שימושים ויישומים של טיטניום

ניתן לחלק את שרשרת תעשיית הטיטניום לארבעה החלקים הבאים:

1 הטבה ראשונית של עפרות טיטניום, רוטיל וכו', והשגת תרכיזים ברמה גבוהה יותר בשיטות פיזיקליות.

2 טיטניום דו חמצני בטוהר גבוה מוכן באמצעות עיבוד וטיהור של תרכיזים ומשמש בתעשיית הטיטניום דו חמצני.

טיטניום טטראוקסיד מייצר טיטניום טריכלוריד באמצעות חמצון, הפחתה ותהליכים אחרים לייצור ספוג טיטניום

4. יציקת ספוג טיטניום לקבלת מבנה גבישי צפוף של מטילי טיטניום, המשמשים לייצור טיטניום וסגסוגות טיטניום.

ספוג טיטניום

ספוג טיטניום

ספוג טיטניום מתייחס להפחתה של טיטניום טטרכלוריד עם מגנזיום או נתרן לקבלת ספוג טיטניום בטוהר של 98.5%-99.7%. זהו חומר הגלם החשוב ביותר בייצור תעשיית הטיטניום. ספוג טיטניום הוא תהליך ייצור מתכת טיטניום של מוצרים עיקריים, צריך לקבל מטיל טיטניום לאחר יציקה נוספת של טיטניום טהור תעשייתי, וניתן לעבד אותו לטיטניום או סגסוגת טיטניום המתאימה.

הכנת ספוג טיטניום: בעיקר שיטת הפחתת תרמית מגנזיום (שיטת קרול), שיטת הפחתת נתרן (שיטת האנט) ואלקטרוליזה של מלח מותך. היתרון של שיטת הפחתת מגנזיום הוא שניתן למחזר מגנזיום. לשם השוואה, איכות המוצר טובה יותר ותכולת טומאות המתכת נמוכה יותר, אך כושר הייצור של תנור יחיד קטן יותר וצריכת הנתרן גדולה יותר. ואלקטרוליזה של מלח מותך עדיין בשלב הניסוי החצי תעשייתי.

טיטניום דו חמצני ויישומה

טיטניום דו - חמצני

טיטניום דו חמצני, הידוע מדעית בשם טיטניום דו חמצני (TiO2) הוא תחמוצת יציבה מאוד בעלת תכונות אופטיות ופיגמנטיות מצוינות, המשמשת בעיקר כפיגמנטים אנאורגניים לבנים. הוא אינו רעיל, בעל כושר הכיסוי הטוב ביותר, הלובן והבהירות הטובים ביותר, והוא נחשב לפיגמנט לבן עם הביצועים הטובים ביותר בעולם, שנמצא בשימוש נרחב בתעשיות הציפוי, הפלסטיק, ייצור הנייר, דיו להדפסה, סיבים כימיים, גומי, קוסמטיקה וכן הלאה.

סין יישומי טיטניום דו חמצני חלוקה גלובלית של יישומי טיטניום דו חמצני

חומצה גופרתית והכלה טיטניום דו חמצני שיטות ייצור תעשייתיות: טכנולוגיית ייצור חומצה גופרתית היא ציוד בוגר, פשוט, אך החיסרון הוא שתהליך הייצור וזיהום הסביבה הוא רציני; טכנולוגיית הכלרה מתקדמת, כושר ייצור גדול, איכות מוצר גבוהה, טווח חלוקת הלובן וגודל החלקיקים צר. יחד עם זאת, ניתן גם למחזר כלור, החיסרון הוא שהדרישות לחומרי הגלם מחמירות מדי, חומר הגלם חייב להיות רוטיל טבעי או סינתטי וטיטניום סיגים עם תכולת TiO2 של 90%-95%.

תהליך חומצה גופרתית לייצור דו תחמוצת טיטניום

תהליך ייצור חומצה גופרתית של טיטניום דו חמצני

תהליך ייצור של טיטניום דו חמצני בשיטת הכלרה

תהליך ייצור של טיטניום דו חמצני בשיטת הכלרה

לטיטניום דו חמצני שלושה סוגי גבישים: רוטיל, אנטאזה וצלחת. סוג טיטניום צלחת לא יכול לשמש כפיגמנט בתעשייה, הפיגמנטים העיקריים המשמשים הם anatase ורוטיל טיטניום דו חמצני.

