Použitie a aplikácie titánu

Titánový priemyselný reťazec možno rozdeliť do nasledujúcich štyroch častí:

1 Primárne spracovanie titánovej rudy, rutilu atď. a získanie koncentrátov vyššej kvality fyzikálnymi metódami.

2 Vysoko čistý oxid titaničitý sa pripravuje spracovaním a čistením koncentrátov a používa sa v priemysle oxidu titaničitého.

Oxid titaničitý produkuje chlorid titaničitý pomocou oxidácie, redukcie a iných procesov na výrobu titánovej huby

4. Odlievanie titánovej špongie na získanie hustej kryštálovej štruktúry titánových ingotov, používaných pri výrobe titánu a titánových zliatin.

Titánová špongia

Titánová špongia

Titánová špongia označuje redukciu chloridu titaničitého horčíkom alebo sodíkom na získanie titánovej špongie s čistotou 98,5 %-99,7 %. Je to najdôležitejšia surovina pri výrobe titánového priemyslu. Titánová špongia je proces výroby primárnych produktov z titánového kovu, po ďalšom odlievaní tohto priemyselného čistého titánu je potrebné získať titánový ingot a možno ho spracovať na zodpovedajúci titán alebo zliatinu titánu.

Príprava titánovej huby: hlavne metóda tepelnej redukcie horčíkom (metóda Kroll), metóda redukcie sodíka (metóda Hunt) a elektrolýza roztavenej soli. Výhodou metódy redukcie horčíka je, že horčík je možné recyklovať. V porovnaní s tým je kvalita produktu lepšia a obsah kovových nečistôt nižší, ale výrobná kapacita jednej pece je menšia a spotreba sodíka je väčšia. A elektrolýza roztavenej soli je stále v polopriemyselnom experimentálnom štádiu.

Oxid titaničitý a jeho aplikácia

Oxid titaničitý

Oxid titaničitý, vedecky známy ako oxid titaničitý (TiO2), je veľmi stabilný oxid s vynikajúcimi optickými a pigmentovými vlastnosťami, ktorý sa používa hlavne ako biele anorganické pigmenty. Je netoxický, má najlepšiu kryciu schopnosť, najlepšiu belosť a jas a je považovaný za biely pigment s najlepšími vlastnosťami na svete, ktorý je široko používaný v priemysle náterov, plastov, výroby papiera, tlačiarenských farieb, chemické vlákno, guma, kozmetika a pod.

Čína oblasti aplikácie oxidu titaničitého globálna distribúcia aplikácie oxidu titaničitého

Metódy priemyselnej výroby kyseliny sírovej a chlorácie oxidu titaničitého: technológia výroby kyseliny sírovej je vyspelá, jednoduché zariadenie, ale nevýhodou je, že výrobný proces a znečistenie životného prostredia je vážne; Technológia chlorácie je pokročilá, veľká výrobná kapacita, vysoká kvalita produktu, belosť a rozsah distribúcie veľkosti častíc je úzky. Zároveň je možné recyklovať aj chlór, nevýhodou sú príliš prísne požiadavky na suroviny, surovinou musí byť prírodný alebo syntetický rutil a titánová troska s obsahom TiO2 90%-95%.

Proces kyseliny sírovej na výrobu oxidu titaničitého

Proces výroby kyseliny sírovej oxidu titaničitého

Proces výroby oxidu titaničitého metódou chlorácie

Proces výroby oxidu titaničitého metódou chlorácie

Oxid titaničitý má tri typy kryštálov: rutil, anatas a platňa. Doskový titánový typ nemožno použiť ako pigment v priemysle, hlavné používané pigmenty sú anatas a rutilový oxid titaničitý.

Rutilový oxid titaničitý má výhody vysokej čistoty, jemných a rovnomerných častíc, dobrých optických vlastností, silnej refrakčnej sily, vysokej achromatickej sily, silnej krycej schopnosti, nízkej absorpcie oleja, vodnej disperzie atď. Používa sa hlavne v priemysle náterov, výroba tlačiarenských farieb, chemických vlákien, gumy, skla, kozmetiky, mydla, plastov a papiera. Rutilový oxid titaničitý má nielen výhody anatasového oxidu titaničitého, ale má aj lepšiu odolnosť voči poveternostným vplyvom a kryciu schopnosť, používa sa hlavne vo vysoko kvalitných priemyselných farbách, lesklých latexových farbách, plastoch, vysokej farbiacej sile a rýchlej spotrebe gumových materiálov, pokročilých papierových náteroch z výkonu pigmentu je oxid titaničitý rutil lepší ako oxid titaničitý anatas, oxid titaničitý rutil na povrchu produktu na povrchovú úpravu väčšinu roku 2010 v Číne. V roku 2010 bolo celkové množstvo rutilového oxidu titaničitého v Číne 57 %, čo je hlboko pod svetovou úrovňou 90 %. V budúcnosti má podiel rutilového oxidu titaničitého v Číne stále väčší priestor na zlepšenie.

