Zastosowania i zastosowania tytanu

Łańcuch przemysłu tytanowego można podzielić na cztery następujące części:

1 Pierwotne wzbogacanie rud tytanu, rutylu itp. oraz otrzymywanie koncentratów wyższej jakości metodami fizycznymi.

2 Dwutlenek tytanu o wysokiej czystości otrzymywany jest poprzez przetwarzanie i oczyszczanie koncentratów i stosowany w przemyśle dwutlenku tytanu.

Czterotlenek tytanu wytwarza trójchlorek tytanu w drodze utleniania, redukcji i innych procesów prowadzących do wytworzenia gąbki tytanowej

4. Odlewanie gąbki tytanowej w celu uzyskania gęstej struktury krystalicznej wlewków tytanowych, stosowanych do produkcji tytanu i stopów tytanu.

Gąbka tytanowa

Gąbka tytanowa

Gąbka tytanowa odnosi się do redukcji czterochlorku tytanu magnezem lub sodem w celu uzyskania gąbki tytanowej o czystości 98,5%-99,7%. Jest najważniejszym surowcem w produkcji przemysłu tytanowego. Gąbka tytanowa to proces produkcji produktów podstawowych z tytanu i metalu, po dalszym odlaniu należy uzyskać wlewki tytanu przemysłowego czystego tytanu i można je przetworzyć na odpowiedni tytan lub stop tytanu.

Przygotowanie gąbki tytanowej: głównie metoda redukcji termicznej magnezu (metoda Krolla), metoda redukcji sodu (metoda Hunta) i elektroliza stopionej soli. Zaletą metody redukcji magnezu jest to, że magnez można poddać recyklingowi. Dla porównania jakość produktu jest lepsza, a zawartość zanieczyszczeń metalicznych jest niższa, ale wydajność pojedynczego pieca jest mniejsza, a zużycie sodu większe. Elektroliza stopionej soli jest wciąż w półprzemysłowej fazie eksperymentalnej.

Dwutlenek tytanu i jego zastosowanie

Dwutlenek tytanu

Dwutlenek tytanu, naukowo znany jako dwutlenek tytanu (TiO2), to bardzo stabilny tlenek o doskonałych właściwościach optycznych i pigmentowych, stosowany głównie jako białe pigmenty nieorganiczne. Jest nietoksyczny, ma najlepszą siłę krycia, najlepszą biel i jasność i jest uważany za biały pigment o najlepszych parametrach na świecie, który jest szeroko stosowany w przemyśle powlekania, tworzyw sztucznych, papiernictwie, farbie drukarskiej, włókno chemiczne, guma, kosmetyki i tak dalej.

Chiny Obszary zastosowań dwutlenku tytanu Globalna dystrybucja zastosowań dwutlenku tytanu

Przemysłowe metody produkcji kwasu siarkowego i chlorowania dwutlenku tytanu: technologia produkcji kwasu siarkowego to dojrzały, prosty sprzęt, ale wadą jest to, że proces produkcji i zanieczyszczenie środowiska są poważne; technologia chlorowania jest zaawansowana, duże moce produkcyjne, wysoka jakość produktu, zakres białości i wielkości cząstek jest wąski. Jednocześnie chlor można również poddać recyklingowi, wadą są zbyt rygorystyczne wymagania dotyczące surowców, surowcem musi być naturalny lub syntetyczny żużel rutylowy i tytanowy o zawartości TiO2 wynoszącej 90%-95%.

Proces kwasu siarkowego do produkcji dwutlenku tytanu

Proces produkcji kwasu siarkowego z dwutlenku tytanu

Proces produkcji dwutlenku tytanu metodą chlorowania

Proces produkcji dwutlenku tytanu metodą chlorowania

Dwutlenek tytanu ma trzy typy kryształów: rutyl, anataz i płytkę. Płytowy typ tytanu nie może być stosowany jako pigment w przemyśle, głównymi stosowanymi pigmentami są anataz i rutylowy dwutlenek tytanu.

