钛排在锌之前,可是为什么不易被酸腐蚀
金属活动性是与元素的原子结构直接相关系的,有的性质只是类似,并非必然因果关系、而钛这种金属元素,钛的硬度与钢铁差不多,而它的重量几乎只有同体积的钢铁的一半,钛虽然稍稍比铝重一点,它的硬度却比铝大2倍。钛的耐热性很好,熔点高达1668℃。在常温下,钛可以安然无恙地躺在各种强酸强碱的溶液中。就连最凶猛的酸——王水(浓硝酸和浓盐酸制的能腐蚀金和钋的),也不能腐蚀它。 但是并不是不能被腐蚀、、而是强调,钛要比一般金属更加稳定、就如上面的朋友所说的,在超过7%的盐酸与5% ---85%的硫酸中腐蚀。。。楼主说的是难一般难于一般的酸反应、并不是绝对说与酸不反应、
早就说过,金属的耐腐蚀性与金属活动顺序表没有任何关系,说耐腐蚀性一定要指明腐蚀介质,否则"腐蚀性"就失去意义了.
另外,对钛而言,只要该腐蚀介质能让钛生成完整的保护膜,并且该腐蚀介质对此保护膜无腐蚀作用,那么钛在该介质中就是耐腐蚀的。例如常温的硝酸,次氯酸盐,小于175度的湿氯等等。但是,钛在常温下>7%的盐酸,>5%硫酸中,腐蚀率非常高。因为这些还原性酸中,钛无法生成完整的氧化膜!
钛在较高的温度下,可与许多元素和化合物发生反应。各种元素,按其与钛发生不同反应可分为四类:
第一类:卤素和氧族元素与钛生成共价键与离子键化合物;
第二类:过渡元素、氢、铍、硼族、碳族和氮族元素与钛生成金属间化物和有限固溶体;
第三类:锆、铪、钒族、铬族、钪元素与钛生成无限固溶体;
第四类:惰性气体、碱金属、碱土金属、稀土元素(除钪外),锕、钍等不与钛发生反应或基本上不发生反应。与化合物HF和氟化物氟化氢气体在加热时与钛发生反应生成TiF4,反应式为
Ti+4HF=TiF4+2H2+135.0千卡
不含水的氟化氢液体可在钛表面上生成一层致密的四氟化钛膜,可防止HF浸入钛的内部。氢氟酸是钛的最强溶剂。即使是浓度为1%的氢氟酸,也能与钛发生激烈反应:
2Ti+6HF=2TiF3+3H2
无水的氟化物及其水溶液在低温下不与钛发生反应,仅在高温下熔融的氟化物与钛发生显著反应。 HCl和氯化物氯化氢气体能腐蚀金属钛,干燥的氯化氢在>300℃时与钛反应生成TiCl4:
Ti+4HCl=TiCl4+2H2+94.75千卡
浓度<5%的盐酸在室温下不与钛反应,20%的盐酸在常温下与钛发生瓜在生成紫色的TiCl3:
2Ti+6HCl=2TiCl3+3H2
当温度长高时,即使稀盐酸也会腐蚀钛。各种无水的氯化物,如镁、锰、铁、镍、铜、锌、汞、锡、钙、钠、钡和NH4+离子及其水溶液,都不与钛发生反应,钛在这些氯化物中具有很好的稳定性。硫酸和硫化氢钛与5%的硫酸有明显的反应,在常温下,约40%的硫酸对钛的腐蚀速度最快,当浓度大于40%,达到60%时腐蚀速度反而变慢,80%又达到最快。加热的稀酸或50%的浓硫酸可与钛反应生成硫酸钛:
Ti+H2SO4=TiSO4+H2
2Ti+3H2SO4=Ti2(SO4)3+3H2
加热的浓硫酸可被钛还原,生成SO2:
2Ti+6H2SO4=Ti2(SO4)3+3SO2+6H2O+202千卡
常温下钛与硫化氢反应,在其表面生成一层保护膜,可阻止硫化氢与钛的进一步反应。但在高温下,硫化氢与钛反应析出氢:
Ti+H2S=TiS+H2+70千卡
粉末钛在600℃开始与硫化氢反应生成钛的硫化物,在900℃时反应产物主要为TiS,1200℃时为Ti2S3。硝酸和王水 致密的表面光滑的钛对硝酸具有很好的稳定性,这是由于硝酸能快速在钛表面生成一层牢固的氧化膜,但是表面粗糙,特别是海绵钛或粉末钛,可与次、热稀硝酸发生反应:
3Ti+4HNO3+4H2O=3H4TiO4+4NO
3Ti+4HNO3+H2O=3H2TiO3+4NO
高于70℃的浓硝酸也可与钛发生反应:
Ti+8HNO3=Ti(NO3)4+4NO2+4H2O
常温下,钛不与王水反应。温度高时,钛可与王水反应生成TiCl2。 Ti+8HNO3=Ti(NO3)4+4NO2+4H2O ⑾ 综上所述,钛的性质与温度及其存在形态、纯度有着极其密切的关系。致密的金属钛在自然界中是相当稳定的,但是,粉末钛在空气中可引起自燃。钛中杂质的存在,显著的影响钛的物理、化学性能、机械性能和耐腐蚀性能。特别是一些间隙杂质,它们可以使钛晶格发生畸变,而影响钛的的各种性能。常温下钛的化学活性很小,能与氢氟酸等少数几种物质发生反应,但温度增加时钛的活性迅速增加,特别是在高温下钛可与许多物质发生剧烈反应。钛的冶炼过程一般都在800℃以上的高温下进行,因此必须在真空中或在惰性气氛保护下操作。