鈦金屬外觀(guān)似鋼，具有銀灰光澤，是一種過(guò)渡金屬，在過(guò)去一段時(shí)間內(nèi)人們一直認(rèn)為它是一種稀有金屬。其實(shí)，鈦并不稀有，鈦在地殼中約占總重量的0.42%，是銅、鎳、鉛、鋅的總量的16倍。在金屬世界里排行第七，含鈦的礦物多達(dá)70多種。鈦的強(qiáng)度大，密度小，硬度大，熔點(diǎn)高，抗腐蝕性很強(qiáng)；高純度鈦具有良好的可塑性，但當(dāng)有雜質(zhì)存在時(shí)會(huì)變得脆而硬。

一、鈦的地理分布

我國(guó)探明的鈦資源分布在21個(gè)省(自治區(qū)、直轄市)共108個(gè)礦區(qū)。主要產(chǎn)區(qū)為四川，次有河北、海南、廣東、湖北、廣西、云南、陜西、山西等省(區(qū))。

鈦磁鐵礦巖礦

主要礦床分布在四川省的攀枝花和紅格，米易的白馬，西昌的太和；河北省承德的大廟、黑山，豐寧的招兵溝，崇禮的南天門(mén)；山西省左權(quán)的桐峪；陜西省洋縣的畢機(jī)溝；新疆的尾亞；河南省舞陽(yáng)的趙案莊；廣東省興寧的霞嵐；黑龍江省的呼瑪；北京市昌平的上莊和懷柔的新地。其中四川省儲(chǔ)量(TiO2 44256.32萬(wàn)t)占全國(guó)同類(lèi)儲(chǔ)量(TiO2 46522.83萬(wàn)t)的95.1%。

金紅石巖礦

主要礦床分布在湖北省棗陽(yáng)的大阜山；山西省代縣的碾子溝；河南省新縣的楊沖；山東省萊西縣的劉家莊。其中湖北省金紅石(TiO2)儲(chǔ)量(534.43萬(wàn)t)占全國(guó)同類(lèi)儲(chǔ)量(750.86萬(wàn)t)的71.2%，山西省(154.79萬(wàn)t)占20.6%，陜西省(44.4萬(wàn)t)占5.9%。

鈦礦資源

截至1995年底，世界金紅石(包括銳鈦礦)儲(chǔ)量和儲(chǔ)量基礎(chǔ)分別為3330萬(wàn)t和16440萬(wàn)t，資源總量約2.3億t(TiO2含量，下同)，主要集中在南非、印度、斯里蘭卡、澳大利亞。

世界鈦鐵礦(TiO2)儲(chǔ)量和儲(chǔ)量基礎(chǔ)分別為2.743億t和4.353億t，資源總量約10億t；主要集中在南非、挪威、澳大利亞、加拿大和印度。

若將中國(guó)1996年保有鈦鐵礦砂礦的A+B+C級(jí)礦物儲(chǔ)量?jī)H占同年世界鈦鐵礦(TiO2)的3.83%；若再將其與原生鈦磁鐵礦巖礦(TiO2)的A+B+C級(jí)儲(chǔ)量中可利用的約占50%以粒狀鈦鐵礦產(chǎn)出的(TiO2)儲(chǔ)量相加，其TiO2總儲(chǔ)量為12626.6萬(wàn)t，則占同年世界鈦鐵礦(TiO2)儲(chǔ)量的47.76%，從這個(gè)意義上說(shuō)，我國(guó)可稱(chēng)為世界鈦鐵礦資源最豐富的國(guó)家。

若將中國(guó)1996年保有金紅石礦物的A+B+C級(jí)儲(chǔ)量按含TiO2折算成TiO2儲(chǔ)量，再加上同年金紅石(TiO2)的A+B+C級(jí)儲(chǔ)量，合計(jì)為311.74萬(wàn)t，則占同年世界金紅石(TiO2)儲(chǔ)量的9.36%，由此可見(jiàn)中國(guó)金紅石資源并不豐富。