Rutylowy dwutlenek tytanu ma zalety wysokiej czystości, drobnych i jednolitych cząstek, dobrych właściwości optycznych, dużej mocy refrakcyjnej, wysokiej mocy achromatycznej, dużej siły krycia, niskiej absorpcji oleju, dyspersji wody itp. Stosowany jest głównie w przemyśle powlekania, farba drukarska, włókna chemiczne, guma, szkło, kosmetyki, mydło, tworzywa sztuczne i papiernictwo. Rutylowy dwutlenek tytanu ma nie tylko zalety dwutlenku tytanu anatazu, ale także ma lepszą zdolność starzenia się i krycia, stosowany głównie w wysokiej jakości farbach przemysłowych, błyszczących farbach lateksowych, tworzywach sztucznych, wysokiej sile barwienia i szybkim zapotrzebowaniu na materiały gumowe, zaawansowanej powłoce papierowej z właściwości pigmentu wynika, że ​​rutylowy dwutlenek tytanu jest lepszy od anatazu, rutylowego dwutlenku tytanu, na powierzchni produktu do obróbki powłok przez większą część roku 2010 w Chinach. W 2010 r. całkowita ilość rutylowego dwutlenku tytanu w Chinach wyniosła 57%, znacznie poniżej światowego poziomu wynoszącego 90%. W przyszłości nadal istnieje możliwość poprawy udziału rutylowego dwutlenku tytanu w Chinach.

Obecnie przemysł dwutlenku tytanu doświadcza trzech głównych dostosowań: (1) światowy wzrost produkcji dwutlenku tytanu jest stosunkowo powolny, podczas gdy w regionie Azji i Pacyfiku, zwłaszcza w Chinach, wzrost produkcji dwutlenku tytanu jest szybszy, światowy przemysł dwutlenku tytanu w Azji -Region Pacyfiku, zwłaszcza w Chinach przeniesienie trendu jest oczywiste; (2) w związku z rosnącym zapotrzebowaniem na dwutlenek tytanu, proces powlekania dwutlenkiem tytanu stał się ważnym środkiem dla wszelkiego rodzaju specjalnych rodzajów dwutlenku tytanu, przemysł dwutlenku tytanu stale rozwija się od towarów ogólnych do zwykłych produkty. Właśnie wprowadzono na rynek produkty specjalistyczne (3); dwutlenek tytanu dzieli się na dwa rodzaje: anataz i rutyl, dwutlenek tytanu anataz nadal zajmuje część udziału w rynku ze względu na wyższą cenę, ale wyniki przemysłu z rutylowym dwutlenkiem tytanu jako przyszły trend rozwojowy są nadal doskonałe. W chińskiej strukturze produktów dwutlenku tytanu udział rutylowego dwutlenku tytanu wzrasta, stanowiąc około 57%, ale nadal znacznie poniżej udziału 90% na świecie. Struktura produktów z dwutlenku tytanu w Chinach aktywnie rozwija się w kierunku rutylowego dwutlenku tytanu. Podsumowując, chiński przemysł dwutlenku tytanu, a zwłaszcza perspektywy specjalnego rutylowego dwutlenku tytanu, są nadal optymistyczne.

Zastosowanie tytanu i stopów tytanu

Tytan jest ważną strukturą metalową opracowaną w latach pięćdziesiątych XX wieku. Powszechnie stosowane są stopy tytanu o małej gęstości, wysokiej wytrzymałości właściwej, dobrej odporności na korozję, niskiej przewodności cieplnej, nietoksyczne i niemagnetyczne, spawalne, biokompatybilne, dekorujące powierzchnię itp. w lotnictwie, przemyśle lotniczym, chemicznym, ropie naftowej, energetyce elektrycznej, opiece medycznej, budownictwie, artykułach sportowych i innych dziedzinach. Wiele krajów na świecie uznało znaczenie materiałów ze stopów tytanu, przeprowadziło prace badawczo-rozwojowe i znalazło zastosowanie w praktyce.

