Titāna lietojumi un pielietojumi

Titāna rūpniecības ķēdi var iedalīt šādās četrās daļās:

1 Titāna rūdas, rutila u.c. primārā bagātināšana un augstākas kvalitātes koncentrātu iegūšana ar fizikālām metodēm.

2 Augstas tīrības pakāpes titāna dioksīdu iegūst, apstrādājot un attīrot koncentrātus, un izmanto titāna dioksīda rūpniecībā.

Titāna tetraoksīds ražo titāna trihlorīdu, izmantojot oksidēšanu, reducēšanu un citus procesus, lai iegūtu titāna sūkli

4. Liešanas titāna sūklis, lai iegūtu blīvu titāna lietņu kristāla struktūru, ko izmanto titāna un titāna sakausējumu ražošanā.

Titāna sūklis

Titāna sūklis

Titāna sūklis attiecas uz titāna tetrahlorīda reducēšanu ar magniju vai nātriju, lai iegūtu titāna sūkli ar tīrības pakāpi 98,5%-99,7%. Tā ir vissvarīgākā izejviela titāna rūpniecības ražošanā. Titāna sūklis ir primāro produktu titāna metāla ražošanas process, kam pēc rūpnieciskā tīrā titāna turpmākas liešanas ir jāiegūst titāna lietnis, un to var pārstrādāt atbilstošā titānā vai titāna sakausējumā.

Titāna sūkļa sagatavošana: galvenokārt magnija termiskās reducēšanas metode (Kroll metode), nātrija reducēšanas metode (Hanta metode) un kausēta sāls elektrolīze. Magnija samazināšanas metodes priekšrocība ir tā, ka magniju var pārstrādāt. Salīdzinājumam, produkta kvalitāte ir labāka un metāla piemaisījumu saturs ir mazāks, bet vienas krāsns ražošanas jauda ir mazāka un nātrija patēriņš ir lielāks. Un izkausētā sāls elektrolīze joprojām ir daļēji rūpnieciskā eksperimentālā stadijā.

Titāna dioksīds un tā pielietojums

Titāna dioksīds

Titāna dioksīds, zinātniski pazīstams kā titāna dioksīds (TiO2), ir ļoti stabils oksīds ar izcilām optiskām un pigmenta īpašībām, ko galvenokārt izmanto kā baltus neorganiskus pigmentus. Tas ir netoksisks, tam ir vislabākā pārklājuma spēja, vislabākais baltums un spilgtums, un tas tiek uzskatīts par balto pigmentu ar vislabāko veiktspēju pasaulē, ko plaši izmanto pārklājuma, plastmasas, papīra ražošanas, tipogrāfijas tintes, ķīmiskās šķiedras, gumija, kosmētika un tā tālāk.

Ķīnas titāna dioksīda pielietojuma jomas globālā titāna dioksīda lietojuma izplatīšana

Sērskābes un hlorēšanas titāna dioksīda rūpnieciskās ražošanas metodes: sērskābes ražošanas tehnoloģija ir nobriedusi, vienkārša iekārta, bet trūkums ir tāds, ka ražošanas process un vides piesārņojums ir nopietns; hlorēšanas tehnoloģija ir progresīva, liela ražošanas jauda, ​​augsta produktu kvalitāte, baltums un daļiņu izmēru sadalījuma diapazons ir šaurs. Tajā pašā laikā hloru var arī pārstrādāt, trūkums ir pārāk stingras prasības izejvielām, izejvielai jābūt dabīgam vai sintētiskam rutilam un titāna izdedžiem ar TiO2 saturu 90%-95%.

Sērskābes process titāna dioksīda ražošanai

Titāna dioksīda sērskābes ražošanas process

Titāna dioksīda ražošanas process ar hlorēšanas metodi

Titāna dioksīda ražošanas process ar hlorēšanas metodi

Titāna dioksīdam ir trīs kristālu veidi: rutils, anatāze un plāksne. Plākšņu titāna tipu nevar izmantot kā pigmentu rūpniecībā, galvenie izmantotie pigmenti ir anatāze un rutila titāna dioksīds.