金属钛的物理性质金属钛(Ti),灰色金属。原子序数为22,相对原子质量47.87。核外电子在亚层中的排布情况为1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 3d2 4S2。金属活动性在镁、铝之间,常温下并不稳定,因此在自然界中只以化合态存在,常见的钛的化合物有钛铁矿(FeTiO3)、金红石(TiO2)等。钛在地壳中含量较高,排行第九,达5600ppm,换算成百分比为0.56%。纯钛密度为4.54×103kg/m3,摩尔体积为10.54cm3/mol,硬度较差,莫氏硬度只有4左右,因此延展性好。钛的热稳定性很好,熔点为1660±10℃,沸点为3287℃。金属钛的化学性质 金属钛在高温环境中的还原能力极强,能与氧、碳、氮以及其他许多元素化合,还能从部分金属氧化物(比如氧化铝)中夺取氧。常温下钛与氧气化合生成一层极薄致密的氧化膜,这层氧化膜常温下不与硝酸,稀硫酸,稀盐酸反应,以及酸中之王——王水。它与氢氟酸、浓盐酸、浓硫酸反应。 钛元素发现于1789年,1908年挪威和美国开始用硫酸法生产钛白,1910年在试验室中第一次用钠法制得海绵钛,1948年美国杜邦公司才用镁法成吨生产海绵钛---这标志着海绵钛即钛工业化生产的开始。
中国钛工业起步于20世纪50年代。1954,北京有色金属研究总院开始进行海绵钛制备工艺研究,1956年国家把钛当作战略金属列入了12年发展规划,1958年在抚顺铝厂实现了海绵钛工业试验,成立了中国第一个海绵钛生产车间,同时在沈阳有色金属加工厂成立了中国第一个钛板带加工材生产试验车间。
20世纪60-70年代,在国家的统一规划下,先后建设了以遵义钛厂为代表的10余家海绵钛生产单位;在1967年在洛阳铜加工厂成立了中国第一个钛管棒加工材生产试验车间和第二条钛板带材生产试验车间,并为主承担了当时国内第一艘核潜艇、第一艘导弹驱逐舰及航空用钛材的试制开发任务,直到1972年宝鸡有色金属加工厂建成投产后,洛阳铜加工将工艺资料移交北京有色研究总院,按照冶金部的专业划分,不再承担钛材料的开发试制工作;以北京有色研究总院、沈阳铝镁院、抚顺铝厂、沈阳有色金属加工厂、东北轻合金加工厂、洛阳铜加工厂等单位为主,援建了宝鸡有色金属加工厂和宝鸡贵金属所,从此按照行业划分,以宝鸡有色金属加工厂和宝鸡贵金属所为主,承担了国内大部分钛加工材料的生产开发试制工作。同时中国也成为继美国、前苏联和日本之后的第四个具有完整钛工业体系的国家。
1980年前后,中国海绵钛产量达到2800吨,然而由于当时大多数人对钛金属认识不足,钛材的高价格也限制了钛的应用,钛加工材的产量仅200吨左右,中国钛工业陷入困境。在这种情况下,由当时国务院副总理方毅同志倡导,朱镕基和袁宝华同志支持,于1982年7月成立了跨部委的全国钛应用推广领导小组,专门协调钛工业的发展事宜,促成了20世纪80年代至90年代初期中国海绵钛和钛加工材产销两旺、钛工业快速平稳发展的良好局面。
综上所述,中国钛工业大致经历了三个发展期:即20世纪50年代的开创期,60-70年代的建设期和80-90年代的初步发展期。在新世纪,得益于国民经济的持续、快速发展,中国钛工业也进入了一个快速成长期。
钛耐腐蚀,所以在化学工业上常常要用到它。过去,化学反应器中装热硝酸的部件都用不锈钢。不锈钢也怕那强烈的腐蚀剂——热硝酸,每隔半年,这种部件就要统统换掉。用钛来制造这些部件,虽然成本比不锈钢部件贵一些,但是它可以连续不断地使用五年,计算起来反而合算得多。
在电化学中,钛是单向阀型金属,电位很负,通常无法用钛作为阳极进行分解。
钛的最大缺点是难于提炼。主要是因为钛在高温下化合能力极强,可以与氧、碳、氮以及其他许多元素化合。因此,不论在冶炼或者铸造的时候,人们都小心地防止这些元素“侵袭”钛。在冶炼钛的时候,空气与水当然是严格禁止接近的,甚至连冶金上常用的氧化铝坩埚也禁止使用,因为钛会从氧化铝里夺取氧。人们利用镁与四氯化钛在惰性气体——氦气或氩气中相作用,来提炼钛。
人们利用钛在高温下化合能力极强的特点,在炼钢的时候,氮很容易溶解在钢水里, 当钢锭冷却的时候,钢锭中就形成气泡,影响钢的质量。所以炼钢工人往钢水里加进金属钛,使它与氮化合,变成炉渣一—氮化钛,浮在钢水表面,这样钢锭就比较纯净了。
当超音速飞机飞行时,它的机翼的温度可以达到500℃。如用比较耐热的铝合金制造机翼,一到二三百度也会吃不消,必须有一种又轻、又韧、又耐高温的材料来代替铝合金而钛恰好能够满足这些要求。钛还能经得住零下一百多度的考验,在这种低温下,钛仍旧有很好的韧性而不发脆。
