divideix en dos tipus: anatasa i rutil, el diòxid de titani anatasa encara ocupa una part de la quota de mercat a causa del seu preu més elevat, però el rendiment de la indústria amb el diòxid de titani rutil ja que la tendència de desenvolupament futura segueix sent excel·lent. A l'estructura del producte de diòxid de titani de la Xina, la proporció de diòxid de titani rutil està augmentant, representant al voltant del 57%, però encara molt per sota de la proporció del 90% del món. L'estructura del producte de diòxid de titani de la Xina s'està desenvolupant activament en la direcció del diòxid de titani rutil. En resum, la indústria del diòxid de titani de la Xina, especialment les perspectives del diòxid de titani de rutil especial, segueix sent optimista.

Aplicació de titani i aliatge de titani

El titani és una estructura metàl·lica important desenvolupada a la dècada de 1950, els aliatges de titani amb baixa densitat, alta resistència específica, bona resistència a la corrosió, baixa conductivitat tèrmica, no tòxics i no magnètics, soldables, biocompatibles, decoració superficial, etc., són àmpliament utilitzats. en aviació, aeroespacial, indústria química, petroli, energia elèctrica, atenció mèdica, construcció, articles esportius i altres camps. Molts països del món han reconegut la importància dels materials d'aliatge de titani, han dut a terme investigació i desenvolupament i s'han aplicat a la pràctica.

Camps d'aplicació de titani i aliatge de titani

El 2011, la proporció del consum mundial d'aviació comercial va arribar al 46%, la proporció de titani protector és del 9% (principalment aviació militar), la proporció de consum de titani en el camp de l'aviació és superior al 50%; la proporció de consum de titani industrial és del 43% i la proporció de consum de titani als mercats emergents és del 2%.

Hi ha diferències òbvies en l'estructura de la demanda regional de productes de titani.

Estructura regional de demanda de productes de titani hi ha diferències òbvies. Als Estats Units i la Unió Europea, especialment als Estats Units, la demanda de productes de titani de la indústria aeroespacial i de defensa és d'aproximadament el 50% a la indústria aeroespacial i de defensa. Al Japó, el titani industrial de la indústria química domina la demanda. Segons la Japan Titanium Association, l'aeroespacial només representa el 2-3% de la demanda de titani del Japó. Molt semblant a la situació del Japó, la major part de la demanda de productes de titani prové dels sectors químic i energètic, amb l'aeroespacial només el 10%. Tot i que la Xina s'ha convertit en un dels majors productors i consumidors de titani del món, gran part de la producció s'ha limitat a graus inferiors de titani per utilitzar-los en marcs, pals de golf o canonades resistents a la corrosió per a la pròpia indústria química. Tanmateix, en els darrers anys, la quantitat de titani utilitzat a l'aeroespacial a Àsia ha augmentat dràsticament, per la qual cosa està clar que el mercat del titani té un futur millor.

Estructura global de consum de titani Estructura de consum de titani de la Xina

Aeroespacial

En el camp aeroespacial, el titani es concentra als països occidentals, especialment als Estats Units, el 60% dels materials de titani utilitzats en aquest camp. Entre els països asiàtics, el Japó i la Xina inverteixen al voltant del 10% en camp de titani. Tanmateix, en els darrers anys, amb el ràpid desenvolupament de la indústria aeroespacial asiàtica, augmentarà el consum de titani en el camp aeroespacial. A nivell mundial, la indústria aeroespacial ocupa una posició fonamental en el mercat del titani i, històricament, els canvis en la indústria del titani han estat estretament relacionats amb la indústria aeroespacial.