Rutila titāna dioksīda priekšrocības ir augstas tīrības pakāpes, smalkas un viendabīgas daļiņas, labas optiskās īpašības, spēcīga refrakcijas spēja, augsta ahromatiskā jauda, ​​spēcīga slēpšanās spēja, zema eļļas absorbcija, ūdens dispersija utt. To galvenokārt izmanto pārklājuma rūpniecībā, tipogrāfijas tinte, ķīmiskās šķiedras, gumija, stikls, kosmētika, ziepes, plastmasa un papīra ražošana. Rutila titāna dioksīdam ir ne tikai anatāzes titāna dioksīda priekšrocības, bet arī labāka atmosfēras noturība un pārklājuma spēja, ko galvenokārt izmanto augstas kvalitātes rūpnieciskajās krāsās, spīdīgās lateksa krāsās, plastmasā, augsta krāsojuma jauda un ātra gumijas materiālu nepieciešamība, uzlabots papīra pārklājums. No pigmenta īpašībām rutila titāna dioksīds ir pārāks par anatāzes titāna dioksīdu, rutila titāna dioksīdu produkta virsmā pārklājuma apstrādei lielāko daļu 2010. gada Ķīnā. 2010. gadā kopējais rutila titāna dioksīda daudzums Ķīnā bija 57%, kas ir daudz zemāks par pasaules līmeni, kas ir 90%. Nākotnē rutila titāna dioksīda īpatsvaram Ķīnā joprojām ir daudz iespēju uzlabot.

Pašlaik titāna dioksīda ražošanas nozare piedzīvo trīs lielas korekcijas: (1) pasaules titāna dioksīda ražošanas pieaugums ir salīdzinoši lēns, savukārt Āzijas un Klusā okeāna reģionā, īpaši Ķīnas titāna dioksīda ražošanas pieaugums ir straujāks, pasaules titāna dioksīda ražošanas nozare Āzijā. -Klusā okeāna reģionā, jo īpaši Ķīnas nodošana tendence ir acīmredzama; (2) Tā kā titāna dioksīda veiktspēja ir pakārtota, lai izvirzītu lielāku pieprasījumu, titāna dioksīda pārklāšanas process ir kļuvis par svarīgu līdzekli visu veidu īpašiem titāna dioksīda veidiem, titāna dioksīda rūpniecība nepārtraukti attīstās no vispārējām precēm uz parastu. produktiem. Speciālie produkti (3) tikko laisti tirgū; titāna dioksīds tiek iedalīts divos veidos: anatāze un rutils, anatāze titāna dioksīds joprojām aizņem daļu no tirgus savas augstākās cenas dēļ, bet nozares rādītāji ar rutila titāna dioksīdu kā nākotnes attīstības tendenci joprojām ir izcili. Ķīnas titāna dioksīda produktu struktūrā rutila titāna dioksīda īpatsvars palielinās, veidojot aptuveni 57%, bet joprojām ir daudz mazāks par 90% no pasaules. Ķīnas titāna dioksīda produktu struktūra aktīvi attīstās rutila titāna dioksīda virzienā. Rezumējot, Ķīnas titāna dioksīda rūpniecība, īpaši īpaša rutila titāna dioksīda izredzes joprojām ir optimistiskas.

Titāna un titāna sakausējuma pielietojums

Titāns ir svarīga metāla konstrukcija, kas izstrādāta 1950. gados, plaši tiek izmantoti titāna sakausējumi ar zemu blīvumu, augstu īpatnējo stiprību, labu izturību pret koroziju, zemu siltumvadītspēju, netoksiskiem un nemagnētiskiem, metināmiem, bioloģiski saderīgiem, virsmas apdari utt. aviācijā, kosmosa, ķīmiskās rūpniecības, naftas, elektroenerģijas, medicīniskās aprūpes, būvniecības, sporta preču un citās jomās. Daudzas pasaules valstis ir atzinušas titāna sakausējuma materiālu nozīmi, veikušas pētniecību un izstrādi, kā arī izmantotas praksē.

Titāna un titāna sakausējuma pielietojuma jomas

2011. gadā globālās komerciālās aviācijas patēriņa īpatsvars sasniedza 46%, aizsargājošā titāna īpatsvars ir 9% (galvenokārt militārajā aviācijā), titāna patēriņa īpatsvars aviācijas jomā ir vairāk nekā 50%; rūpnieciskā titāna patēriņa īpatsvars ir 43%, bet titāna patēriņa īpatsvars jaunattīstības tirgos ir 2%.