V súčasnosti priemysel oxidu titaničitého zažíva tri hlavné úpravy: (1) svetový rast produkcie oxidu titaničitého je relatívne pomalý, zatiaľ čo v ázijsko-tichomorskom regióne, najmä v Číne, je rast produkcie oxidu titaničitého rýchlejší, svetový priemysel oxidu titaničitého v Ázii -Tichomorský región, najmä čínsky prenos trendu je zrejmý; (2) s následnou výkonnosťou oxidu titaničitého, aby sa zvýšil dopyt, sa proces poťahovania oxidom titaničitým stal dôležitým prostriedkom všetkých druhov špeciálnych typov oxidu titaničitého, priemysel oxidu titaničitého sa neustále rozvíja od všeobecného tovaru k bežnému Produkty. Špeciálne produkty (3) boli práve uvedené na trh; oxid titaničitý sa delí na dva typy: anatas a rutil, oxid titaničitý anatas stále zaberá časť podielu na trhu kvôli svojej vyššej cene, ale výkonnosť priemyslu s oxidom titaničitým rutilom ako budúcim trendom vývoja je stále vynikajúca. V čínskej produktovej štruktúre oxidu titaničitého sa podiel rutilového oxidu titaničitého zvyšuje, čo predstavuje približne 57 %, ale stále je hlboko pod podielom 90 % na svete. Čínska štruktúra produktu oxidu titaničitého sa aktívne rozvíja smerom k rutilovému oxidu titaničitému. Stručne povedané, čínsky priemysel oxidu titaničitého, najmä vyhliadky na špeciálny rutilový oxid titaničitý, je stále optimistický.

Aplikácia titánu a titánovej zliatiny

Titán je dôležitá kovová štruktúra vyvinutá v 50-tych rokoch minulého storočia, široko používané sú titánové zliatiny s nízkou hustotou, vysokou špecifickou pevnosťou, dobrou odolnosťou proti korózii, nízkou tepelnou vodivosťou, netoxické a nemagnetické, zvárateľné, biokompatibilné, povrchové dekorácie atď. v letectve, kozmonautike, chemickom priemysle, ropnom priemysle, elektroenergetike, lekárskej starostlivosti, stavebníctve, športovom tovare a ďalších oblastiach. Mnoho krajín sveta uznalo dôležitosť materiálov zliatiny titánu, uskutočnili výskum a vývoj a boli aplikované v praxi.

Oblasti použitia titánu a titánových zliatin

V roku 2011 podiel celosvetovej spotreby komerčného letectva dosiahol 46 %, podiel ochranného titánu je 9 % (hlavne vojenské letectvo), podiel spotreby titánu v oblasti letectva je viac ako 50 %; podiel priemyselnej spotreby titánu je 43 % a podiel spotreby titánu na rozvíjajúcich sa trhoch je 2 %.

Existujú zjavné rozdiely v štruktúre regionálneho dopytu po titánových výrobkoch.

V štruktúre dopytu po regionálnom titánovom produkte sú zjavné rozdiely. V Spojených štátoch a Európskej únii, najmä v Spojených štátoch, je dopyt v leteckom a obrannom priemysle po titánových výrobkoch približne 50 % v leteckom a obrannom priemysle. V Japonsku dominuje dopytu priemyselný titán z chemického priemyslu. Podľa Japan Titanium Association predstavuje letecký priemysel len 2-3 % japonského dopytu po titáne. Podobne ako v Japonsku, väčšina dopytu po titánových produktoch pochádza z chemického a energetického sektora, pričom letecký priemysel predstavuje len 10 %. Aj keď sa Čína stala jedným z najväčších svetových producentov a spotrebiteľov titánu, veľká časť produkcie sa obmedzila na nižšie triedy titánu na použitie v rámoch, golfových paličkách alebo potrubiach odolných voči korózii pre samotný chemický priemysel. V posledných rokoch sa však množstvo titánu používaného v letectve v Ázii dramaticky zvýšilo, takže je jasné, že trh s titánom čaká svetlejšiu budúcnosť.

