二十一世紀(jì)的金屬:鈦

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純凈的鈦是銀白色的金屬。鈦的礦物在自然界中分布很廣,約占地殼重的0.6%,僅次于鋁、鐵、鈣、鈉、鉀和鎂,而比銅、錫、錳、鋅等在地殼中的含量要多幾倍甚至幾十倍。鈦的熔點為1725℃,它的主要特點是密度小而強度大。

和鋼相比,它的密度只相當(dāng)于鋼的57%,而強度和硬度與鋼相近。和鋁相比,鋁的密度雖較鈦小,但機械強度卻很差。因此,鈦同時兼有鋼(強度高)和鋁(質(zhì)地輕)的優(yōu)點。純凈的鈦有良好的可塑性,它的韌性超過純鐵的2倍,

耐熱和抗腐蝕性能也很好。

由于鈦有這些優(yōu)點,所以50年代以來,一躍成為突出的稀有金屬。鈦及其合金,首先用在制造飛機、火箭、導(dǎo)彈、艦艇等方面,目前開始推廣用于化工和石油部門。例如,在超音速飛機制造方面,由于這類飛機在高速飛行時,表面溫度較高,用鋁合金或不銹鋼,在這種溫度下已失去原有性能而鈦合金在的550℃以上仍保持良好的機械性能,因此可用于制造超過音速3倍的高速飛機。這種飛機的用鈦量要占其結(jié)構(gòu)總重量的95%,故有“鈦飛機”之稱,目前,全世界約有一半以上的鈦,用來制造飛機機體和噴氣發(fā)動機的重要零件。鈦在原子能工

業(yè)中,用于制造核反應(yīng)堆的主要零件,在化學(xué)工業(yè)中,鈦主要用于制造各種容器、反應(yīng)器、熱交換器、管道、泵和閥等。若把鈦加到不銹鋼中,只加百分之一左右,就大大提高抗銹本領(lǐng)。

鈦還能形成許多化合物,它們也有各種各樣特殊的性能和用途,如二氧化鈦,是雪白的粉末,它是最好的白色顏料,俗稱“鈦白”,1克二氧化鈦就可以把450多平方厘米的面積涂得雪白。世界上用做白色顏料的二氧化鈦,一年多到幾十萬噸。如把二氧化鈦加在紙里,可使紙變白并且不透明,因此制造鈔票和美術(shù)品用的紙,有時就要添加二氧化鈦,此外,為使塑料的顏色變淺,使人造絲光澤柔和,有時也要添加二氧化鈦。二氧化鈦被譽為世界上最白的東西。

自然界中的鈦大部分處于分散狀態(tài),主要形成礦物鈦鐵礦TeTiO3和金紅石TiO2,及釩鈦鐵礦等。我國四川攀枝花地區(qū)有極豐富的釩鈦鐵礦,儲量約15億噸。

另外鈦在醫(yī)學(xué)上有著獨特的用途,可用它代替損壞的骨頭,而被稱為“親生物金屬”。

那么,鈦是怎樣被發(fā)現(xiàn)的呢?1791年,英國科學(xué)家格里戈爾在密那漢郊區(qū)找到一種礦石?黑色磁性砂,通過對這種礦石的研究,他認為礦石中有一種新的化學(xué)元素。并用發(fā)現(xiàn)礦石的地點“密那漢”命名這種新元素。

過了四年,德國化學(xué)家克拉普洛特從匈牙利布伊尼克的一種紅色礦石中,發(fā)現(xiàn)了這種新元素,他用希臘神話中“太旦”族的名字來命名(中文按它原文名稱的譯音,定名為鈦),克拉普洛特還特地指出,格里戈爾所發(fā)現(xiàn)的新元素“密那漢”就是鈦,但在當(dāng)時找到的,實際上都是粉未狀的二氧化鈦而不是金屬鈦。直到1910年,美國化學(xué)家罕德爾才第一次制得純度達99.9%的金屬鈦,但總共不到1克。從發(fā)現(xiàn)鈦到制得金屬鈦,前后經(jīng)歷了120年,到1947年,人們才開始在工廠里煉鈦,當(dāng)時的年產(chǎn)量只有2噸。到了1955年,產(chǎn)量激增到2萬噸。到1972年,年產(chǎn)量達到20萬噸。

鈦的用途越來越廣,日益受到人們的重視,人們稱它為未來的鋼鐵、21世紀(jì)的金屬。


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