Titāna izstrādājumu reģionālā pieprasījuma struktūrā ir acīmredzamas atšķirības.

Reģionālajā titāna produktu pieprasījuma struktūrā ir acīmredzamas atšķirības. Amerikas Savienotajās Valstīs un Eiropas Savienībā, īpaši ASV, aviācijas un aizsardzības nozares pieprasījums pēc titāna izstrādājumiem ir aptuveni 50% aviācijas un aizsardzības nozarē. Japānā pieprasījums dominē rūpnieciskajā titānā no ķīmiskās rūpniecības. Saskaņā ar Japānas titāna asociācijas datiem aviācijas un kosmosa nozare veido tikai 2-3% no Japānas titāna pieprasījuma. Diezgan līdzīgi kā situācija Japānā, lielākā daļa pieprasījuma pēc titāna izstrādājumiem nāk no ķīmijas un enerģētikas nozarēm, un kosmosa nozare veido tikai 10%. Lai gan Ķīna ir kļuvusi par vienu no pasaulē lielākajiem titāna ražotājiem un patērētājiem, liela daļa produkcijas ir ierobežota ar zemāku titāna kategoriju, ko izmanto rāmjos, golfa nūjās vai korozijizturīgos cauruļvados pašā ķīmiskajā rūpniecībā. Tomēr pēdējos gados Āzijā aviācijā izmantotā titāna daudzums ir krasi pieaudzis, tāpēc ir skaidrs, ka titāna tirgum ir gaišāka nākotne.

Globālā titāna patēriņa struktūra Ķīnas titāna patēriņa struktūra

Aviācija

Aviācijas un kosmosa jomā titāns ir koncentrēts rietumu valstīs, īpaši ASV, 60% no šajā jomā izmantotajiem titāna materiāliem. No Āzijas valstīm Japāna un Ķīna titāna laukā iegulda aptuveni 10%. Tomēr pēdējos gados, strauji attīstoties Āzijas aviācijas un kosmosa nozarei, titāna patēriņš kosmosa jomā pieaugs. Globāli aviācijas un kosmosa nozare ieņem galveno vietu titāna tirgū, un vēsturiski izmaiņas titāna nozarē ir bijušas cieši saistītas ar kosmosa nozari.

Ekonomiskā izaugsme pievieno jaunu augstu pieprasījumu, globālā titāna ražošana 2011. gadā sasniedza 14,8 miljonus tonnu, no kuriem aptuveni 6,4 miljoni tonnu komerciālās aviācijas titāna, nākotnes pieprasījums pēc globālā gaisa transporta joprojām ir milzīgs, gaidāms nākamajos 20 gados, pieprasījums pēc jaunu lidmašīnu ir aptuveni 3 miljoni, tajā pašā laikā, jauno lidmašīnu par veco lidmašīnu titāna pieprasījums, ir sagaidāms, ka 20 gadu laikā vidējais pieprasījums pēc titāna komerciālo lidmašīnu būs 40 tonnas / rāmis . Tiek prognozēts, ka nākamajos 20 gados globālais pieprasījums pēc titāna materiāliem komerciālajai aviācijai būs aptuveni 120 miljoni tonnu ar salikto gada pieauguma tempu aptuveni 17%, un vidējais gada pieprasījums pēc titāna materiāliem būs 6 miljoni tonnu. civilās aviācijas titāna materiālu jomā būs vērojama strauja izaugsme. Jauna iespēja būs arī militārās aviācijas joma; globālās ģeopolitiskās spriedzes un pieaugošo pasaules militāro izdevumu dēļ gaidāms jauns pieprasījums arī militārās aviācijas jomā.