Obszary zastosowań tytanu i stopów tytanu

W 2011 r. udział światowego zużycia tytanu w lotnictwie komercyjnym osiągnął 46%, udział tytanu ochronnego wynosi 9% (głównie lotnictwo wojskowe), udział zużycia tytanu w lotnictwie przekracza 50%; udział zużycia tytanu w przemyśle wynosi 43%, a udział zużycia tytanu na rynkach wschodzących – 2%.

Wyraźnie widać różnice w strukturze regionalnego popytu na wyroby tytanowe.

W regionalnej strukturze popytu na produkty tytanowe istnieją oczywiste różnice. W Stanach Zjednoczonych i Unii Europejskiej, zwłaszcza w Stanach Zjednoczonych, zapotrzebowanie przemysłu lotniczego i obronnego na produkty tytanowe wynosi około 50% w przemyśle lotniczym i obronnym. W Japonii dominuje tytan przemysłowy pochodzący z przemysłu chemicznego. Według Japan Titanium Association przemysł lotniczy i kosmonautyczny odpowiada jedynie za 2-3% japońskiego zapotrzebowania na tytan. Całkiem podobnie jak w Japonii, większość zapotrzebowania na wyroby tytanowe pochodzi z sektora chemicznego i energetycznego, z czego jedynie 10% stanowi przemysł lotniczy. Chociaż Chiny stały się jednym z największych producentów i konsumentów tytanu na świecie, znaczna część produkcji ogranicza się do niższych gatunków tytanu do stosowania w ramach, kijach golfowych lub odpornych na korozję rurociągach dla samego przemysłu chemicznego. Jednakże w ostatnich latach ilość tytanu stosowanego w przemyśle lotniczym w Azji dramatycznie wzrosła, więc jasne jest, że rynek tytanu ma lepszą przyszłość.

Globalna struktura zużycia tytanu w Chinach Struktura zużycia tytanu

Lotnictwo

W przemyśle lotniczym tytan koncentruje się w krajach zachodnich, zwłaszcza w Stanach Zjednoczonych, gdzie znajduje się 60% materiałów tytanowych stosowanych w tej dziedzinie. Spośród krajów azjatyckich Japonia i Chiny inwestują około 10% w złoże tytanu. Jednak w ostatnich latach, wraz z szybkim rozwojem azjatyckiego przemysłu lotniczego, zużycie tytanu w przemyśle lotniczym wzrośnie. W skali globalnej przemysł lotniczy zajmuje kluczową pozycję na rynku tytanu i historycznie zmiany w przemyśle tytanowym były ściśle powiązane z przemysłem lotniczym.

Wzrost gospodarczy powoduje nowy wysoki popyt, globalna produkcja tytanu osiągnęła 14,8 miliona ton w 2011 r., z czego około 6,4 miliona ton tytanu dla lotnictwa komercyjnego, w ciągu najbliższych 20 lat oczekuje się, że przyszły popyt na światowy transport lotniczy jest nadal ogromny, popyt na nowych samolotów wynosi około 3 miliony, jednocześnie w przypadku nowych samolotów zapotrzebowanie na tytan w starych samolotach przewiduje się, że w ciągu 20 lat średnie zapotrzebowanie na tytan w samolotach komercyjnych wyniesie 40 ton/ramę. Przewiduje się, że w ciągu najbliższych 20 lat światowe zapotrzebowanie na materiały tytanowe dla lotnictwa komercyjnego wyniesie około 120 milionów ton, przy złożonej rocznej stopie wzrostu wynoszącej około 17%, a średnioroczne zapotrzebowanie na materiały tytanowe wyniesie 6 milionów ton, co oznacza, że dziedzinie materiałów tytanowych dla lotnictwa cywilnego wykaże szybki rozwój. Nową szansą będzie także dziedzina lotnictwa wojskowego; ze względu na globalne napięcia geopolityczne i zwiększone światowe wydatki na wojsko, oczekuje się, że nowy popyt pojawi się również w dziedzinie lotnictwa wojskowego.