Globálna štruktúra spotreby titánu Čína Štruktúra spotreby titánu

Letectvo a kozmonautika

V oblasti letectva a kozmonautiky sa titán sústreďuje v západných krajinách, najmä v Spojených štátoch, 60 % titánových materiálov používaných v tejto oblasti. Spomedzi ázijských krajín investujú Japonsko a Čína do titánového poľa približne 10 %. V posledných rokoch však s rýchlym rozvojom ázijského leteckého priemyslu spotreba titánu v leteckom a kozmickom priemysle vzrastie. Globálne zaberá letecký priemysel kľúčové postavenie na trhu s titánom a historicky zmeny v titánovom priemysle úzko súviseli s leteckým priemyslom.

Ekonomický rast pridáva nový vysoký dopyt, celosvetová produkcia titánu dosiahla v roku 2011 14,8 milióna ton, z toho asi 6,4 milióna ton titánu komerčného letectva, budúci dopyt po globálnej leteckej doprave je stále obrovský, očakáva sa v najbližších 20 rokoch dopyt po nové lietadlá je asi 3 milióny, v rovnakom čase, nové lietadlá na staré lietadlá dopyt titánu, sa očakáva, že do 20 rokov bude priemerný dopyt po titánu v komerčných lietadlách bude 40 ton / rám . Predpokladá sa, že v nasledujúcich 20 rokoch bude celosvetový dopyt po titánových materiáloch pre komerčné letectvo predstavovať približne 120 miliónov ton s ročným tempom rastu približne 17 % a priemerným ročným dopytom po titánových materiáloch 6 miliónov ton. oblasti titánových materiálov civilného letectva vykážu rýchly rast. Novou príležitosťou bude aj oblasť vojenského letectva; v dôsledku globálneho geopolitického napätia a zvýšených svetových vojenských výdavkov sa očakáva, že nový dopyt zaznamená aj oblasť vojenského letectva.

Civilné lietadlá

Hlavné použitia titánovej zliatiny v lietadlách sú nasledovné:

(1) Zníženie konštrukčnej hmotnosti a zlepšenie konštrukčnej účinnosti: výkon pokročilých taktických technológií (ako sú nadzvukové lietadlá) vzhľadom na požiadavky na koeficient hmotnosti konštrukcie lietadla sú relatívne nízke (tj: konštrukčná hmotnosť trupu / vzletová hmotnosť bežného lietadla) a zliatina titánu má pevnosť blízku charakteristikám silnej ocele, ale malú hustotu namiesto konštrukčnej ocele a vysokoteplotných zliatin, čo výrazne znižuje hmotnosť konštrukcie, ale tiež šetrí náklady; ako príklad uvediem motor. Štatistiky ukazujú, že kvalita leteckého motora sa znižuje o jeden kilogram na každý kilogram, použitie nákladov sa môže znížiť o približne 220-440 amerických dolárov.

(2) s použitím požiadaviek na vysokoteplotné diely: zliatina titánu má dobrú tepelnú odolnosť, ako napríklad Ti-6Al-4V pre dlhodobú prácu pri 350 stupňoch, takže v rovine vysokoteplotné časti (ako zadná časť trupu a pod.) môžu byť náhradou za vysokoteplotný výkon nespĺňa požiadavky hliníkovej zliatiny TC11 môže byť 500 stupňov pre dlhodobú prácu, v motore môžu byť natlakované časti náhrada za vysokoteplotné zliatiny a nehrdzavejúcu oceľ.

(3) na splnenie požiadaviek na prispôsobenie sa kompozitnej štruktúre: s cieľom znížiť hmotnosť a splniť požiadavky na utajenie, pokročilé lietadlá používajú veľké množstvo kompozitných materiálov, zliatina titánu a pevnosť a tuhosť kompozitného materiálu sa lepšie zhodujú, môžete získať dobrú účinok redukcie hmotnosti. Zároveň vzhľadom na užší potenciál nie je ľahké vytvárať koróziu galvanickej spojky, takže zodpovedajúce časti konštrukčných komponentov a spojovacích prvkov sú vhodné na použitie titánovej zliatiny.

(4) Spĺňajte požiadavky na vysokú odolnosť proti korózii a dlhú životnosť: zliatina titánu má vysokú únavovú životnosť a vynikajúcu odolnosť proti korózii, čo môže zlepšiť odolnosť proti korózii a životnosť konštrukcie a spĺňať požiadavky vysokej spoľahlivosti a dlhej životnosti pokročilého letectva. životnosť motora.