El creixement econòmic afegeix una nova demanda elevada, la producció mundial de titani va arribar als 14,8 milions de tones el 2011, de les quals uns 6,4 milions de tones de titani d'aviació comercial, la demanda futura de transport aeri mundial encara és enorme, s'espera que en els propers 20 anys, la demanda de nous avions és d'uns 3 milions, al mateix temps, el nou avió a la demanda de titani de l'avió antic, s'espera que d'aquí a 20 anys la demanda mitjana de titani a l'avió comercial sigui de 40 tones / marc. Es preveu que en els propers 20 anys, la demanda global de materials de titani per a l'aviació comercial sigui d'uns 120 milions de tones, amb una taxa de creixement anual composta d'uns 17% i una demanda mitjana anual de materials de titani de 6 milions de tones, el El camp dels materials de titani de l'aviació civil mostrarà un creixement ràpid. El camp de l'aviació militar també serà una nova oportunitat; a causa de les tensions geopolítiques globals i l'augment de la despesa militar mundial, també s'espera que el camp de l'aviació militar vegi una nova demanda.

Avions civils

Els principals usos de l'aliatge de titani a les aeronaus són els següents:

(1) Reduir el pes estructural i millorar l'eficiència estructural: el rendiment de la tecnologia tàctica avançada (com ara avions supersònics) en els requisits del coeficient de pes de l'estructura de l'aeronau són relativament baixos (és a dir: pes estructural del fuselatge / pes d'enlairament de l'avió normal) i aliatge de titani té una força propera a les característiques de l'acer fort però de densitat petita, en lloc d'acer estructural i aliatges d'alta temperatura, reduint molt el pes de l'estructura, però també estalvi de costos; per prendre com a exemple el motor. Les estadístiques mostren que la qualitat del motor de l'avió es redueix en un quilogram per cada quilogram, l'ús del cost es pot reduir en uns 220-440 dòlars dels EUA.

(2) amb l'ús de requisits de peces d'alta temperatura: l'aliatge de titani té una bona resistència a la calor, com ara Ti-6Al{-4V per a treballs a llarg termini a 350 graus, així que en el pla de la Les peces d'alta temperatura (com el fuselatge posterior, etc.) poden ser un substitut del rendiment a alta temperatura no compleixen els requisits de l'aliatge d'alumini TC11 pot ser de 500 graus per a treballs a llarg termini, les peces a pressió del motor es poden un substitut dels aliatges d'alta temperatura i l'acer inoxidable.

(3) per complir amb els requisits de combinació amb l'estructura composta: per reduir el pes i complir els requisits de sigil, els avions avançats utilitzen un gran nombre de materials compostos, aliatge de titani i material compost, la força i la rigidesa coincideixen millor, podeu obtenir una bona efecte de reducció de pes. Al mateix temps, a causa del potencial més proper, no és fàcil produir corrosió d'acoblament galvànic, de manera que les parts corresponents dels components estructurals i els elements de fixació són adequades per a l'ús d'aliatge de titani.

(4) Compleix amb els requisits d'alta resistència a la corrosió i llarga vida: l'aliatge de titani té una alta vida a la fatiga i una excel·lent resistència a la corrosió, que pot millorar la resistència a la corrosió i la vida útil de l'estructura, i complir els requisits d'alta fiabilitat i llarga vida de l'aviació avançada. vida útil del motor.

Avions militars

El desenvolupament i l'adquisició d'armes militars continuaran desenvolupant-se en la direcció del pes lleuger i flexible, per tal de satisfer els requisits de rendiment de combat dels avions de caça, a més de l'ús de tecnologia de disseny avançada, també és necessari utilitzar un gran nombre. de materials amb un rendiment excel·lent, així com tecnologia avançada i tecnologia de fabricació. . Un gran nombre d'aliatges de titani, millorar el nivell d'aplicació dels aliatges de titani avançats és una de les mesures importants. des de la dècada de 1960, la quantitat de titani utilitzat en avions militars estrangers ha augmentat any rere any, i la quantitat d'aliatges de titani en diversos tipus de caces i bombarders militars avançats dissenyats per Europa i els Estats Units s'ha estabilitzat per sobre del 20%, i la quantitat dels aliatges de titani utilitzats en els nous models s'ha estabilitzat per sobre del 20%. El consum va suposar un augment significatiu.