לרוטיל טיטניום דו חמצני יתרונות של טוהר גבוה, חלקיקים עדינים ואחידים, תכונות אופטיות טובות, כוח שבירה חזק, כוח אכרומטי גבוה, כוח הסתרה חזק, ספיגת שמן נמוכה, פיזור מים וכו'. הוא משמש בעיקר בתעשיות הציפוי, דיו להדפסה, סיבים כימיים, גומי, זכוכית, קוסמטיקה, סבון, פלסטיק ונייר. טיטניום דו חמצני רוטיל לא רק בעל היתרונות של דו תחמוצת טיטניום אנטאזה, אלא גם בעל כושר בליה וכיסוי טוב יותר, המשמש בעיקר בצבעים תעשייתיים ברמה גבוהה, צבעי לטקס מבריקים, פלסטיק, כוח צביעה גבוה ודרישה מהירה לחומרי גומי, ציפוי נייר מתקדם מביצועי הפיגמנט, רוטיל טיטניום דו חמצני עדיף על פני אנטאזה טיטניום דו חמצני, רוטיל טיטניום דו חמצני על פני המוצר לטיפול ציפוי של רוב שנת 2010 בסין. בשנת 2010, הכמות הכוללת של רוטיל טיטניום דו חמצני בסין הייתה 57%, הרבה מתחת לרמה העולמית של 90%. בעתיד, לשיעור הרוטיל טיטניום דו חמצני בסין יש עוד מקום לשיפור.

נכון לעכשיו, תעשיית הטיטניום דו חמצנית חווה שלוש התאמות עיקריות: (1) גידול ייצור הטיטניום דו חמצני בעולם הוא איטי יחסית, בעוד שבאזור אסיה-פסיפיק, במיוחד צמיחת ייצור הטיטניום דו חמצני בסין מהירה יותר, תעשיית הטיטניום דו חמצני בעולם באסיה -אזור האוקיינוס ​​השקט, במיוחד העברת המגמה של סין ברורה; (2) עם ירידה בזרם של הביצועים של טיטניום דו חמצני כדי להציג דרישה גבוהה יותר, תהליך ציפוי טיטניום דו חמצני הפך לאמצעי חשוב של כל מיני סוגים מיוחדים של טיטניום דו חמצני, תעשיית טיטניום דו חמצני מתפתחת ללא הרף ממוצרים כלליים לרגילים מוצרים. מוצרים מיוחדים (3) הושקו זה עתה; טיטניום דו חמצני מתחלק לשני סוגים: anatase ורוטיל, anatase טיטניום דו חמצני עדיין תופס חלק מנתח השוק בשל מחירו הגבוה יותר, אך הביצועים של התעשייה עם רוטיל טיטניום דו חמצני כמגמת הפיתוח העתידית עדיין מצוינים. במבנה מוצר טיטניום דו חמצני של סין, שיעור הטיטניום דו חמצני רוטיל גדל, ומהווה כ-57%, אך עדיין הרבה מתחת לשיעור של 90% מהעולם. מבנה מוצר טיטניום דו חמצני של סין מתפתח באופן פעיל בכיוון של דו תחמוצת טיטניום רוטיל. לסיכום, תעשיית הטיטניום דו חמצני בסין, במיוחד הסיכויים לטיטניום דו חמצני רוטיל מיוחד, עדיין אופטימיות.

יישום של טיטניום וסגסוגת טיטניום

טיטניום הוא מבנה מתכת חשוב שפותח בשנות החמישים, סגסוגות טיטניום עם צפיפות נמוכה, חוזק ספציפי גבוה, עמידות בפני קורוזיה טובה, מוליכות תרמית נמוכה, לא רעיל ולא מגנטי, ניתנות לריתוך, ביולוגיות, קישוט פני השטח וכו'. בתעופה, תעופה וחלל, תעשייה כימית, נפט, חשמל, טיפול רפואי, בנייה, מוצרי ספורט ותחומים אחרים. מדינות רבות בעולם הכירו בחשיבותם של חומרי סגסוגת טיטניום, ביצעו מחקר ופיתוח, ויושמו בפועל.