Vojenské lietadlá

Vývoj a obstarávanie vojenských zbraní sa bude aj naďalej vyvíjať v smere ľahkých a flexibilných, aby boli splnené požiadavky na bojové výkony stíhacích lietadiel, okrem využitia pokrokovej konštrukčnej techniky je potrebné použiť aj veľké množstvo materiálov s vynikajúcim výkonom, ako aj pokročilou technológiou a výrobnou technológiou. . Veľký počet titánových zliatin, zlepšenie aplikačnej úrovne pokročilých titánových zliatin je jedným z dôležitých opatrení. od 60. rokov 20. storočia sa množstvo titánu používaného v zahraničných vojenských lietadlách z roka na rok zvyšovalo a množstvo titánových zliatin v rôznych typoch vyspelých vojenských stíhačiek a bombardérov navrhnutých Európou a Spojenými štátmi sa ustálilo nad 20 % a množstvo titánových zliatin používaných v nových modeloch sa ustálila nad 20 %. Výrazný nárast zaznamenala spotreba.

Automobilový priemysel

Znižovanie spotreby paliva a znižovanie emisií škodlivého odpadu (CO2, NOX atď.) sa stalo jednou z hlavných hnacích síl a smerov technologického pokroku v automobilovom priemysle. Výskum ukazuje, že odľahčenie je účinným opatrením na úsporu paliva a zníženie znečistenia. S 10 % znížením hmotnosti automobilu možno znížiť spotrebu paliva o 8 %-10 % a emisie výfukových plynov možno znížiť o 10 %. Počas jazdy sa zlepšuje akceleračný výkon vozidla a zlepšuje sa stabilita, hluk a vibrácie vozidla. Z hľadiska bezpečnosti pri kolízii je po znížení hmotnosti vozidla malá zotrvačnosť a skrátená brzdná dráha.

Ľahké materiály, ako je hliník, horčík, titán a iné alternatívne materiály, ako je hliník, horčík, titán atď., sú preferovanou metódou odľahčenia. 2009 celosvetové využitie titánu v automobiloch dosiahlo 3000 ton. Titán v aplikácii automobilov má mnohoročnú históriu, v súčasnosti takmer všetky autá používajú titán, japonský automobil s titánom má viac ako 600 ton, s rozvojom globálneho automobilového priemyslu sa automobil s titánom stále rýchlo zvyšuje.

Výhody použitia titánu sú: zníženie hmotnosti, zníženie spotreby paliva; zlepšiť účinnosť prenosu energie, znížiť hluk; znížiť vibrácie, znížiť zaťaženie; zlepšiť životnosť auta a ochranu životného prostredia.

Lekársky priemysel

Titánové spojovacie skrutky Titán má širokú škálu aplikácií v oblasti medicíny. Titán je blízky ľudským kostiam, je biokompatibilný a nemá žiadne toxické vedľajšie účinky na ľudský organizmus. Ľudský implantát je špeciálny funkčný materiál úzko súvisiaci s ľudským životom a zdravím. V porovnaní s inými kovovými materiálmi má použitie titánu a titánových zliatin tieto výhody: 1. nízka hmotnosť; nízky modul pružnosti; 3. nemagnetické; 4. netoxický; 5. odolnosť proti korózii; 6. vysoká pevnosť a húževnatosť. Používanie zliatin titánu v chirurgických implantátoch rastie rýchlosťou 5-7 % ročne. Titán a zliatina titánu femur, bedrové kĺby, ramenná kosť, lebka, kolenné kĺby, lakťové kĺby, ramenné kĺby, metakarpofalangeálne kĺby, čeľuste a chlopne srdce, obličkové diferenciačné membrány, vazodilatátory, dlahy, protézy, výroba sťahovacích skrutiek budú transplantované do ľudského tela stovky kovových častí a dosiahli dobré výsledky a získali vysoký stupeň hodnotenia v lekárskej komunite.

Chemický priemysel

Titán má vynikajúcu odolnosť proti korózii, mechanické vlastnosti a výkonnosť procesu, široko používaný v mnohých odvetviach národného hospodárstva. Najmä v chemickej výrobe titán namiesto nehrdzavejúcej ocele, zliatiny na báze niklu a iné vzácne kovy ako materiály odolné voči korózii. Je to veľmi dôležité pre zvyšovanie výroby, zlepšovanie kvality produktov, predlžovanie životnosti zariadení, znižovanie spotreby, znižovanie spotreby energie, znižovanie nákladov, predchádzanie znečisťovaniu, zlepšovanie pracovných podmienok a zvyšovanie produktivity práce.