利用钛和锆对空气的强大吸收力,可以除去空气,造成真空。比方,利用钛制成的真空泵,可以把空气抽到只剩下十万亿分之一。 钛的氧化物为二氧化钛,天然TiO2是金红石,纯净的TiO2是雪白的粉末,是最好的白色颜料,俗称钛白,冷时为白色,热时呈浅黄色。以前,人们开采钛矿,主要目的便是为了获得二氧化钛。钛白的粘附力强,不易起化学变化,永远是雪白的,是极好的白色涂料,它折射率高,着色里强,遮盖力大,化学性能稳定。其他白色涂料,如锌白ZnO和铅白2PbCO3·Pb(OH)2等,不具有钛白的这些优良性能。特别可贵的是钛白无毒。它的熔点很高,被用来制造耐火玻璃 ,釉料,珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。
二氧化钛是世界上最白的东西, 1克二氧化钛可以把 450多平方厘米的面积涂得雪白。它比常用的白颜料一—锌钡白还要白5倍,因此是调制白油漆的最好颜料。世界上用作颜料的二氧化钛,一年多到几十万吨。二氧化钛可以加在纸里,使纸变白并且不透明,效果比其他物质大10倍,因此,钞票纸和美术品用纸就要加二氧化钛。此外,为了使塑料的颜色变浅,使人造丝光泽柔和,有时也要添加二氧化钛。在橡胶工业上,二氧化钛还被用作为白色橡胶的填料。
四氯化钛非常有趣,它在通常状况下为无色液体(熔点-25℃,沸点136.4℃),有刺鼻气味,在湿空气中便会大冒白烟——它水解了,变成白色的二氧化钛的水凝胶。在水中则强烈水解为偏钛酸H₂TiO₃。在军事上,人们便利用四氯化钛的这股怪脾气,作为人造烟雾剂。特别是在海洋上,水气多,一放四氯化钛,浓烟就象一道白色的长城,挡住了敌人的视线。在农业上,人们利用四氟化钛来防霜。
TiCl₃是紫色晶体,其水溶液可用做还原剂。Ti3+比Sn2+有更强的还原性 。
钛酸钡晶体有这样的特性:当它受压力而改变形状的时候,会产生电流,一通电又会改变形状。于是,人们把钛酸钡放在超声波中,它受压便产生电流,由它所产生的电流的大小可以测知超声波的强弱。相反,用高频电流通过它,则可以产生超声波。几乎所有的超声波仪器中,都要用到钛酸钡。除此之外,钛酸钡还有许多用途。例如:铁路工人把它放在铁轨下面,来测量火车通过时候的压力;医生用它制成脉搏记录器。用钛酸钡做的水底探测器,是锐利的水下眼睛,它不只能够看到鱼群,而且还可以看到水底下的暗礁、冰山和敌人的潜水艇等。
冶炼钛时,要经过复杂的步骤。把钛铁矿变成四氯化钛,再放到密封的不锈钢罐中,充以氩气,使它们与金属镁反应,就得到“海绵钛”。这种多孔的“海绵钛”是不能直接使用的,还必须把它们在电炉中融化成液体,才能铸成钛锭。但制造这种电炉又谈何容易!除了电炉的空气必须抽干净外,更伤脑筋的是,简直找不到盛装液态钛的坩埚,因为一般耐火材料都含有氧化物,而其中的氧就会被液态钛夺走。后来,人们终于发明了一种“水冷铜坩埚”的电炉。这种电炉只有中央一部分区域很热,其余部分都是冷的,钛在电炉中熔化后,流到用水冷却的铜坩埚壁上,马上凝成钛锭。用这种方法已经能够生产几吨重的钛块,但它的成本就可想而知了。 钛是英国化学家格雷戈尔(Gregor R W ,1762—1817。)在1791年研究钛铁矿和金红石时发现的。四年后,1795年,德国化学家克拉普罗特(Klaproth M H ,1743—1817。)在分析匈牙利产的红色金红石时也发现了这种元素。他主张采取为铀(1789年由克拉普罗特发现的)命名的方法,引用希腊神话中泰坦神族“Titanic”的名字给这种新元素起名叫“Titanium”。中文按其译音定名为钛。
格雷戈尔和克拉普罗特当时所发现的钛是粉末状的二氧化钛,而不是金属钛。因为钛的氧化物极其稳定,而且金属钛能与氧、氮、氢、碳等直接激烈地化合,所以单质钛很难制取。直到1910年才被美国化学家亨特(Hunter M A)第一次制得纯度达99.9%的金属钛。 具有金属光泽,有延展性。密度为4.5克/立方厘米。熔点1660±10℃。沸点3287℃。化合价+2、+3和+4。电离能为6.82电子伏特。钛的主要特点是密度小,机械强度大,容易加工。钛的塑性主要依赖于纯度。钛越纯,塑性越大。有良好的抗腐蚀性能,不受大气和海水的影响。在常温下,不会被7%以下盐酸、5%以下硫酸、硝酸、王水或稀碱溶液所腐蚀;只有氢氟酸、浓盐酸、浓硫酸等才可对它作用。
通常用来画玻璃,由于钛金属特殊的性质,HF也能用与在钛金属上画画