תחומי יישום של טיטניום וסגסוגת טיטניום

בשנת 2011 הגיע שיעור צריכת התעופה המסחרית העולמית ל-46%, שיעור הטיטניום המגן הוא 9% (בעיקר תעופה צבאית), שיעור צריכת הטיטניום בתחום התעופה הוא יותר מ-50%; שיעור צריכת הטיטניום התעשייתי הוא 43%, ושיעור צריכת הטיטניום בשווקים המתעוררים הוא 2%.

ישנם הבדלים ברורים במבנה הביקוש האזורי למוצרי טיטניום.

מבנה הביקוש למוצר טיטניום אזורי ישנם הבדלים ברורים. בארצות הברית ובאיחוד האירופי, במיוחד בארה"ב, הביקוש של תעשיית התעופה והחלל והביטחונית למוצרי טיטניום עומד על כ-50% בתעשיית התעופה והחלל והביטחון. ביפן, טיטניום תעשייתי מהתעשייה הכימית שולט בביקוש. לפי איגוד הטיטניום של יפן, תעופה וחלל מהווה רק 2-3% מהביקוש לטיטניום ביפן. די דומה למצב ביפן, רוב הביקוש למוצרי טיטניום מגיע מתחום הכימיקלים והאנרגיה, כאשר תעופה וחלל מהווה רק 10%. למרות שסין הפכה לאחת היצרניות והצרכניות הגדולות בעולם של טיטניום, חלק ניכר מהייצור הוגבל לדרגות נמוכות יותר של טיטניום לשימוש במסגרות, באלות גולף או בצנרת עמידה בפני קורוזיה עבור התעשייה הכימית עצמה. עם זאת, בשנים האחרונות, כמות הטיטניום בשימוש בתעופה וחלל באסיה עלתה באופן דרמטי, כך שברור שלשוק הטיטניום יש עתיד מזהיר יותר.

מבנה צריכת טיטניום גלובלי מבנה צריכת טיטניום בסין

תעופה וחלל

בתחום התעופה והחלל, הטיטניום מרוכז במדינות המערב, במיוחד בארצות הברית, 60% מחומרי הטיטניום המשמשים בתחום זה. בין מדינות אסיה, יפן וסין משקיעות שתיהן כ-10% בתחום הטיטניום. עם זאת, בשנים האחרונות, עם ההתפתחות המהירה של התעשייה האווירית באסיה, תגדל צריכת הטיטניום בתחום התעופה והחלל. בעולם, תעשיית התעופה והחלל תופסת עמדה מרכזית בשוק הטיטניום, ומבחינה היסטורית, שינויים בתעשיית הטיטניום היו קשורים קשר הדוק לתעשייה האווירית.

צמיחה כלכלית מוסיפה ביקוש גבוה חדש, ייצור הטיטניום העולמי הגיע ל-14.8 מיליון טון בשנת 2011, מתוכם כ-6.4 מיליון טון טיטניום תעופה מסחרית, הביקוש העתידי לתחבורה אווירית גלובלית הוא עדיין עצום, צפוי ב-20 השנים הקרובות, הביקוש עבור מטוס חדש הוא כ-3 מיליון, במקביל, המטוס החדש על המטוס הישן טיטניום הביקוש, צפוי כי בתוך 20 שנים הביקוש הממוצע לטיטניום במטוסים המסחריים יהיה 40 טון / מסגרת. ההערכה היא כי ב-20 השנים הבאות, הביקוש העולמי לחומרי טיטניום לתעופה מסחרית הוא כ-120 מיליון טון, עם קצב גידול שנתי מורכב של כ-17%, וביקוש שנתי ממוצע לחומרי טיטניום של 6 מיליון טון, תחום של חומרי טיטניום לתעופה אזרחית יראה צמיחה מהירה. גם תחום התעופה הצבאית יהווה הזדמנות חדשה; בשל מתחים גיאופוליטיים עולמיים והגדלת ההוצאות הצבאיות העולמיות, גם תחום התעופה הצבאית צפוי לראות ביקוש חדש.