Civilās lidmašīnas

Galvenie titāna sakausējuma lietojumi lidmašīnās ir šādi:

(1) Konstrukcijas svara samazināšana un strukturālās efektivitātes uzlabošana: uzlabotas taktiskās tehnoloģijas (piemēram, virsskaņas lidmašīnas) attiecībā uz gaisa kuģa konstrukcijas svara koeficienta prasības ir salīdzinoši zemas (ti, fizelāžas konstrukcijas svars / parasta gaisa kuģa pacelšanās svars)), un titāna sakausējums. ir stiprība, kas ir tuvu stiprā tērauda īpašībām, bet mazs blīvums, nevis konstrukciju tērauds un augstas temperatūras sakausējumi, kas ievērojami samazina konstrukcijas svaru, bet arī ietaupa izmaksas; par piemēru ņemt dzinēju. Statistika liecina, ka lidmašīnas dzinēja kvalitāte samazinās par vienu kilogramu uz katru kilogramu, izmaksas var samazināt par aptuveni 220-440 ASV dolāriem.

(2) izmantojot augstas temperatūras detaļu prasības: titāna sakausējumam ir laba karstumizturība, piemēram, Ti-6Al-4V ilgstošam darbam 350 grādu leņķī, tātad augstas temperatūras daļas (piemēram, aizmugurējā fizelāža u.c.) var aizstāt augstas temperatūras veiktspēju neatbilst alumīnija sakausējuma prasībām TC11 var būt 500 grādi ilgstošam darbam, dzinējā spiediena daļas var būt augstas temperatūras sakausējumu un nerūsējošā tērauda aizstājējs.

(3) lai izpildītu prasības par atbilstību kompozītmateriāla struktūrai: lai samazinātu svaru un atbilstu slepenības prasībām, uzlabotas lidmašīnas izmanto lielu skaitu kompozītmateriālu, titāna sakausējuma un kompozītmateriāla izturība un stingrība labāk sakrīt, jūs varat iegūt labu svara samazināšanas efekts. Tajā pašā laikā tuvākā potenciāla dēļ nav viegli radīt galvaniskās sakabes koroziju, tāpēc atbilstošās konstrukcijas sastāvdaļu un stiprinājumu daļas ir piemērotas titāna sakausējuma izmantošanai.

(4) Atbilst prasībām attiecībā uz augstu izturību pret koroziju un ilgu kalpošanas laiku: titāna sakausējumam ir augsts noguruma kalpošanas laiks un lieliska izturība pret koroziju, kas var uzlabot konstrukcijas izturību pret koroziju un kalpošanas laiku, kā arī atbilst uzlabotas aviācijas augstas uzticamības un ilga mūža prasībām. dzinēja kalpošanas laiks.

Militārās lidmašīnas

Militāro ieroču izstrāde un iepirkums turpinās attīstīties viegla un elastīga virzienā, lai izpildītu kaujas lidmašīnu kaujas veiktspējas prasības, papildus progresīvu dizaina tehnoloģiju izmantošanai ir nepieciešams arī izmantot lielu skaitu no materiāliem ar izcilu veiktspēju, kā arī progresīvām tehnoloģijām un ražošanas tehnoloģijām. . Liels skaits titāna sakausējumu, uzlaboto titāna sakausējumu pielietojuma līmeņa uzlabošana ir viens no svarīgiem pasākumiem. kopš pagājušā gadsimta 60. gadiem ārvalstu militārajās lidmašīnās izmantotā titāna daudzums gadu no gada ir pieaudzis, un titāna sakausējumu daudzums dažāda veida modernos militāros iznīcinātājos un bumbvedējos, ko konstruēja Eiropa un ASV, ir stabilizējies virs 20%, un daudzums. jauno modeļos izmantoto titāna sakausējumu īpatsvars ir stabilizējies virs 20%. Būtiski palielinājās patēriņš.

Automobiļu rūpniecība

Degvielas patēriņa samazināšana un kaitīgo atkritumu (CO2, NOX u.c.) izmešu samazināšana ir kļuvusi par vienu no galvenajiem tehnoloģiskā progresa dzinējspēkiem un virzieniem automobiļu rūpniecībā. Pētījumi liecina, ka vieglā svara samazināšana ir efektīvs pasākums degvielas taupīšanai un piesārņojuma samazināšanai. Samazinot automašīnas masu par 10%, degvielas patēriņu var samazināt par 8%-10%, un izplūdes gāzu emisijas var samazināt par 10%. Braucot, uzlabojas transportlīdzekļa paātrinājuma veiktspēja, uzlabojas transportlīdzekļa stabilitāte, troksnis un vibrācijas. Ņemot vērā sadursmes drošības apsvērumus, pēc tam, kad transportlīdzekļa svars ir mazs, inerce ir maza un bremzēšanas ceļš ir samazināts.

