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钛 titanium 一种化学元素，化学符号Ti，原子序数22，原子量47。88，属周期系ⅣB族。 　发现　1791年英国化学家兼矿物学家W。格雷哥尔首先在钛铁矿中发现钛的氧化物。1795年德意志科学家M。H。克拉普罗特在研究金红石矿石时再次发现钛，并命名为titanium，它来源于希腊神话中大地之子Titans之名，以表示金属钛所具有的天然强度。1910年美国冶金家M。A。亨特用金属钠还原四氯化钛，制得金属钛。 　存在　钛在地壳中的含量为0。6％，占第9位。钛广泛存在于许多岩石中，特别是砂石和粘土中。石油、煤炭、天然水、植物、动物机体和骨骼、火山灰烬、深海污泥以及陨石中也都含钛。含钛量较大的矿物有金红石TiO 、钛铁矿FeTiO 、钙钛矿CaTiO 、榍石CaTiSiO 和钒钛铁矿等，其中以钛铁矿和金红石经济价值较高。钛铁矿中含钛32％，金红石含钛量比钛铁矿高，但它常与其他矿石相掺杂，而且分布也没有钛铁矿广。钛在自然界中有5种稳定同位素:钛46、钛47、钛48、钛49、钛50。 　物理性质 钛为银灰色金属(见彩图[金属钛]), 质软,有延展性;熔点1660℃。沸点3287℃,密度4。5克／厘米 (20℃)。杂质的存在会改变钛的熔点。通常,碳、氧、氮等杂质会使其熔点升高，铁、锰、铬、铜等金属杂质会使其熔点降低。金属钛有两种晶形: 钛为六方密堆积结构(常温);β钛为立方体心结构(882～1670℃)。钛有顺磁性，导电和导热性较差。钛能与大多数金属和许多非金属形成合金，金属钛中加入其他金属可以增加钛的强度,例如，含7％锰的钛合金的抗拉强度能增加一倍。 　化学性质　氧化态有-1、+2、+3、+4。钛具有优异的抗腐蚀性。常温下，金属钛表面容易形成一层保护性氧化膜，不受王水、硝酸、潮湿氯气、稀硫酸、稀盐酸和稀碱溶液的侵蚀。钛对海水的抗腐蚀能力特别强。氢氟酸、磷酸和中等浓度的碱溶液对钛有侵蚀作用。低温时，钛在空气中稳定，随着温度上升，氧化速率也随之增加。在250℃左右,钛的表面即失去光泽，形成蓝至金黄色的氧化物薄层；温度再升高，氧化层增厚, 颜色变为黄棕色；温度高达1200℃时，氧化过程加速。钛在高温下能与大多数非金属单质直接化合,如与氧、氮、氢、碳、硫和卤素等。此外,钛能溶于热浓盐酸, 形成 Ti(离子, 也能与热的硝酸生成TiO H O。在发烟硝酸中,钛易被侵蚀。在强热下,[kg2] 钛还能使水蒸气分解。 　钛的 ＋4价化合物最稳定，如二氧化钛和四卤化钛；在一般情况下,+2、+3价的化合物都不稳定,易被氧化为＋4价 钛还可与联吡啶(C H N) 形成氧化态为0和－1的配位化合物,例如Li[Ti(dipy) ] 3。5C H8O和Ti(dipy) ，dipy为联吡啶。 　制法　工业上，先将钛铁矿或金红石在碳存在下加热，通氯气，使二氧化钛转化为挥发性的四氯化钛： 　　　　2TiO +3C+4Cl ─→2TiCl +2CO+CO 把蒸出的四氯化钛冷凝提纯，然后在氩气氛中用金属钠或金属镁高温还原四氯化钛，即得金属钛。克罗尔法用镁作还原剂，在常压下以熔融的镁还原四氯化钛： [951-02] 反应在氩气氛中进行，当镁消耗到60％左右时，可将熔融的氯化镁从反应器中放出，使四氯化钛蒸气与留下的金属镁继续反应。此法制得的钛呈海绵状，中间混杂有氯化镁，可在粉碎后用稀酸浸提法或高真空蒸馏法除去。 　应用　钛具有密度小、耐高温、耐腐蚀等特性，钛合金强度高，大量用于制造军用超音速飞机的结构部件，喷气发动机的压缩部件，飞机机架的构件、机壳、隔火墙、铆钉，空运装备的结构部件，军事设施和军事舰艇的装甲板、上层结构部件、热交换管、开关，以及螺旋桨的叶片等。在民用工业中，钛及其合金可用于制造各种泵、阀门、过滤设备的金属丝网和各种机器零件。粉末状钛可在电子管制造工艺中用作除氧剂。元素符号Ti，银白色金属,在元素周期表中属ⅣB族，原子序数22，原子量47。