要注意,氢氟酸有剧毒,VERY TOXIC!使用时务必做好防护,且其溶质氟化氢气体也对人体骨骼有极大损害,最好是全身防护
其他的一些东西,见下:
◇ HF和氟化物
氟化氢气体在加热时与钛发生反应生成TiF4,反应式为(1);不含水的氟化氢液体可在钛表面上生成一层致密的四氟化钛膜,可防止HF浸入钛的内部。氢氟酸是钛的最强溶剂。即使是浓度为1%的氢氟酸,也能与钛发生激烈反应,见式(2);无水的氟化物及其水溶液在低温下不与钛发生反应,仅在高温下熔融的氟化物与钛发生显著反应。
Ti+4HF=TiF4+2H2+135.0千卡 (1)2Ti+6HF=2TiF3+3H2 (2)
◇ HCl和氯化物
氯化氢气体能腐蚀金属钛,干燥的氯化氢在>300℃时与钛反应生成TiCl4,见式(3)浓度<5%的盐酸在室温下不与钛反应,20%的盐酸在常温下与钛发生瓜在生成紫色的TiCl3,见式(4)当温度长高时,即使稀盐酸也会腐蚀钛。各种无水的氯化物,如镁、锰、铁、镍、铜、锌、汞、锡、钙、钠、钡和NH4离子及其水溶液,都不与钛发生反应,钛在这些氯化物中具有很好的稳定性。
Ti+4HCl=TiCl4+2H2+94.75千卡 (3)2Ti+6HCl=TiCl3+3H2 (4)
◇ 硫酸和硫化氢
钛与5%的硫酸与钛有明显的反应,在常温下,约40%的硫酸对钛的腐蚀速度最快,当浓度大于 40%,达到60%时腐蚀速度反而变慢,80%又达到最快。加热的稀酸或50%的浓硫酸可与钛反应生成硫酸钛,见式(5),(6),加热的浓硫酸可被钛还原,生成SO2,见式(7)。常温下钛与硫化氢反应,在其表面生成一层保护膜,可阻止硫化氢与钛的进一步反应。但在高温下,硫化氢与钛反应析出氢,见式(8),粉末钛在600℃开始与硫化氢反应生成钛的硫化物,在900℃时反应产物主要为TiS,1200℃时为Ti2S3。
Ti+H2SO4=TiSO4+H2 (5) 2Ti+3H2SO4=Ti2(SO4)3+3H2 (6)
2Ti+6H2SO4=Ti2(SO4)3+3SO2+6H2O+202千卡 (7)Ti+H2S=TiS+H2+70千卡(8)
物理性质
钛的密度为4.506-4.516克/立方厘米(20℃),高于铝而低于铁、铜、镍。但比强度位于金属之首,是不锈钢的3倍,是铝合金的1.3倍。熔点1668±4℃,熔化潜热3.7-5.0千卡/克原子,沸点3260±20℃,汽化潜热102.5-112.5千卡/克原子,临界温度4350℃,临界压力1130大气压。钛的导热性和导电性能较差,近似或略低于不锈钢,钛具有超导性,纯钛的超导临界温度为 0.38-0.4K。在25℃时,钛的热容为0.126卡/克原子·度,热焓1149卡/克原子,熵为7.33卡/克原子·度,金属钛是顺磁性物质,导磁率为1.00004。 钛具有可塑性,高纯钛的延伸率可达50-60%,断面收缩率可达70-80%,但强度低,不宜作结构材料。钛中杂质的存在,对其机械性能影响极大,特别是间隙杂质(氧、氮、碳)可大大提高钛的强度,显著降低其塑性。钛作为结构材料所具有的良好机械性能,就是通过严格控制其中适当的杂质含量和添加合金元素而达到的。
编辑本段化学性质
钛在较高的温度下,可与许多元素和化合物发生反应。各种元素,按其与钛发生不同反应可分为四类: 第一类:卤素和氧族元素与钛生成共价键与离子键化合物; 第二类:过渡元素、氢、铍、硼族、碳族和氮族元素与钛生成金属间化物和有限固溶体; 第三类:锆、铪、钒族、铬族、钪元素与钛生成无限固溶体; 第四类:惰性气体、碱金属、碱土金属、稀土元素(除钪外),锕、钍等不与钛发生反应或基本上不发生反应。与化合物HF和氟化物氟化氢气体在加热时与钛发生反应生成TiF4,反应式为(1);不含水的氟化氢液体可在钛表面上生成一层致密的四氟化钛膜,可防止HF浸入钛的内部。氢氟酸是钛的最强溶剂。即使是浓度为1%的氢氟酸,也能与钛发生激烈反应,见式(2);无水的氟化物及其水溶液在低温下不与钛发生反应,仅在高温下熔融的氟化物与钛发生显著反应。 Ti+4HF=TiF4+2H2+135.0千卡(1)2Ti+6HF=2TiF3+3H2 (2) HCl和氯化物氯化氢气体能腐蚀金属钛,干燥的氯化氢在>300℃时与钛反应生成TiCl4,见 式(3);浓度<5%的盐酸在室温下不与钛反应,20%的盐酸在常温下与钛发生瓜在生成紫色的TiCl3,见式(4);当温度长高时,即使稀盐酸也会腐蚀钛。各种无水的氯化物,如镁、锰、铁、镍、铜、锌、汞、锡、钙、钠、钡和NH4离子及其水溶液,都不与钛发生反应,钛在这些氯化物中具有很好的稳定性。 