Vieglie materiāli, piemēram, alumīnijs, magnijs, titāns un citi alternatīvi materiāli, piemēram, alumīnijs, magnijs, titāns utt., ir vēlamā vieglā svara metode. 2009. gadā pasaulē titāna izmantošana automobiļos ir sasniegusi 3000 tonnu. Titāna pielietojumā automobiļos ir daudzu gadu vēsture, šobrīd gandrīz visi automobiļi izmanto titānu, Japānas automobiļi ar titānu ir vairāk nekā 600 tonnas, attīstoties pasaules automobiļu rūpniecībai, automašīnu ar titānu joprojām strauji pieaug.

Titāna izmantošanas priekšrocības ir: samazināt svaru, samazināt degvielas patēriņu; uzlabot enerģijas pārvades efektivitāti, samazināt troksni; samazināt vibrāciju, samazināt slodzi; uzlabot automašīnas izturību un vides aizsardzību.

Medicīnas nozare

Titāna savienojuma skrūves Titānam ir plašs pielietojumu klāsts medicīnas jomā. Titāns ir tuvu cilvēka kauliem, bioloģiski saderīgs un tam nav toksisku blakusparādību uz cilvēka ķermeni. Cilvēka implants ir īpašs funkcionāls materiāls, kas ir cieši saistīts ar cilvēka dzīvību un veselību. Salīdzinot ar citiem metāla materiāliem, titāna un titāna sakausējumu izmantošanai ir šādas priekšrocības: 1. mazs svars; zems elastības modulis; 3. nemagnētisks; 4. netoksisks; 5. izturība pret koroziju; 6. augsta izturība un stingrība. Titāna sakausējumu izmantošana ķirurģiskajos implantos pieaug par 5-7% gadā. Titāna un titāna sakausējuma augšstilba kauls, gūžas locītavas, plecu kauls, galvaskauss, ceļu locītavas, elkoņu locītavas, plecu locītavas, metakarpofalangeālās locītavas, žokļi un sirds vārstuļi, nieru diferenciācijas membrānas, vazodilatatori, šinas, protēzes, savilkšanas skrūvju ražošana tiks pārstādīti cilvēka ķermenī simtiem metāla detaļu un sasniedza labus rezultātus, kā arī ieguva augstu novērtējumu medicīnas aprindās.

Ķīmiskā rūpniecība

Titānam ir lieliska izturība pret koroziju, mehāniskās īpašības un procesa veiktspēja, ko plaši izmanto daudzās tautsaimniecības nozarēs. Īpaši ķīmiskajā ražošanā titāns nerūsējošā tērauda vietā, sakausējumi uz niķeļa bāzes un citi reti metāli kā korozijizturīgi materiāli. Tas ir ļoti svarīgi, lai palielinātu ražošanu, uzlabotu produktu kvalitāti, pagarinātu iekārtu kalpošanas laiku, samazinātu patēriņu, samazinātu enerģijas patēriņu, samazinātu izmaksas, novērstu piesārņojumu, uzlabotu darba apstākļus un palielinātu darba ražīgumu.

Titāns ir kļuvis par vienu no galvenajiem pretkorozijas materiāliem ķīmiskajās iekārtās un ir izveidojis savu izturību pret koroziju ķīmiskajās rūpnīcās. Titāns kā ideāls materiāls ķīmiskajās iekārtās, bet arī arvien vairāk inženieru un tehniķu uzmanības.

Pēc vairāku gadu veicināšanas titāns un tā sakausējumi kā izcili korozijizturīgi materiāli ir plaši izmantoti ķīmiskajā ražošanā. Titāna iekārtu pielietojums ir paplašināts no sākotnējās sodas pelnu, kaustiskās sodas rūpniecības uz hlorātu, amonija hlorīdu, urīnvielu, organisko sintēzi, krāsvielām, neorganiskajiem sāļiem, pesticīdiem, sintētiskajām šķiedrām, mēslojumu, smalko ķīmisko rūpniecību utt. iekārtu skaits ir izstrādāts no maziem un vienreizējiem līdz lieliem un daudzveidīgiem.