90, 钛为密排六方晶体,常见化合价为+4、+3。1947年以后成为重要的结构材料。也有把它归入轻金属的。 1791年英国格雷戈尔（W。Gregor）在研究钛铁矿时，认为其中含有一种新的金属元素。1795年奥地利科学家克拉普罗特（M。H。Klaproth）在研究金红石时，发现了这一新元素，并以希腊神话人物Titans（提坦神）命名。1910年美国人亨特(M。A。Hunter)用金属钠还原四氯化钛制得较纯的金属钛。卢森堡科学家克劳尔 (W。J。Kroll)1932年用钙还原四氯化钛制得钛；1940年又在氩气保护下用镁还原四氯化钛制得钛，此方法是70年代工业生产方法的基础。 钛在自然界分布极广，地壳中钛含量为4400克／吨，居第九位,比常见金属铜、铅和锌的总量还多 已发现含钛1％以上的矿物有80多种,工业上使用的仅有两种：金红石(TiO )和钛铁矿（FeTiO ） 金红石含[kg02] TiO 品位高，但储量有限。钛铁矿储量丰富，将逐渐成为钛工业的主要原料，但含TiO 低，必须进行富集。钛铁矿分岩矿和砂矿两种。岩矿主要产于中国、 加拿大、 美国、苏联、挪威等国；砂矿主要产于澳大利亚、南非、印度、斯里兰卡和中国。中国四川攀枝花以西地区有丰富的钛矿资源，为岩矿；广东、广西、福建的海滨钛铁矿为砂矿。 性质和用途 钛的化学性质同硅和锆相似。钛在水溶液中低价态的某些性质同钒和铬相似，钛在高温下容易与氧、氮、氢、水汽、氨、CO、CO 等气体反应,所以是良好的吸气剂。吸收量小时，呈固溶体存在；吸收量大时,生成相应的化合物如TiH 、TiO等。钛的表面能生成致密的氧化膜，有保护作用。因此钛在海水、碱性溶液、硝酸、含水氯气中有很强的抗腐蚀能力；在浓度小于5％的稀盐酸和稀硫酸中，也有一定的抗腐蚀能力。 氢化钛很脆，易磨成粉末，常制成钛粉，作粉末冶金原料。钛在一定温度范围内吸氢,升高温度后放氢,因此70年代开始研究用作贮氢材料。 [钛的主要物理性质] 钛的物理性质与其中杂质种类和数量有密切关系。尤其是杂质氧、氮、碳会增加其硬度和脆性，杂质铁不仅增加硬度，而且降低耐蚀性。因此工业用钛对于杂质含量和硬度有严格的要求（见钛合金）。 钛的冶炼 制取金属钛的原料主要为金红石，其中含TiO 大于96％。缺少金红石矿的国家,例如苏联,则采用钛铁矿制成的“高钛渣”，其中含TiO 90％左右。近年因天然金红石涨价和储量日减，各国都趋向于用钛铁矿制成富钛料，即高钛渣和人造金红石。 富集 方法有电炉法、锈蚀法、酸浸法等。 经过选矿,制得钛铁矿精矿,其中含TiO 大致为48～62％。①钛铁矿精矿与石油焦、纸浆混合后，在电炉中进行熔炼,可得到生铁和高钛渣,其中TiO 含量视用途不同加以控制。②也可将钛铁矿在回转窑内用炭还原，所得的还原料为细粒铁 低价氧化钛和金红石的混合物 经过稀NH Cl或稀HCl溶液的锈蚀,铁进入溶液除去 成品为人造金红石 ③如果所用原料中杂质CaO、MgO、Al O 、SiO 等较高，宜采用酸浸法。酸浸可用盐酸或硫酸。根据不同的原料，有的矿在酸浸前还要加以预氧化和预还原处理。钛铁矿经酸浸后可制得人造金红石。 氯化 金红石或人造金红石,采用流态化氯化法,工艺简单，操作连续，产量高。也有掺用少量高钛渣（含TiO ≈92％）的流态化氯化法。纯用高钛渣进行流态化氯化的方法是中国创造的。制取金属钛的流程见图1[ 制取金属钛流程] 。 金红石（或高钛渣）与适量的石油焦混合后，加入流态化炉，通入氯气在800～1000 下进行氯化,其反应式为： TiO +(1+ )C+2Cl ─→TiCl +2 CO+(1- )CO 式中的 为排出炉气中CO/(CO+CO )的比值 纯TiCl 为无色透明液体。但此过程所得粗TiCl 含有杂质,[kg02] 呈红棕色。其中的杂质如FeCl AlCl SiCl 等的沸点和TiCl 的沸点相差较大,用分馏法较易分离 但VOCl 的沸点127。4 和TiCl 的沸点135。