Indústria de l'automòbil

La reducció del consum de combustible i la reducció de les emissions de residus nocius (CO2, NOX, etc.) s'han convertit en un dels principals motors i direccions del progrés tecnològic de la indústria de l'automoció. La investigació demostra que la lleugera és una mesura eficaç per estalviar combustible i reduir la contaminació. Amb una reducció del 10% de la massa de l'automòbil, el consum de combustible es pot reduir en un 8%-10% i les emissions d'escapament es poden reduir en un 10%. En la conducció, es millora el rendiment d'acceleració del vehicle i es milloren l'estabilitat, el soroll i la vibració del vehicle. A partir de la consideració de la seguretat contra les col·lisions, després que el pes del vehicle sigui lleuger, la inèrcia és petita i la distància de frenada es redueix.

Els materials lleugers, com ara l'alumini, el magnesi, el titani i altres materials alternatius, com l'alumini, el magnesi, el titani, etc., són el mètode preferit d'alleugeriment. El 2009, l'ús global de titani en l'automoció ha arribat a les 3.000 tones. El titani en l'aplicació d'automòbils ha estat molts anys d'història actualment el cotxe gairebé tots utilitzen titani, l'automòbil japonès amb titani té més de 600 tones, amb el desenvolupament de la indústria de l'automòbil mundial, l'automòbil amb titani encara augmenta ràpidament.

Els avantatges d'utilitzar titani són: reduir el pes, reduir el consum de combustible; millorar l'eficiència de la transmissió d'energia, reduir el soroll; reduir la vibració, reduir la càrrega; millorar la durabilitat del cotxe i la protecció del medi ambient.

Indústria mèdica

Cargols d'empalmament de titani Titanium té una àmplia gamma d'aplicacions en l'àmbit mèdic. El titani és proper als ossos humans, és biocompatible i no té efectes secundaris tòxics en el cos humà. L'implant humà és un material funcional especial estretament relacionat amb la vida i la salut humanes. En comparació amb altres materials metàl·lics, l'ús de titani i aliatges de titani té els següents avantatges: 1. pes lleuger; baix mòdul d'elasticitat; 3. no magnètic; 4. no tòxic; 5. resistència a la corrosió; 6. alta resistència i duresa. L'ús d'aliatges de titani en implants quirúrgics està creixent a un ritme del 5-7% anual. Femur d'aliatge de titani i titani, articulacions de maluc, húmer, crani, articulacions del genoll, articulacions del colze, articulacions de l'espatlla, articulacions metacarpofalàngiques, mandíbules i vàlvules cor, membranes de diferenciació renal, vasodilatadors, fèrules, pròtesis, cargols de tensió es trasplantaran al cos humà. centenars de peces metàl·liques i va aconseguir bons resultats, i va obtenir un alt grau d'avaluació a la comunitat mèdica.

Indústria química

El titani té una excel·lent resistència a la corrosió, propietats mecàniques i rendiment del procés, àmpliament utilitzat en molts sectors de l'economia nacional. Especialment en la producció química, titani en lloc d'acer inoxidable, aliatges a base de níquel i altres metalls rars com a materials resistents a la corrosió. Això és molt important per augmentar la producció, millorar la qualitat del producte, allargar la vida útil dels equips, reduir el consum, reduir el consum d'energia, reduir costos, prevenir la contaminació, millorar les condicions laborals i augmentar la productivitat laboral.

El titani s'ha convertit en un dels principals materials anticorrosius en equips químics i ha establert la seva resistència a la corrosió en plantes químiques. El titani com a material ideal en equips químics, però també cada cop més atenció per part d'enginyers i tècnics.