二、鈦的相關(guān)化合物

重要的鈦化合物有：二氧化鈦(TiO2)、四氯化鈦(TiCl4)、偏鈦酸鋇(BaTiO3)。

二氧化鈦

純凈的二氧化鈦是白色粉末，是優(yōu)良的白色顏料，商品名稱(chēng)“鈦白”。它兼有鉛白(PbCO3)的遮蓋性能和鋅白(ZnO)的持久性能。因此，人們常把鈦白加在油漆中，制成高級(jí)白色油漆；在造紙工業(yè)中作為填充劑加在紙漿中；紡織工業(yè)中作為人造纖維的消光劑；在玻璃、陶瓷、搪瓷工業(yè)上作為添加劑，改善其性能；在許多化學(xué)反應(yīng)中用作催化劑。在化學(xué)工業(yè)日益發(fā)展的今天，二氧化鈦及鈦系化合物作為精細(xì)化工產(chǎn)品，有著很高的附加價(jià)值，前景十分誘人。

四氯化鈦

四氯化鈦是一種無(wú)色液體；熔點(diǎn)250K、沸點(diǎn)409K，有制激性氣味。它在水中或潮濕的空氣中都極易水解，冒出大量的白煙。

TiCl4+3H2O=H2TiO3+4HCl

因此TiCl4在軍事上作為人造煙霧劑，尤其是用在海洋戰(zhàn)爭(zhēng)中。在農(nóng)業(yè)上，人們用TiCl4形成的濃霧地面，減少夜間地面熱量的散失，保護(hù)蔬菜和農(nóng)作物不受?chē)?yán)寒、霜凍的危害。

偏鈦酸鋇

將TiO2和BaCO3一起熔融制得偏鈦酸鋇：

TiO2+BaCO3=BaTiO3+CO2

人工制得的BaTiO3具有高的介電常數(shù)，由它制成的電容器有較大的容量，更重要的是BaTiO3具有顯著的“壓電性能”，其晶體受壓會(huì)產(chǎn)生電流，一通電，又會(huì)改變形狀。人們把它置于超聲波中，它受壓便產(chǎn)生電流，通過(guò)測(cè)量電流強(qiáng)弱可測(cè)出超聲波強(qiáng)弱。幾乎所有的超聲波儀器中都要用到它。隨著鈦酸鹽的開(kāi)發(fā)利用，它愈來(lái)愈廣泛地用來(lái)制造非線(xiàn)性元件、介質(zhì)放大器、電子計(jì)算機(jī)記憶元件、微型電容器、電鍍材料、航空材料、強(qiáng)磁、半導(dǎo)體材料、光學(xué)儀器、試劑等。

三、鈦的冶煉

鈦在1791年被發(fā)現(xiàn)，而一次制得純凈的鈦卻是在1910年，中間經(jīng)歷了一百余年。原因在于：鈦在高溫下性質(zhì)十分活潑，很易和氧、氮、碳等元素化合，要提煉出純鈦需要十分苛刻的條件。

工業(yè)上常用硫酸分解鈦鐵礦的方法制取二氧化鈦，再由二氧化鈦制取金屬鈦。濃硫酸處理磨碎的鈦鐵礦(精礦)，發(fā)生下面的化學(xué)反應(yīng):

FeTiO3+3H2SO4=Ti(SO4)2+FeSO4+3H2O

FeTiO3+2H2SO4=TiOSO4+FeSO4+2H2O

FeO+H2SO4=FeSO4+H2O

Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O

為了除去雜質(zhì)Fe2(SO4)3，加入鐵屑，F(xiàn)e3+還原為Fe2+，然后將溶液冷卻至273K以下，使得FeSO4·7H2O(綠礬)作為副產(chǎn)品結(jié)晶析出。

Ti(SO4)2和TiOSO4水解析出白色的偏鈦酸沉淀，反應(yīng)是：

Ti(SO4)2+H2O=TiOSO4+H2SO4

TiOSO4+2H2O=H2TiO3+H2SO4

煅燒偏鈦酸即制得二氧化鈦：

H2TiO3=TiO2+H2O

工業(yè)上制金屬鈦采用金屬熱還原法還原四氯化鈦。將TiO2(或天然的金紅石)和炭粉混合加熱至1000-1100K，進(jìn)行氯化處理，并使生成的TiCl4蒸氣冷凝。

TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO

在1070K用熔融的鎂在氬氣中還原TiCl4可得多孔的海綿鈦:

TiCl4+2Mg=2MgCl2+Ti

這種海綿鈦經(jīng)過(guò)粉碎、放入真空電弧爐里熔煉，最后制成各種鈦材。

四、鈦的產(chǎn)品

鈦及鈦合金是極其重要的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料,在航空、航天、車(chē)輛工程、生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。

材質(zhì)：碘化鈦，工業(yè)純鈦，α型鈦，β型鈦，α+β型鈦，類(lèi)型包括有鈦絲、鈦網(wǎng)、鈦管、鈦片、鈦箔。

鈦網(wǎng)：應(yīng)用于一些儀器以及裝置，起過(guò)濾作用。

鈦絲：除了工業(yè)上的應(yīng)用，高級(jí)鈦絲還應(yīng)用于一些植入和美容手術(shù)。

鈦管：應(yīng)用于工業(yè)、機(jī)械上。

鈦片：應(yīng)用于骨骼上的植入，外科接骨手術(shù)與生物植入公司。

鈦箔：應(yīng)用同上，鈦箔是更薄的鈦片，厚度在0.1mm以下。

五、鈦的特異性質(zhì)及用途

純鈦是銀白色的金屬，它具有許多優(yōu)良性能。鈦的密度為4.54g/cm3，比鋼輕43%，鈦的比重僅是鐵的1/2，比久負(fù)盛名的輕金屬鎂稍重一些。機(jī)械強(qiáng)度卻與鋼相差不多，比鋁大兩倍，比鎂大五倍，像銅一樣經(jīng)得起錘擊和拉延。鈦耐高溫，熔點(diǎn)1942K，比黃金高近1000K，比鋼高近500K。

在超低溫世界里，鈦會(huì)變得更為堅(jiān)硬，并有超導(dǎo)體的性能，鋼則變得脆弱無(wú)能。

鈦有很強(qiáng)的耐酸堿腐蝕能力，在海水中浸泡5年不銹蝕，鋼鐵在海水中則會(huì)腐蝕變質(zhì)。用鈦合金為船只制造外殼，海水無(wú)法腐蝕它。用鈦合金制成的“鈦潛艇”，既能抗海水腐蝕，又能抗深層壓力，其下潛深度比不銹鋼潛艇增加80%，可潛入4500米的深度，一般鋼鐵潛艇在超過(guò)300米就容易被水壓壓壞。同時(shí)，鈦無(wú)磁性，不會(huì)被水雷發(fā)現(xiàn)，具有很好的反監(jiān)視作用。

“鈦飛機(jī)”堅(jiān)實(shí)又輕便，一架大型鈦客機(jī)可比其它金屬制成同樣重的普通飛機(jī)多載100余人，飛機(jī)時(shí)速每小時(shí)可超過(guò)300千米，鋁合金飛機(jī)最多是240千米。

在航天事業(yè)中，鈦可制成飛船的“外衣”，防高溫的侵襲。鈦和鎳組成的合金，被稱(chēng)為“記憶合金”。這種合金制成預(yù)先確定的形狀,再經(jīng)定型處理后,若受外力變形，只要稍微加熱便可恢復(fù)原來(lái)的面貌。這種合金已在不少領(lǐng)域得到應(yīng)用。如飛船上用的天線(xiàn)，就是這種記憶合金；上海一醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院已將這種記憶合金用于婦女絕育手術(shù)中；另外還可用于儀表、電子裝置等領(lǐng)域。

利用鈦和鋯對(duì)空氣的強(qiáng)大吸收力，可以除去空氣，造成真空。用鈦鋯合金制成的真空泵，可以把空氣抽到只剩下十億分之一。

碳化鈦(TiC)頗像碳化鐵，具有金屬光澤?？伤忍蓟F具有更高的熔點(diǎn)和更高的硬度。所以,它有著實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