9 相近,分离困难 常用分离方法有三种：①加铜或铝,使 VOCl 还原成高沸点的VOCl 加以分离；②加硫化氢,使钛成硫氯化物,还原钒而除去；③加矿物油所生成的炭将钒还原成低价化合物而易于分离。三种方法各有利弊，工业上都有采用。 海绵钛的制取 金属热还原精TiCl ，得到金属钛，呈海绵状，工业上叫作海绵钛。还原用的金属为镁或钠。 镁热还原过程为间歇作业，在惰性气体氩或氦的保护下进行，还原温度为800～900 。在还原过程中间歇排出生成物MgCl ，反应式为： TiCl +2Mg─→2MgCl +Ti还原所得产物中夹有MgCl 和金属镁,可用真空蒸馏法除去并回收 也有用酸浸法除去的 真空蒸馏温度为 950～1000 ，要求最后真空度为10 托左右。 钠热还原过程比镁热还原过程易于实现连续化，还原温度为800～900 。其化学反应式为： TiCl +2Na─→TiCl +2NaCl TiCl +2Na─→Ti+2NaCl因此既可以一次还原，也可以分两段进行。后者在工业上叫作二段还原法。还原产物中杂有NaCl和少量钠，用0。5～1％HCl浸洗除去。 进入半工业阶段的制钛方法为TiCl 熔盐电解法,熔盐为KCl-LiCi、KCl-NaCl、KCl-NaCl-BaCl 等体系，所得金属钛纯度高，硬度低(HB80)，因此制成的钛合金加工性能好。 钛的提纯 纯度较高的金属钛，系用TiI 加热分解而得，实际上是海绵钛的进一步提纯(见化学迁移反应)。过程的化学反应如下： [601-01] 海绵钛装在反应罐的周围,罐壁保持250 ，已经加在罐中的碘与钛反应生成TiI 气体，反应罐中悬挂钛丝，通电加热到1250～1300 ，此时TiI 气体在钛丝上热分解而沉积，产品为结晶棒状的纯钛。这种钛仅用在科学研究和一些特殊用途中。 钛白 在整个钛工业中，制取金属钛耗用的金红石和钛铁矿,仅占总量的10％左右，而制取钛白耗用的,则占90％。 TiO 是商品钛白的主要成分,为白色粉末,加热时略带微黄，有两种晶形（天然的还有一种板钛型）：一种是金红石型，属四方晶系；一种为锐钛型，也属四方晶型，但当加热到610 开始转化为金红石型，到915 可以完全转化，转化速度视杂质的种类和含量而异。TiO 折射率和稳定性高，遮盖性能和光泽好，是优质的白色颜料。钛白近年大量用于油漆、造纸、塑料、橡胶、化纤、搪瓷、电焊条等工业。钛白的工业生产方法有硫酸法和氯化-氧化法两种。 硫酸法 原料为钛铁矿或高钛渣。钛铁矿含TiO 约50％，钛渣含72～85％。因此用高钛渣可以减少酸耗和环境保护费用。硫酸法生产钛白的流程见图2[ 硫酸法生产钛白流程] 。 将原料磨细至－200到－325目,以浓硫酸在约200 下分解,加水得TiOSO 溶液。加铁屑使Fe(还原成Fe(,除去不溶残渣后，冷冻至-3到-5 以分离FeSO ?7H O,浓缩后加入晶种进行水解，得TiO 的水合物。经固液分离，加盐处理剂，煅烧、研磨和表面处理后得钛白粉。 硫酸法的主要缺点是废酸量大，处理困难，副产品FeSO 7H O用途不大。用高钛渣作原料,虽减少了FeSO 和废酸量，但环境保护费用仍大。 氯化-氧化法 以金红石为原料,[kg02] 通过氯化精制得到的精TiCl ,经氧化和后处理即可得优质钛白。其反应式如下： TiCl +O ―→TiO +2Cl 反应副产品氯气可送回氯化工段使用。上述反应所发生的热量不足以维持反应所需的温度(900～1200 ),必须外加热。氯化氧化法所得钛白质量好，成本较硫酸法略低。近来新建的钛白工厂大多采用氯化氧化法。。

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金属钛在体育用品中的应用,从最早的网球拍、羽毛球拍到最近几年广泛使用的高尔夫球头、柄以及赛车等,使人们对钛的认识提高了一大步。 高尔夫球具中的妙用 钛高尔夫球杆、球头市场在经历了前几年的大幅调整后,目前仍是钛民用市场的主要产品