כלי טיס אזרחיים

השימושים העיקריים של סגסוגת טיטניום במטוסים הם כדלקמן:

(1) הפחתת משקל מבני ושיפור היעילות המבנית: ביצועי טכנולוגיה טקטית מתקדמת (כגון מטוסים על-קוליים) במבנה המטוס דרישות מקדם משקל נמוכות יחסית (כלומר: משקל מבני גוף המטוס / משקל המראה של מטוס רגיל) , וסגסוגת טיטניום בעל חוזק קרוב למאפייני הפלדה החזקה אך צפיפות קטנה, במקום פלדה מבנית וסגסוגות בטמפרטורה גבוהה, מה שמפחית מאוד את משקל המבנה, אך גם חיסכון בעלויות; לקחת את המנוע כדוגמה. הסטטיסטיקה מראה כי איכות מנוע המטוס מופחתת בק"ג אחד לכל קילוגרם, ניתן להוזיל את השימוש בעלות בכ-220-440 דולר אמריקאי.

(2) עם שימוש בדרישות חלקים בטמפרטורה גבוהה: לסגסוגת טיטניום יש עמידות טובה בחום, כגון Ti-6Al-4V לעבודה ארוכת טווח ב-350 מעלות, כך שבמישור של חלקים בטמפרטורה גבוהה (כגון גוף המטוס האחורי וכו') יכולים להוות תחליף לביצועים בטמפרטורה גבוהה לא עומד בדרישות של סגסוגת האלומיניום TC11 יכול להיות 500 מעלות לעבודה ארוכת טווח, במנוע חלקים בלחץ יכולים להיות תחליף לסגסוגות בטמפרטורה גבוהה ולנירוסטה.

(3) כדי לעמוד בדרישות ההתאמה למבנה מרוכב: על מנת להפחית משקל ולעמוד בדרישות התגנבות, מטוסים מתקדמים משתמשים במספר רב של חומרים מרוכבים, חוזק ונוקשות של סגסוגת טיטניום וחומרים מרוכבים מתאימים יותר, אתה יכול להשיג אפקט הפחתת משקל. יחד עם זאת, בשל הפוטנציאל הקרוב יותר, לא קל לייצר קורוזיה צימוד גלווני, ולכן החלקים המתאימים של הרכיבים המבניים והמחברים מתאימים לשימוש בסגסוגת טיטניום.

(4) עונה על הדרישות של עמידות בפני קורוזיה גבוהה וחיים ארוכים: לסגסוגת טיטניום יש חיי עייפות גבוהים ועמידות בפני קורוזיה מצוינת, מה שיכול לשפר את עמידות בפני קורוזיה וחיי המבנה, ולעמוד בדרישות של אמינות גבוהה וחיים ארוכים של תעופה מתקדמת חיי מנוע.

כלי טיס צבאיים

הפיתוח והרכש של נשק צבאי ימשיכו להתפתח לכיוון קל משקל וגמיש, על מנת לעמוד בדרישות ביצועי הקרב של מטוסי קרב, בנוסף לשימוש בטכנולוגיית עיצוב מתקדמת, יש צורך גם בשימוש במספר רב. של חומרים בעלי ביצועים מצוינים כמו גם טכנולוגיה וטכנולוגיית ייצור מתקדמת. . מספר רב של סגסוגות טיטניום, לשפר את רמת היישום של סגסוגות טיטניום מתקדמות הוא אחד האמצעים החשובים. מאז שנות ה-60, כמות הטיטניום בשימוש בכלי טיס צבאיים זרים גדלה משנה לשנה, וכמות סגסוגות הטיטניום בסוגים שונים של לוחמים ומפציצים צבאיים מתקדמים שתוכננו על ידי אירופה וארצות הברית התייצבה מעל 20%, והכמות של סגסוגות טיטניום בשימוש בדגמים חדשים התייצבה מעל 20%. הצריכה הביאה לעלייה משמעותית.

תעשיית הרכב

הפחתת צריכת הדלק והפחתת פסולת מזיקה (CO2, NOX וכו') הפכו לאחד הכוחות המניעים והכיוונים העיקריים להתקדמות טכנולוגית בתעשיית הרכב. מחקרים מראים כי קל משקל הוא אמצעי יעיל לחיסכון בדלק ולהפחתת הזיהום. עם הפחתה של 10% במסת הרכב, ניתן להפחית את צריכת הדלק ב-8%-10%, ואת פליטת הפליטה ניתן להפחית ב-10%. בנהיגה משתפרים ביצועי התאוצה של הרכב ומשפרים את היציבות, הרעש והרעידות של הרכב. מתוך שיקול של בטיחות התנגשות, לאחר שמשקל הרכב קל, האינרציה קטנה ומרחק הבלימה מצטמצם.