Samolot cywilny

Główne zastosowania stopu tytanu w samolotach są następujące:

(1) Zmniejszenie masy konstrukcyjnej i poprawa wydajności strukturalnej: zaawansowane technologie taktyczne (takie jak samoloty naddźwiękowe) w zakresie wymagań dotyczących współczynnika masy konstrukcji statku powietrznego są stosunkowo niskie (tj.: masa konstrukcyjna kadłuba/masa startowa zwykłego samolotu)) i stop tytanu ma wytrzymałość zbliżoną do charakterystyki mocnej stali, ale małą gęstość, zamiast stali konstrukcyjnej i stopów wysokotemperaturowych, co znacznie zmniejsza ciężar konstrukcji, ale także oszczędza koszty; biorąc za przykład silnik. Statystyki pokazują, że jakość silnika lotniczego spada o jeden kilogram na każdy kilogram, a zużycie paliwa można zmniejszyć o około 220-440 dolarów amerykańskich.

(2) przy zastosowaniu wymagań dotyczących części wysokotemperaturowych: stop tytanu ma dobrą odporność na ciepło, np. Ti-6Al-4V do długotrwałej pracy w temperaturze 350 stopni, a więc w płaszczyźnie części wysokotemperaturowe (takie jak tylny kadłub itp.) mogą zastąpić działanie w wysokich temperaturach nie spełniają wymagań stopu aluminium TC11 może pracować w temperaturze 500 stopni w przypadku długotrwałej pracy, w silniku części pod ciśnieniem mogą być zamiennik stopów wysokotemperaturowych i stali nierdzewnej.

(3) aby spełnić wymagania dopasowania do konstrukcji kompozytowej: aby zmniejszyć wagę i spełnić wymagania dotyczące niewidoczności, zaawansowane samoloty wykorzystują dużą liczbę materiałów kompozytowych, a wytrzymałość i sztywność stopu tytanu i materiału kompozytowego są lepiej dopasowane, można uzyskać dobry efekt redukcji wagi. Jednocześnie ze względu na bliższy potencjał nie jest łatwo wywołać korozję galwaniczną sprzęgła, dlatego odpowiednie części elementów konstrukcyjnych i elementów złącznych nadają się do stosowania stopu tytanu.

(4) Spełniają wymagania dotyczące wysokiej odporności na korozję i długiej żywotności: stop tytanu ma wysoką trwałość zmęczeniową i doskonałą odporność na korozję, co może poprawić odporność na korozję i żywotność konstrukcji oraz spełniać wymagania wysokiej niezawodności i długiej żywotności zaawansowanego lotnictwa żywotność silnika.

Samolot militarny

Rozwój i pozyskiwanie broni wojskowej będzie nadal rozwijać się w kierunku lekkiej i elastycznej, aby sprostać wymaganiom bojowym samolotów myśliwskich, oprócz stosowania zaawansowanych technologii konstrukcyjnych, konieczne jest również zastosowanie dużej liczby materiałów o doskonałych parametrach użytkowych oraz zaawansowanej technologii i technologii produkcji. . Duża liczba stopów tytanu, poprawa poziomu zastosowania zaawansowanych stopów tytanu jest jednym z ważnych środków. od lat 60. XX w. ilość tytanu stosowanego w obcych samolotach wojskowych z roku na rok wzrasta, a ilość stopów tytanu w różnego rodzaju zaawansowanych myśliwcach wojskowych i bombowcach projektowanych przez Europę i Stany Zjednoczone ustabilizowała się na poziomie powyżej 20%, a ilość stopów tytanu stosowanych w nowych modelach ustabilizowało się powyżej 20%. Znaczący wzrost odnotowano w konsumpcji.

Przemysł samochodowy

Zmniejszenie zużycia paliwa i ograniczenie emisji szkodliwych odpadów (CO2, NOX itp.) stało się jedną z głównych sił napędowych i kierunków postępu technologicznego w branży motoryzacyjnej. Badania pokazują, że zmniejszenie masy pojazdu jest skutecznym sposobem oszczędzania paliwa i zmniejszania zanieczyszczeń. Zmniejszając masę samochodu o 10%, zużycie paliwa można zmniejszyć o 8%-10%, a emisję spalin o 10%. Podczas jazdy poprawia się przyspieszenie pojazdu, poprawia się stabilność, hałas i wibracje pojazdu. Z uwagi na bezpieczeństwo kolizji, gdy masa pojazdu jest niewielka, bezwładność jest mała, a droga hamowania jest krótsza.