用鈦制器皿保存食物，器皿不會(huì)被腐蝕產(chǎn)生離子，食物能保持原有風(fēng)味；鈦制炊具既輕巧又強(qiáng)度高,還不會(huì)生銹，最合科學(xué)衛(wèi)生。

用鈦合金制成的高壓容器，能夠耐受2500個(gè)大氣壓的高壓。

鈦具有“親生物”性。在人體內(nèi)，能抵抗分泌物的腐蝕且無(wú)毒，對(duì)任何殺菌方法都適應(yīng)。鈦在外科醫(yī)療手術(shù)上的應(yīng)用，也非常引人入勝。使用不銹鋼有一個(gè)缺點(diǎn)，就是接骨愈合之后，要把不銹鋼片再取出來(lái)，這是件十分痛苦的事。不然,不銹鋼會(huì)因生銹而對(duì)人體產(chǎn)生危害。如果改用鈦制的“人造骨骼”將使骨科技術(shù)完全改觀(guān)。在骨頭損壞的地方,用鈦片與鈦螺絲釘，過(guò)了幾個(gè)月，骨頭就會(huì)重新生長(zhǎng)在鈦片的小孔與螺絲里,新的肌肉纖維就環(huán)包在鈦的薄片上，鈦骨骼宛如真正的骨骼一樣和血肉相聯(lián)，起到支撐和加固作用，維系著人體的正常活動(dòng)。所以，鈦被人們贊譽(yù)為“親生物金屬”，被廣泛用于制醫(yī)療器械，用于制人造髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肋關(guān)節(jié)、頭蓋骨、主動(dòng)心瓣、骨骼固定夾等方面。

在煉鋼工業(yè)中，少量鈦是良好的脫氧、除氮及除硫劑。液態(tài)鈦幾乎能溶解所有的金屬，因此可以和多種金屬形成合金。鈦加入鋼中制得的鈦鋼堅(jiān)韌而富有彈性。鈦與金屬Al、Sb、Be、Cr、Fe等生成填隙式化合物或金屬間化合物。

鈦酸鋇晶體被廣泛應(yīng)用于超聲波儀器和水底探測(cè)器中。這是因?yàn)榫哂惺軌簲馗淖冃螤顣r(shí)，會(huì)產(chǎn)生電流；一旦通電又會(huì)改變形狀。把鈦酸鋇放在超聲波中，它受壓便會(huì)產(chǎn)生電流，由它所產(chǎn)生的電流的大小可以測(cè)知超聲波的強(qiáng)弱；相反，用高頻電流通過(guò)它，則可以產(chǎn)生超聲波。

在用金色裝飾工藝品和日用品中，由于它們的硬度低、容易刺破和磨損，不能耐久。當(dāng)在這些物質(zhì)的表面鍍一層氮化鈦時(shí)，外觀(guān)幾乎和黃金的鍍層一模一樣，而比黃金以及硬質(zhì)合金更耐磨，這種鍍層被譽(yù)為具有“永不磨損性”。

有機(jī)鈦聚合物，可用作表面活性劑、分散劑、抗水劑或防銹劑。

人類(lèi)使用的四個(gè)系列的貯氫金屬中，鈦系是其中一種，也是比較便宜的一種，但人類(lèi)還沒(méi)有找到更理想的“貯氫金屬”，一旦這個(gè)問(wèn)題解決了，人們就可以用氫做燃料。

鈦屬于化學(xué)性質(zhì)比較活潑的金屬。加熱時(shí)能與O2、N2、H2、S和鹵素等非金屬作用。但在常溫下，鈦表面易生成一層極薄的致密的氧化物保護(hù)膜，可以抵抗強(qiáng)酸甚至王水的作用，表現(xiàn)出強(qiáng)的抗腐蝕性。因此，一般金屬在酸的溶液中變得千瘡百孔而鈦卻安然無(wú)恙。

鈦在人體中分布廣泛，正常人體中的含量為每70kg體重不超過(guò)15mg，其作用尚不清楚。但鈦能刺激吞噬細(xì)胞，使免疫力增強(qiáng)這一作用已被證。