חומרים קלים, כגון אלומיניום, מגנזיום, טיטניום וחומרים אלטרנטיביים נוספים, כגון אלומיניום, מגנזיום, טיטניום וכו', היא השיטה המועדפת לקלות משקל. 2009 השימוש בכלי רכב עולמי בטיטניום הגיע ל-3000 טון. טיטניום ביישום של מכוניות כבר שנים רבות של היסטוריה כיום המכונית כמעט כל להשתמש טיטניום, רכב יפן עם טיטניום יש יותר מ 600 טון, עם התפתחות תעשיית הרכב העולמית, רכב עם טיטניום עדיין גדל במהירות.

היתרונות בשימוש בטיטניום הם: הפחתת משקל, הפחתת צריכת הדלק; לשפר את יעילות העברת הכוח, להפחית רעש; להפחית רטט, להפחית עומס; לשפר את עמידות המכונית ואת הגנת הסביבה.

תעשייה רפואית

טיטניום Splice Screws לטיטניום מגוון רחב של יישומים בתחום הרפואי. טיטניום קרוב לעצמות האדם, תואם ביולוגי ואין לו תופעות לוואי רעילות על גוף האדם. שתל אנושי הוא חומר פונקציונלי מיוחד הקשור באופן הדוק לחיים ולבריאות האדם. בהשוואה לחומרי מתכת אחרים, לשימוש בטיטניום ובסגסוגות טיטניום יש את היתרונות הבאים: 1. משקל קל; מודול גמישות נמוך; 3. לא מגנטי; 4. לא רעיל; 5. עמידות בפני קורוזיה; 6. חוזק וקשיחות גבוהה. השימוש בסגסוגות טיטניום בשתלים כירורגיים גדל בקצב של 5-7% בשנה. עצם הירך של טיטניום וסגסוגת טיטניום, מפרקי ירך, עצם הזרוע, גולגולת, מפרקי ברכיים, מפרקי מרפקים, מפרקי כתפיים, מפרקים מטה-קרפופלנגאליים, לסתות ושסתומים לב, קרומי התמיינות כליות, מרחיבי כלי דם, סדים, תותבות, הידוק הברגים בגוף האדם. מאות חלקי מתכת והשיגו תוצאות טובות, וזכו לדרגה גבוהה של הערכה בקהילה הרפואית.

תעשייה כימית

לטיטניום עמידות מצוינת בפני קורוזיה, תכונות מכניות וביצועי תהליך, בשימוש נרחב במגזרים רבים של הכלכלה הלאומית. במיוחד בייצור כימי, טיטניום במקום נירוסטה, סגסוגות על בסיס ניקל ומתכות נדירות אחרות כחומרים עמידים בפני קורוזיה. זה חשוב מאוד להגדלת הייצור, שיפור איכות המוצר, הארכת חיי השירות של הציוד, הפחתת הצריכה, הפחתת צריכת האנרגיה, הפחתת עלויות, מניעת זיהום, שיפור תנאי העבודה והגדלת פריון העבודה.

טיטניום הפך לאחד החומרים העיקריים נגד קורוזיה בציוד כימי וביסס את עמידותו בפני קורוזיה במפעלים כימיים. טיטניום כחומר אידיאלי בציוד כימי, אך גם יותר ויותר תשומת לב של מהנדסים וטכנאים.

לאחר שנים של קידום, טיטניום וסגסוגותיו כחומרים עמידים בפני קורוזיה מצוינים היו בשימוש נרחב בייצור כימי. היישום של ציוד טיטניום הורחב מתעשיית הסודה המקורית, סודה קאוסטית לכלורט, אמוניום כלוריד, אוריאה, סינתזה אורגנית, צבעים, מלחים אנאורגניים, חומרי הדברה, סיבים סינתטיים, דשנים, תעשייה כימית משובחת וכו', והסוגים של ציוד פותחו מקטן ויחיד לגדול ומגוונים.