Ti+4HCl=TiCl4+2H2+94.75千卡(3)2Ti+6HCl=TiCl3+3H2(4) 硫酸和硫化氢钛与5%的硫酸有明显的反应,在常温下,约40%的硫酸对钛的腐蚀速度最快,当浓度大于40%,达到60%时腐蚀速度反而变慢,80%又达到最快。加热的稀酸或50%的浓硫酸可与钛反应生成硫酸钛,见式(5)、(6),加热的浓硫酸可被钛还原,生成SO2,见式(7)。常温下钛与硫化氢反应,在其表面生成一层保护膜,可阻止硫化氢与钛的进一步反应。但在高温下,硫化氢与钛反应析出氢,见式(8),粉末钛在600℃开始与硫化氢反应生成钛的硫化物,在900℃时反应产物主要为TiS,1200℃时为Ti2S3。 Ti+H2SO4=TiSO4+H2(5) 2Ti+3H2SO4=Ti2(SO4)3+3H2(6) 2Ti+6H2SO4=Ti2(SO4)3+3SO2+6H2O+202千卡(7)Ti+H2S=TiS+H2+70千卡(8)硝酸和王水 致密的表面光滑的钛对硝酸具有很好的稳定性,这是由于硝酸能快速在钛表面生成一层牢固的氧化膜,但是表面粗糙,特别是海绵钛或粉末钛,可与次、热稀硝酸发生反应,见式(9)、(10),高于70℃的浓硝酸也可与钛发生反应,见式(11);常温下,钛不与王水反应。温度高时,钛可与王水反应生成TiCl2。 3Ti+4HNO3+4H2O=3H4TiO4+4NO (9)3Ti+4HNO3+H2O=3H2TiO3+4NO (10) Ti+8HNO3=Ti(NO3)4+4NO2+4H2O (11) 综上所述,钛的性质与温度及其存在形态、纯度有着极其密切的关系。致密的金属钛在自然界中是相当稳定的,但是,粉末钛在空气中可引起自燃。钛中杂质的存在,显著的影响钛的物理、化学性能、机械性能和耐腐蚀性能。特别是一些间隙杂质,它们可以使钛晶格发生畸变,而影响钛的的各种性能。常温下钛的化学活性很小,能与氢氟酸等少数几种物质发生反应,但温度增加时钛的活性迅速增加,特别是在高温下钛可与许多物质发生剧烈反应。钛的冶炼过程一般都在800℃以上的高温下进行,因此必须在真空中或在惰性气氛保护下操作。金属钛的物理性质金属钛(Ti),灰色金属。原子序数为22,相对原子质量47.87。核外电子在亚层中的排布情况为1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 3d2 4S2。金属活动性在镁、铝之间,常温下并不稳定,因此在自然界中只以化合态存在,常见的钛的化合物有钛铁矿(FeTiO3)、金红石(TiO2)等。钛在地壳中含量较高,排行第九,达5600ppm,换算成百分比为0.56%。纯钛密度为4.54×103kg/m3,摩尔体积为10.54cm3/mol,硬度较差,莫氏硬度只有4左右,因此延展性好。钛的热稳定性很好,熔点为1660±10℃,沸点为3287℃。金属钛的化学性质 金属钛在高温环境中的还原能力极强,能与氧、碳、氮以及其他许多元素化合,还能从部分金属氧化物(比如氧化铝)中夺取氧。常温下钛与氧气化合生成一层极薄致密的氧化膜,这层氧化膜常温下不与绝大多数强酸、强碱反应,包括酸中之王——王水。它只与氢氟酸、热的浓盐酸、浓硫酸反应,因此钛体现了抗腐蚀性。 发展历程 钛元素发现于1789年,1908年挪威和美国开始用硫酸法生产钛白,1910年在试验室中第一次用钠法制得海绵钛,1948年美国杜邦公司才用镁法成吨生产海绵钛---这标志着海绵钛即钛工业化生产的开始。 中国钛工业起步于20世纪50年代。1954,北京有色金属研究总院开始进行海绵钛制备工艺研究,1956年国家把钛当作战略金属列入了12年发展规划,1958年在抚顺铝厂实现了海绵钛工业试验,成立了中国第一个海绵钛生产车间,同时在沈阳有色金属加工厂成立了中国第一个钛加工材生产试验车间。 20世纪60-70年代,在国家的统一规划下,先后建设了以遵义钛厂为代表的10余家海绵钛生产单位,建设了以宝鸡有色金属加工厂为代表的数家钛材加工单位,同时也形成了以北京有色金属研究总院为代表的科研力量,成为继美国、前苏联和日本之后的第四个具有完整钛工业体系的国家。 1980年前后,我国海绵钛产量达到2800吨,然而由于当时大多数人对钛金属认识不足,钛材的高价格也限制了钛的应用,钛加工材的产量仅200吨左右,我国钛工业陷入困境。在这种情况下,由当时国务院副总理方毅同志倡导,朱镕基和袁宝华同志支持,于1982年7月成立了跨部委的全国钛应用推广领导小组,专门协调钛工业的发展事宜,促成了20世纪80年代至90年代初期我国海绵钛和钛加工材产销两旺、钛工业快速平稳发展的良好局面。 