Aptaujas rezultāti liecina, ka titāna siltummaiņi veidoja 57%, titāna anodi – 20%, titāna konteineri – 16%, bet citi – 7%. Ķīmiskajā rūpniecībā ar "divām bāzēm" lielākais titāna siltummaiņu daudzums ķīmiskajās iekārtās.

Pēdējos gados Ķīnas titāna materiālu ražošanas tehnoloģija ir strauji attīstījusies, kosmosa titāns, militārais titāns, titāns transportlīdzekļiem un cita ļoti strauja izaugsme, īpaši kosmosa jomā, ir tendence panākt ķīmisko rūpniecību. . Kopumā ķīmiskā rūpniecība ar titāna tehnoloģiju saturu ir maza, zemas pievienotās vērtības produkti, ķīmiskās rūpniecības īpatsvars ar titānu noteikti pakāpeniski samazināsies.

Jūras inženierija

Attīstoties zinātnei un tehnoloģijām un pieaugot zemes resursu izsīkšanai, cilvēka attīstība un okeāna izmantošana ir iekļauta darba kārtībā. Titānam ir lieliska jūras ūdens izturība pret koroziju, ko plaši izmanto jūras ūdens atsāļošanā, kuģos, okeāna siltumenerģijas attīstībā un jūras gultnes resursu ieguvē un citās jomās.

Ledlauzis jau pagājušā gadsimta sešdesmitajos gados Ķīna sāka pētīt titāna un titāna sakausējumu pielietojumu kuģos un kuģu inženiertehniskajās iekārtās, un ir paveicis daudz darba, būtībā ir izveidojis vairākas kategorijas, dažādas īpašības, pilnīgas titāna sakausējumu specifikācijas. kuģiem. Sistēma. Tā kā titānam un titāna sakausējumiem pašiem ir unikālas priekšrocības kuģu un kuģu aprīkojuma lietošanā, tos plaši izmanto kodolzemūdenēs, zemūdenēs, atomu ledlaužos, zemūdens spārnos, gaisa kuģos, mīnu meklētājos un propelleros, jūras ūdenī, kondensatoros, siltummaiņos un tā tālāk.

Kuģu lietojumos pašreizējais titāna izmantojums Ķīnā ir ļoti mazs, veidojot mazāk nekā 1% no kuģa kopējā svara.

Titānam un titāna sakausējumam kuģu un kuģu inženiertehnisko iekārtu jomā ir liels attīstības potenciāls. Un atsāļošanas un piekrastes spēkstacijā, ņemot vērā Ķīnas pašreizējo atsāļošanu un piekrastes spēkstaciju tirgus pieprasījums ir milzīgs, lai vēl vairāk samazinātu titāna sakausējuma izmaksas un uzlabotu produktu kvalitātes stabilitāti, titāna sakausējuma tirgus izredzes būs ļoti plašas. . Ļoti plašs.

Ikdienas dzīve

Titānu ļoti plaši izmanto ikdienas dzīvē, var teikt, ka tas ir visur, piemēram, uz titāna tiks uzklātas golfa galviņas, velosipēdu rāmji, tenisa raketes, ratiņkrēsli, briļļu rāmji un tā tālāk.

Pamatojoties uz sportā izmantotā vieglā un augstas izturības titāna īpašībām, sākot no senākajām tenisa raketēm, badmintona rakete pakāpeniski paplašinājās līdz golfa nūjām un sporta automašīnu sacīkstēm. 2008. gadā Ķīnas brīvā laika sporta patēriņš veidoja 13% no kopējā titāna patēriņa, tikai golfa nūjās un šahtās izmantotais titāna daudzums pārsniedz 1,000 tonnas. Ļoti populāri ir arī no titāna izgatavoti velosipēdu rāmji, ir gandrīz 50 uzņēmumu, kas ražo titāna velosipēdus, ASV ir bijusi lielākā titāna velosipēdu ražotāja un patērētāja. Titāna vieglās īpašības tiek izmantotas briļļu rāmjos, un titānam nav viegli izraisīt ādas alerģiju, un titāna virsmai pēc anodiskās apstrādes var būt krāsains efekts, tāpēc tas tiek izmantots rāmjos kopš 1980. gadiem.