Després d'anys de promoció, el titani i els seus aliatges com a excel·lents materials resistents a la corrosió s'han utilitzat àmpliament en la producció química. L'aplicació d'equips de titani s'ha ampliat des de la cendra de sosa original, la indústria de la sosa càustica fins al clorat, clorur d'amoni, urea, síntesi orgànica, colorants, sals inorgàniques, pesticides, fibres sintètiques, fertilitzants, indústria química fina, etc., i els tipus. d'equips s'han desenvolupat des de petits i únics fins a grans i diversificats.

Els resultats de l'enquesta mostren que els intercanviadors de calor de titani representaven el 57%, els ànodes de titani el 20%, els contenidors de titani el 16% i els altres el 7%. A la indústria química amb "dues bases", la major quantitat d'intercanviadors de calor de titani en equips químics.

En els últims anys, la tecnologia de producció de materials de titani de la Xina ha avançat ràpidament, titani aeroespacial, titani militar, titani per a vehicles i altres creixements molt ràpids, especialment en el camp de l'aeroespacial, hi ha una tendència a posar-se al dia amb la indústria química. . En general, la indústria química amb contingut en tecnologia de titani és petita i de baix valor afegit, la proporció de la indústria química amb titani està obligat a disminuir gradualment.

Enginyeria marina

Amb el desenvolupament de la ciència i la tecnologia i l'esgotament creixent dels recursos terrestres, el desenvolupament humà i la utilització de l'oceà s'han posat a l'agenda. El titani té una excel·lent resistència a la corrosió de l'aigua de mar, àmpliament utilitzat en la dessalinització d'aigua de mar, vaixells, desenvolupament d'energia tèrmica oceànica i extracció de recursos del fons marí i altres camps.

Icebreaker ja als anys 60, la Xina va començar a estudiar l'aplicació d'aliatges de titani i titani en vaixells i equips d'enginyeria marina, i ha fet molta feina, bàsicament ha format una sèrie de graus, diferents propietats, especificacions completes d'aliatges de titani per a vaixells. Sistema. A causa de les característiques dels propis aliatges de titani i titani, tenen avantatges únics en l'aplicació de vaixells i equips marins, s'utilitzen àmpliament en submarins nuclears, submergibles, trencaglaços atòmics, hidroplans, aerodeslizadors, dragamines i hèlixs, aigua de mar, condensadors, intercanviadors de calor i així successivament.

A les aplicacions de vaixells, l'ús actual del titani a la Xina és molt petit, representant menys de l'1% del pes total del vaixell.

El titani i l'aliatge de titani en el camp dels vaixells i equips d'enginyeria marina té un gran potencial de desenvolupament. I a la dessalinització i la central elèctrica costanera, a causa de la demanda actual del mercat de la dessalinització i la central elèctrica costanera de la Xina és enorme, per reduir encara més el cost de l'aliatge de titani i millorar l'estabilitat de la qualitat del producte, les perspectives d'aplicació del mercat d'aliatge de titani seran molt àmplies. . Molt ample.

Vida diària

El titani s'utilitza molt a la vida diària, es pot dir que està a tot arreu, com ara caps de golf, marcs de bicicletes, raquetes de tennis, cadires de rodes, marcs d'ulleres, etc. s'aplicaran al titani.

A partir de les característiques del titani lleuger i d'alta resistència utilitzats en els esports, des de la primera raqueta de tennis, la raqueta de bàdminton es va expandir gradualment als pals de golf i a les curses de cotxes esportius. L'any 2008, el consum d'esports d'oci de la Xina va representar el 13% del consum total de titani, només la quantitat de titani utilitzada en els pals de golf i els arbres de més d'1,000 tones. Els marcs de bicicletes de titani també són molt populars, hi ha prop de 50 empreses que produeixen bicicletes de titani, els Estats Units han estat el major productor i consumidor de bicicletes de titani. Les propietats lleugeres del titani s'utilitzen en les montures d'ulleres, i el titani tampoc és fàcil de fer al·lèrgies a la pell, i la superfície del titani després del tractament anòdic pot tenir un efecte colorit, de manera que s'ha utilitzat en les montures des de la dècada de 1980.