Preferowaną metodą zmniejszania ciężaru są materiały lekkie, takie jak aluminium, magnez, tytan i inne materiały alternatywne, takie jak aluminium, magnez, tytan itp. W 2009 roku globalne zużycie tytanu w motoryzacji osiągnęło 3000 ton. Tytan w samochodach ma długą historię, obecnie prawie wszystkie samochody używają tytanu, japońskie samochody z tytanem mają ponad 600 ton, wraz z rozwojem światowego przemysłu samochodowego, produkcja samochodów z tytanem wciąż szybko rośnie.

Zaletami stosowania tytanu są: zmniejszenie masy, zmniejszenie zużycia paliwa; poprawić wydajność przenoszenia mocy, zmniejszyć hałas; zmniejszyć wibracje, zmniejszyć obciążenie; poprawić trwałość samochodu i ochronę środowiska.

Przemysł medyczny

Tytanowe śruby łączące Tytan ma szeroki zakres zastosowań w medycynie. Tytan jest zbliżony do ludzkich kości, jest biokompatybilny i nie powoduje toksycznych skutków ubocznych dla organizmu ludzkiego. Implant ludzki jest specjalnym materiałem funkcjonalnym ściśle związanym z życiem i zdrowiem człowieka. W porównaniu z innymi materiałami metalowymi zastosowanie tytanu i stopów tytanu ma następujące zalety: 1. lekkość; niski moduł sprężystości; 3. niemagnetyczny; 4. nietoksyczny; 5. odporność na korozję; 6. wysoka wytrzymałość i wytrzymałość. Zastosowanie stopów tytanu w implantach chirurgicznych rośnie w tempie 5-7% rocznie. Tytan i stop tytanu Kość udowa, stawy biodrowe, kość ramienna, czaszka, stawy kolanowe, stawy łokciowe, stawy barkowe, stawy śródręczno-paliczkowe, szczęki i zastawki serca, błony różnicujące nerki, środki rozszerzające naczynia krwionośne, szyny, protezy, śruby dociągające zostaną przeszczepione do ludzkiego ciała setki części metalowych i osiągnął dobre wyniki oraz zyskał wysoką ocenę w środowisku medycznym.

Przemysł chemiczny

Tytan charakteryzuje się doskonałą odpornością na korozję, właściwościami mechanicznymi i wydajnością procesu, szeroko stosowanymi w wielu sektorach gospodarki narodowej. Zwłaszcza w produkcji chemicznej tytan zamiast stali nierdzewnej, stopy na bazie niklu i inne rzadkie metale są materiałami odpornymi na korozję. Jest to bardzo ważne dla zwiększenia produkcji, poprawy jakości produktów, wydłużenia żywotności sprzętu, zmniejszenia zużycia, zmniejszenia zużycia energii, zmniejszenia kosztów, zapobiegania zanieczyszczeniom, poprawy warunków pracy i zwiększenia wydajności pracy.

Tytan stał się jednym z głównych materiałów antykorozyjnych w sprzęcie chemicznym i potwierdził swoją odporność na korozję w zakładach chemicznych. Tytan jako idealny materiał w sprzęcie chemicznym, ale także coraz większe zainteresowanie inżynierów i techników.

Po latach promocji tytan i jego stopy jako doskonałe materiały odporne na korozję znalazły szerokie zastosowanie w produkcji chemicznej. Zastosowanie sprzętu tytanowego zostało rozszerzone z pierwotnej sody kalcynowanej, przemysłu sody kaustycznej na chlorany, chlorek amonu, mocznik, syntezę organiczną, barwniki, sole nieorganiczne, pestycydy, włókna syntetyczne, nawozy, przemysł chemiczny itp. oraz rodzaje sprzętu zostały opracowane od małych i pojedynczych do dużych i zróżnicowanych.