综上所述,我国钛工业大致经历了三个发展期:即20世纪50年代的开创期,60-70年代的建设期和80-90年代的初步发展期。在新世纪,得益于国民经济的持续、快速发展,我国钛工业也进入了一个快速成长期。 钛耐腐蚀,所以在化学工业上常常要用到它。过去,化学反应器中装热硝酸的部件都用不锈钢。不锈钢也怕那强烈的腐蚀剂——热硝酸,每隔半年,这种部件就要统统换掉。现在,用钛来制造这些部件,虽然成本比不锈钢部件贵一些,但是它可以连续不断地使用五年,计算起来反而合算得多。 在电化学中,钛是单向阀型金属,电位很负,通常无法用钛作为阳极进行分解。 钛的最大缺点是难于提炼。主要是因为钛在高温下化合能力极强,可以与氧、碳、氮以及其他许多元素化合。因此,不论在冶炼或者铸造的时候,人们都小心地防止这些元素“侵袭”钛。在冶炼钛的时候,空气与水当然是严格禁止接近的,甚至连冶金上常用的氧化铝坩埚也禁止使用,因为钛会从氧化铝里夺取氧。现在,人们利用镁与四氯化钛在惰性气体——氦气或氩气中相作用,来提炼钛。 人们利用钛在高温下化合能力极强的特点,在炼钢的时候,氮很容易溶解在钢水里, 当钢锭冷却的时候,钢锭中就形成气泡,影响钢的质量。所以炼钢工人往钢水里加进金属钛,使它与氮化合,变成炉渣一—氮化钛,浮在钢水表面,这样钢锭就比较纯净了。 当超音速飞机飞行时,它的机翼的温度可以达到500℃。如用比较耐热的铝合金制造机翼,一到二三百度也会吃不消,必须有一种又轻、又韧、又耐高温的材料来代替铝合金而钛恰好能够满足这些要求。钛还能经得住零下一百多度的考验,在这种低温下,钛仍旧有很好的韧性而不发脆。 利用钛和锆对空气的强大吸收力,可以除去空气,造成真空。比方,利用钛制成的真空泵,可以把空气抽到只剩下十万亿分之一。 钛的氧化物——二氧化钛,是雪白的粉末,是最好的白色颜料,俗称钛白。以前,人们开采钛矿,主要目的便是为了获得二氧化钛。钛白的粘附力强,不易起化学变化,永远是雪白的。特别可贵的是钛白无毒。它的熔点很高,被用来制造耐火玻璃,釉料,珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。 二氧化钛是世界上最白的东西, 1克二氧化钛可以把 450多平方厘米的面积涂得雪白。它比常用的白颜料一—锌钡白还要白5倍,因此是调制白油漆的最好颜料。世界上用作颜料的二氧化钛,一年多到几十万吨。二氧化钛可以加在纸里,使纸变白并且不透明,效果比其他物质大10倍,因此,钞票纸和美术品用纸就要加二氧化钛。此外,为了使塑料的颜色变浅,使人造丝光泽柔和,有时也要添加二氧化钛。在橡胶工业上,二氧化钛还被用作为白色橡胶的填料。 四氯化钛是种有趣的液体,它有股刺鼻的气味,在湿空气中便会大冒白烟——它水解了,变成白色的二氧化钛的水凝胶。在军事上,人们便利用四氯化钛的这股怪脾气,作为人造烟雾剂。特别是在海洋上,水气多,一放四氯化钛,浓烟就象一道白色的长城,挡住了敌人的视线。在农业上,人们利用四氟化钛来防霜。 钛酸钡晶体有这样的特性:当它受压力而改变形状的时候,会产生电流,一通电又会改变形状。于是,人们把钛酸钡放在超声波中,它受压便产生电流,由它所产生的电流的大小可以测知超声波的强弱。相反,用高频电流通过它,则可以产生超声波。现在,几乎所有的超声波仪器中,都要用到钛酸钡。除此之外,钛酸钡还有许多用途。例如:铁路工人把它放在铁轨下面,来测量火车通过时候的压力;医生用它制成脉搏记录器。用钛酸钡做的水底探测器,是锐利的水下眼睛,它不只能够看到鱼群,而且还可以看到水底下的暗礁、冰山和敌人的潜水艇等。 冶炼钛时,要经过复杂的步骤。把钛铁矿变成四氯化钛,再放到密封的不锈钢罐中,充以氩气,使它们与金属镁反应,就得到“海绵钛”。这种多孔的“海绵钛”是不能直接使用的,还必须把它们在电炉中熔化成液体,才能铸成钛锭。但制造这种电炉又谈何容易!除了电炉的空气必须抽干净外,更伤脑筋的是,简直找不到盛装液态钛的坩埚,因为一般耐火材料部含有氧化物,而其中的氧就会被液态钛夺走。后来,人们终于发明了一种“水冷铜坩埚”的电炉。这种电炉只有中央一部分区域很热,其余部分都是冷的,钛在电炉中熔化后,流到用水冷却的铜坩埚壁上,马上凝成钛锭。用这种方法已经能够生产几吨重的钛块,但它的成本就可想而知了。
海洋化学的研究,30年代青岛观象台有胶州湾进行盐度、pH、硅酸盐等测定,40年代,朱树屏结合海区生物生产力研究,在海洋化学方面作了许多研究工作.