תוצאות הסקר מראות כי מחליפי חום טיטניום היוו 57%, אנודות טיטניום היוו 20%, מיכלי טיטניום היוו 16% ואחרים היוו 7%. בתעשייה הכימית עם "שני בסיסים", הכמות הגדולה ביותר של מחליפי חום טיטניום בציוד כימי.

בשנים האחרונות, טכנולוגיית ייצור חומרי הטיטניום של סין התקדמה במהירות, טיטניום חלל, טיטניום צבאי, טיטניום לכלי רכב ועוד צמיחה מהירה מאוד, במיוחד בתחום התעופה והחלל, יש נטייה להדביק את התעשייה הכימית. . בסך הכל, התעשייה הכימית עם תכולת טכנולוגיית טיטניום היא מוצרים קטנים, בעלי ערך מוסף נמוך, שיעור התעשייה הכימית עם טיטניום חייב לרדת בהדרגה.

הנדסה ימית

עם התפתחות המדע והטכנולוגיה וההתדלדלות ההולכת וגוברת של משאבי הקרקע, עלה על סדר היום פיתוח אנושי וניצול האוקיינוס. לטיטניום עמידות מצוינת בפני קורוזיה של מי ים, בשימוש נרחב בהתפלת מי ים, ספינות, פיתוח אנרגיה תרמית באוקיינוס ​​והפקת משאבים בקרקעית הים ותחומים אחרים.

שוברת הקרח כבר בשנות ה-60, סין החלה ללמוד את היישום של טיטניום וסגסוגות טיטניום בספינות ובציוד הנדסי ימי, ועשתה עבודה רבה, יצרה בעצם מספר דרגות, תכונות שונות, מפרטים מלאים של סגסוגות טיטניום עבור ספינות. מערכת. בגלל המאפיינים של טיטניום וסגסוגות טיטניום עצמם יש יתרונות ייחודיים ביישום של ספינות וציוד ימי, הם נמצאים בשימוש נרחב בצוללות גרעיניות, צוללות, שוברות קרח אטומיות, מטוסי רחפות, שולי מוקשים ומדחפים, מי ים, מעבים, מחליפי חום ו בקרוב.

ביישומי אוניות, השימוש הנוכחי בטיטניום בסין קטן מאוד, ומהווה פחות מ-1% מהמשקל הכולל של הספינה

טיטניום וסגסוגת טיטניום בתחום הספינות וציוד הנדסי ימי יש פוטנציאל גדול לפיתוח. ובתחנת הכוח להתפלה ולחוף, בשל הביקוש הנוכחי של סין להתפלה ותחנות כוח חופי בשוק הוא עצום, כדי להפחית עוד יותר את העלות של סגסוגת טיטניום ולשפר את היציבות של איכות המוצר, סיכויי היישום של שוק סגסוגת טיטניום יהיו רחבים מאוד. . רחב מאוד.

חיי יום יום

טיטניום נמצא בשימוש נרחב בחיי היומיום, ניתן לומר שהוא נמצא בכל מקום, כגון ראשי גולף, מסגרות אופניים, מחבטי טניס, כסאות גלגלים, מסגרות למשקפיים וכן הלאה יחולו על טיטניום.

מבוסס על המאפיינים של טיטניום קל משקל וחוזק גבוה בשימוש בספורט, החל ממחבט הטניס המוקדם ביותר, מחבט הבדמינטון התרחב בהדרגה למקלוני גולף ומרוצי מכוניות ספורט. 2008 צריכת ספורט הפנאי של סין היוותה 13% מסך הצריכה של טיטניום, רק כמות הטיטניום המשמשת באלות הגולף ובפירים של יותר מ-1,000 טון. גם שלדות אופניים עשויות טיטניום פופולריות מאוד, ישנן קרוב ל-50 חברות המייצרות אופני טיטניום, ארה"ב הייתה היצרנית והצרכנית הגדולה ביותר של אופני טיטניום. התכונות הקלות של טיטניום משמשות במסגרות למשקפיים, וטיטניום גם לא קל להפוך את העור לאלרגיות, ולמשטח טיטניום לאחר טיפול אנודי יכול להיות אפקט צבעוני, ולכן נעשה בו שימוש במסגרות מאז שנות ה-80.