Wyniki badania pokazują, że tytanowe wymienniki ciepła stanowiły 57%, tytanowe anody 20%, tytanowe zbiorniki 16%, a pozostałe 7%. W przemyśle chemicznym z „dwoma bazami” znajduje się największa ilość tytanowych wymienników ciepła w sprzęcie chemicznym.

W ostatnich latach technologia produkcji materiałów tytanowych w Chinach szybko się rozwinęła, tytan lotniczy, tytan wojskowy, tytan do pojazdów i inny bardzo szybki rozwój, szczególnie w dziedzinie lotnictwa i kosmonautyki, istnieje tendencja do nadrabiania zaległości w przemyśle chemicznym. . Ogólnie rzecz biorąc, przemysł chemiczny wykorzystujący technologię tytanu to małe produkty o niskiej wartości dodanej, udział przemysłu chemicznego wykorzystującego tytan będzie stopniowo spadał.

Inżynieria morska

Wraz z rozwojem nauki i technologii oraz coraz większym wyczerpywaniem się zasobów lądowych, na porządku dziennym znalazł się rozwój człowieka i wykorzystanie oceanów. Tytan ma doskonałą odporność na korozję w wodzie morskiej, szeroko stosowany w odsalaniu wody morskiej, statkach, rozwoju energii cieplnej oceanów i wydobywaniu zasobów z dna morskiego oraz w innych dziedzinach.

Lodołamacz już w latach sześćdziesiątych XX wieku Chiny rozpoczęły badania nad zastosowaniem tytanu i stopów tytanu w statkach i sprzęcie inżynierii morskiej i wykonały wiele pracy, w zasadzie stworzyły szereg gatunków, różnych właściwości, pełne specyfikacje stopów tytanu dla statki. System. Ze względu na właściwości tytanu i same stopy tytanu mają wyjątkowe zalety w zastosowaniu na statkach i sprzęcie morskim, są one szeroko stosowane w nuklearnych łodziach podwodnych, łodziach podwodnych, lodołamaczach atomowych, wodolotach, poduszkowcach, trałowcach i śmigłach, wodzie morskiej, skraplaczach, wymiennikach ciepła i Wkrótce.

W zastosowaniach na statkach obecne wykorzystanie tytanu w Chinach jest bardzo małe i stanowi mniej niż 1% całkowitej masy statku

Tytan i stopy tytanu w dziedzinie statków i sprzętu inżynierii morskiej mają ogromny potencjał rozwoju. Natomiast w elektrowniach odsalających i przybrzeżnych, ze względu na obecne zapotrzebowanie rynku odsalania i elektrowni przybrzeżnych w Chinach, w celu dalszego obniżenia kosztów stopu tytanu i poprawy stabilności jakości produktu, perspektywy rynkowe zastosowania stopów tytanu będą bardzo szerokie . Bardzo szeroki.

Życie codzienne

Tytan jest bardzo szeroko stosowany w życiu codziennym, można powiedzieć, że jest wszędzie, na przykład główki golfowe, ramy rowerów, rakiety tenisowe, wózki inwalidzkie, oprawki okularów i tak dalej.

W oparciu o właściwości tytanu, lekkość i wysoką wytrzymałość stosowaną w sporcie, od najwcześniejszych rakiet tenisowych, rakiety do badmintona stopniowo rozszerzały się na kluby golfowe i wyścigi samochodów sportowych. W 2008 r. zużycie tytanu w sportach rekreacyjnych w Chinach stanowiło 13% całkowitego zużycia tytanu, a jedynie ilość tytanu zużytego w kijach golfowych i szybach golfowych przekraczała 1,000 ton. Dużą popularnością cieszą się także ramy rowerowe wykonane z tytanu, istnieje blisko 50 firm produkujących rowery tytanowe, Stany Zjednoczone są największym producentem i konsumentem rowerów tytanowych. Lekkie właściwości tytanu wykorzystuje się w oprawach okularów, tytan również nie jest łatwy do wywołania alergii skórnych, a powierzchnia tytanu po obróbce anodowej może dawać kolorowy efekt, dlatego jest stosowany w oprawkach od lat 80-tych.