建国后,海洋化学研究工作受到重视.50年代,开始了海洋化学的全面调查工作.1958~1960年,中国科学院海洋研究所等单位在渤海、黄海、东海和南海进行了海水氯度、盐度、溶解氧、pH、硅酸盐、磷酸盐等要素的含量和分布变化的普查工作,并对中国近海的水化学特征进行了比较系统的分析研究.80年代,青岛海洋化学研究,已经从描述性工作进入到元素形态、迁移机制、界面通量和物质平衡的研究,从定性研究发展到定量研究.
海洋水文化学研究海洋水文化学,是随着海洋调查的开展而逐步发展起来的.
50年代初,结合局部海区的渔场调查,中国科学院海洋研究所和黄海水产研究所等单位进行了海水营养盐分析.50年代末,利用全国海洋普查化学资料,国家科委海洋组办公室组织力量全面开展了近海水域中各种化学要素(氯度、盐海洋化学
度、溶解氧、pH、磷酸盐、硅酸盐、硝酸盐等)的含量、分布、变化以及其与海洋生物、水文、地质环境的关系,总结了各海区的水化学特点.重点研究了长江口、黄河口、珠江口、胶州湾、渤海湾等重要河口和海湾的水文化学特征;研究了河口海水的化学组成、分布的数学模式;对基本化学要素的分布、变化机制作了较深入的分析研究.研究工作取得了不少成果,为物理海洋学研究和海洋资源开发提供了必要的资料.
海洋资源化学研究60年代,中科院海洋研究所、国家海洋局一所、山东海洋学院,主要研究从海水或海水制盐苦卤分离、提取化学资源的技术及其有关理论问题.海水制盐苦卤资源综合利用方面,已经研究了30多种化学产品的提取技术和方法.其中,可工业化生产的有氯化钾、溴素、硼酸、氯化镁、硫酸镁等10几种.
海水提铀的研究60年代中期开始研究,70年代以后进展较快.
山东海洋学院、中国科学院海洋所等单位对100多种无机和有机吸附剂进行了筛选,选用了水合氧化钛、碱式碳化锌、硫化铝、氢氧化铝、硫酸钛等无机吸附剂和一些离子交换树脂等有机吸附剂进行提铀试验.此外,还开展了吸附法海水提碘、空气吹溴和吸附提溴的研究.
海洋地球化学与物理化学研究60年代中期,中国科学院海洋研究所等单位开展了河口硅酸盐物理化学过程的研究.重点研究河口硅酸盐含量变化及其在水合氧化物的有为附过程、海水基本物质物理化学性质,用数学模式分析硅酸盐在河口的分布、转移规律的数学模式等.70年代以来,开展了海洋地球化学过程的平衡与动力学问题,不同海域沉积物中重金属污染情况和沉积物中地球化学要素分布、变化规律的研究以及部分海底沉积物中地球化学要素分布特征的研究.还进行了长江口水质和底质中营养盐、重金属和有机氯的分布特征等研究.
海洋环境化学研究中国科学院海洋研究所等单位较早开始对中国海洋放射性元素分布变化规律的研究.80年代,中国科学院海洋研究所和国家海洋局第一海洋研究所等单位深入开展了放射性核素在海洋中的存在形式和迁移变化规律、放射性同位素稀释因子、海水自净能力以及放射性微量元素测定分析方法等研究.还评价了渤海区放射性污染源和污染状况.
随着海洋污染调查研究的进展,海洋环境化学的研究逐步深入.中国科学院海洋研究所及有关单位研究了中国近海各种污染的含量、分布和迁移规律;通过实验室模拟,研究各种海洋污染物以不同形式从大气、陆地进入海水,埋入海底沉积层,进入海洋生物体再返回大气、陆地的过程和运动规律;污染物质随陆地径流入海后的港湾、河口发生的物理化学作用等.
资源概况编辑本段
海洋化学也称化学海洋学,它是海洋科学的四大基础学科之一.海洋化学研究海洋环境中化学物质的分布、转移、循环的规律及其在开发利用中的化学问题.海水的成分非常复杂,全球海洋的含盐量就达5亿亿吨,还含有大量非常稀有的元素,是地球上最大的矿产资源库.海洋资源的持续利用是人类生存发展的重要前提,目前,全世界每年从海洋中提取淡水20多亿吨、食盐5000万吨、镁及氧化镁260多万吨、溴20万吨,总产值达6亿多美元.水是生命之源,世界上缺水的地区越来越多,海水淡化已成为获得淡水资源重要的途径,所有这些都是海洋化学要研究的,海洋化学的研究和海洋开发正方兴未艾,必将越来越多的造福人类.
海洋化学
水荒目前已成为世界性的问题,是制约社会进步和经济发展的瓶颈.据统计,全球用水总量每15年就翻一番,到2030年地球上将有1/3的人口面临淡水资源危机.地球的表面虽然有71%被水覆盖,但其中96.5%是海水,还有15%是咸水,在余下的2.5%的淡水中,又有69%是人类难以利用的两极冰盖.人类可利用的淡水只占全球水总量的0.77%.有人比喻在地球这个大水缸里可用的淡水只有一汤匙.合理节约用水是可持续发展的重要课题,然而,节水并不能增加淡水的总量.大量地利用海水自然而然地就成为21世纪解决淡水缺乏的主要途径. 海水利用包括海水直接利用、海水淡化和海水综合利用,以及海水农业等.