Titán sa stal jedným z hlavných antikoróznych materiálov v chemických zariadeniach a preukázal svoju odolnosť voči korózii v chemických závodoch. Titán ako ideálny materiál v chemických zariadeniach, ale aj čoraz väčšia pozornosť inžinierov a technikov.

Po rokoch propagácie sa titán a jeho zliatiny ako vynikajúce materiály odolné voči korózii široko používajú v chemickej výrobe. Aplikácia titánových zariadení sa rozšírila z pôvodného priemyslu sódy, lúhu sodného na chlorečnan, chlorid amónny, močovinu, organickú syntézu, farbivá, anorganické soli, pesticídy, syntetické vlákna, hnojivá, jemný chemický priemysel atď. zariadenia boli vyvinuté od malých a jednoduchých až po veľké a diverzifikované.

Výsledky prieskumu ukazujú, že titánové výmenníky tepla predstavovali 57 %, titánové anódy 20 %, titánové nádoby 16 % a ostatné 7 %. V chemickom priemysle s "dvoma základňami", najväčšie množstvo titánových výmenníkov tepla v chemických zariadeniach.

V posledných rokoch čínska technológia výroby titánových materiálov rýchlo napreduje, letecký titán, vojenský titán, titán pre vozidlá a ďalší veľmi rýchly rast, najmä v oblasti letectva, existuje tendencia dobiehať chemický priemysel. . Celkovo je chemický priemysel s obsahom titánovej technológie malými výrobkami s nízkou pridanou hodnotou, podiel chemického priemyslu s titánom musí postupne klesať.

Námorné inžinierstvo

S rozvojom vedy a techniky a zvyšujúcim sa vyčerpávaním zdrojov pôdy sa rozvoj človeka a využívanie oceánu dostali do popredia. Titán má vynikajúcu odolnosť proti korózii morskej vody, široko používaný pri odsoľovaní morskej vody, lodiach, vývoji oceánskej tepelnej energie a ťažbe zdrojov morského dna a iných oblastiach.

Icebreaker už v 60-tych rokoch minulého storočia začala Čína študovať použitie titánu a zliatin titánu v lodiach a zariadeniach námorného inžinierstva a urobila veľa práce, v podstate vytvorila množstvo tried, rôzne vlastnosti, kompletné špecifikácie zliatin titánu pre lode. Systém. Vzhľadom na vlastnosti titánu a samotných zliatin titánu majú jedinečné výhody pri používaní lodí a námorného vybavenia, sú široko používané v jadrových ponorkách, ponorkách, atómových ľadoborcoch, krídlových člnoch, vznášadlách, mínolovkách a vrtuliach, morskej vode, kondenzátoroch, výmenníkoch tepla a tak ďalej.

V lodných aplikáciách je súčasné použitie titánu v Číne veľmi malé a predstavuje menej ako 1 % celkovej hmotnosti lode

Titán a zliatina titánu v oblasti lodí a zariadení námornej techniky majú veľký potenciál rozvoja. A v odsoľovacej a pobrežnej elektrárni je vzhľadom na súčasnú čínsku odsoľovaciu a pobrežnú elektráreň dopyt na trhu obrovský, aby sa ďalej znížili náklady na zliatinu titánu a zlepšila sa stabilita kvality výrobkov, budú vyhliadky na trhu so zliatinou titánu veľmi široké. . Veľmi široký.

Každodenný život

Titán je veľmi široko používaný v každodennom živote, dá sa povedať, že je všade, ako napríklad golfové hlavy, rámy bicyklov, tenisové rakety, invalidné vozíky, rámy okuliarov atď.

Na základe charakteristík titánovej ľahkej a vysokej pevnosti používanej v športe sa od najstarších tenisových rakiet, bedmintonových rakiet postupne rozšírili až po golfové palice a preteky športových áut. V roku 2008 sa spotreba titánu v Číne vo voľnočasových športoch podieľala 13 % na celkovej spotrebe titánu, pričom iba množstvo titánu použitého v golfových paličkách a shaftoch bolo viac ako 1,000 tony. Veľmi obľúbené sú aj rámy bicyklov vyrobené z titánu, existuje takmer 50 spoločností vyrábajúcich titánové bicykle, Spojené štáty americké boli najväčším výrobcom a spotrebiteľom titánových bicyklov. Ľahké vlastnosti titánu sa využívajú v rámoch okuliarov a z titánu tiež nie je ľahké vyvolať kožnú alergiu a titánový povrch po anodickej úprave môže mať farebný efekt, preto sa v rámoch používa už od 80. rokov minulého storočia.