海洋化学
海水直接利用是用海水代替淡水作为工业用水和生活用水.到21世纪上半叶,随着海洋生物污损防治技术的提高和耐腐蚀材料的进一步发展,沿海城市的绝大部分工业冷却水都将采用海水.海水冲厕会得到大面积推广. 海水淡化是海水利用的重点,到了21世纪中叶,也许我们会看到这样一个景象,每个岛屿或缺水的沿海城市都建有海水淡化工厂.这些工厂里大多采用蒸馏法和反渗透技术来制取淡水.到时候全世界使用的水资源中有1/5以上来自海洋.反渗透法是利用孔径比纳米还细小的半透膜滤去盐分来制取淡水的.另外,还有人设想由于反渗透法制取淡水是在一定的压力下实现的,假如把海水淡化装置放在海底,就可以利用海水自身的压力来获取淡水,对海上城市或石油钻井平台非常实用.出海远洋只要带一台海水淡化设备就可以满足船上的淡水供应.采用蒸馏法制取淡水,主要是利用热能来实现的,在有核电站和热电厂的条件下采用这种技术可以充分利用电厂余热大大减少能耗.
海洋化学的研究,30年代青岛观象台有胶州湾进行盐度、pH、硅酸盐等测定,40年代,朱树屏结合海区生物生产力研究,在海洋化学方面作了许多研究工作。建国后,海洋化学研究工作受到重视。50年代,开始了海洋化学的全面调查工作。1958~1960年,中国科学院海洋研究所等单位在渤海、黄海、东海和南海进行了海水氯度、盐度、溶解氧、pH、硅酸盐、磷酸盐等要素的含量和分布变化的普查工作,并对中国近海的水化学特征进行了比较系统的分析研究。80年代,青岛海洋化学研究,已经从描述性工作进入到元素形态、迁移机制、界面通量和物质平衡的研究,从定性研究发展到定量研究。海洋水文化学研究 海洋水文化学,是随着海洋调查的开展而逐步发展起来的。
50年代初,结合局部海区的渔场调查,中国科学院海洋研究所和黄海水产研究所等单位进行了海水营养盐分析。50年代末,利用全国海洋普查化学资料,国家科委海洋组办公室组织力量全面开展了近海水域中各种化学要素(氯度、盐度、溶解氧、pH、磷酸盐、硅酸盐、硝酸盐等)的含量、分布、变化以及其与海洋生物、水文、地质环境的关系,总结了各海区的水化学特点。重点研究了长江口、黄河口、珠江口、胶州湾、渤海湾等重要河口和海湾的水文化学特征;研究了河口海水的化学组成、分布的数学模式;对基本化学要素的分布、变化机制作了较深入的分析研究。研究工作取得了不少成果,为物理海洋学研究和海洋资源开发提供了必要的资料。
海洋资源化学研究 60年代,中科院海洋研究所、国家海洋局一所、山东海洋学院,主要研究从海水或海水制盐苦卤分离、提取化学资源的技术及其有关理论问题。海水制盐苦卤资源综合利用方面,已经研究了30多种化学产品的提取技术和方法。其中,可工业化生产的有氯化钾、溴素、硼酸、氯化镁、硫酸镁等10几种。海水提铀的研究 60年代中期开始研究,70年代以后进展较快。
山东海洋学院、中国科学院海洋所等单位对100多种无机和有机吸附剂进行了筛选,选用了水合氧化钛、碱式碳化锌、硫化铝、氢氧化铝、硫酸钛等无机吸附剂和一些离子交换树脂等有机吸附剂进行提铀试验。此外,还开展了吸附法海水提碘、空气吹溴和吸附提溴的研究。
海洋地球化学与物理化学研究 60年代中期,中国科学院海洋研究所等单位开展了河口硅酸盐物理化学过程的研究。重点研究河口硅酸盐含量变化及其在水合氧化物的有为附过程、海水基本物质物理化学性质,用数学模式分析硅酸盐在河口的分布、转移规律的数学模式等。70年代以来,开展了海洋地球化学过程的平衡与动力学问题,不同海域沉积物中重金属污染情况和沉积物中地球化学要素分布、变化规律的研究以及部分海底沉积物中地球化学要素分布特征的研究。还进行了长江口水质和底质中营养盐、重金属和有机氯的分布特征等研究。
海洋环境化学研究 中国科学院海洋研究所等单位较早开始对中国海洋放射性元素分布变化规律的研究。80年代,中国科学院海洋研究所和国家海洋局第一海洋研究所等单位深入开展了放射性核素在海洋中的存在形式和迁移变化规律、放射性同位素稀释因子、海水自净能力以及放射性微量元素测定分析方法等研究。还评价了渤海区放射性污染源和污染状况。
随着海洋污染调查研究的进展,海洋环境化学的研究逐步深入。中国科学院海洋研究所及有关单位研究了中国近海各种污染的含量、分布和迁移规律;通过实验室模拟,研究各种海洋污染物以不同形式从大气、陆地进入海水,埋入海底沉积层,进入海洋生物体再返回大气、陆地的过程和运动规律;污染物质随陆地径流入海后的港湾、河口发生的物理化学作用等。