Usi e applicazioni del titanio

La filiera del titanio può essere suddivisa nelle seguenti quattro parti:

1 Arricchimento primario del minerale di titanio, rutilo, ecc. e ottenimento di concentrati di qualità superiore mediante metodi fisici.

2 Il biossido di titanio ad elevata purezza viene preparato attraverso la lavorazione e la purificazione di concentrati e utilizzato nell'industria del biossido di titanio.

Il tetraossido di titanio produce tricloruro di titanio mediante ossidazione, riduzione e altri processi per produrre spugna di titanio

4. Spugna di titanio fusa per ottenere una struttura cristallina densa di lingotti di titanio, utilizzata nella produzione di titanio e leghe di titanio.

Spugna di titanio

Spugna di titanio

La spugna di titanio si riferisce alla riduzione del tetracloruro di titanio con magnesio o sodio per ottenere una spugna di titanio con una purezza del 98,5%-99,7%. È la materia prima più importante nella produzione dell'industria del titanio. La spugna di titanio è il processo di produzione del metallo di titanio di prodotti primari, è necessario ottenere lingotti di titanio dopo l'ulteriore fusione del titanio puro industriale e può essere trasformato nel corrispondente titanio o lega di titanio.

Preparazione della spugna di titanio: principalmente metodo di riduzione termica del magnesio (metodo Kroll), metodo di riduzione del sodio (metodo Hunt) ed elettrolisi del sale fuso. Il vantaggio del metodo di riduzione del magnesio è che il magnesio può essere riciclato. In confronto, la qualità del prodotto è migliore e il contenuto di impurità metalliche è inferiore, ma la capacità produttiva del singolo forno è inferiore e il consumo di sodio è maggiore. E l'elettrolisi del sale fuso è ancora in fase sperimentale semiindustriale.

Biossido di titanio e sue applicazioni

Diossido di titanio

Il biossido di titanio, scientificamente noto come biossido di titanio (TiO2) è un ossido molto stabile con eccellenti proprietà ottiche e pigmentarie, utilizzato principalmente come pigmenti inorganici bianchi. Non è tossico, ha il miglior potere coprente, il miglior punto di bianco e luminosità ed è considerato un pigmento bianco con le migliori prestazioni al mondo, ampiamente utilizzato nelle industrie di rivestimento, plastica, fabbricazione della carta, inchiostri da stampa, fibra chimica, gomma, cosmetici e così via.

Aree di applicazione del biossido di titanio in Cina distribuzione globale delle applicazioni del biossido di titanio

Metodi di produzione industriale dell'acido solforico e della clorazione del biossido di titanio: la tecnologia di produzione dell'acido solforico è un'attrezzatura matura e semplice, ma lo svantaggio è che il processo di produzione e l'inquinamento ambientale sono gravi; la tecnologia di clorazione è avanzata, la grande capacità produttiva, l'elevata qualità del prodotto, il grado di bianco e la gamma di distribuzione delle dimensioni delle particelle sono ristretti. Allo stesso tempo, il cloro può anche essere riciclato, lo svantaggio è che i requisiti per le materie prime sono troppo severi, la materia prima deve essere scorie di rutilo e titanio naturali o sintetiche con un contenuto di TiO2 del 90%-95%.

Processo con acido solforico per la produzione di biossido di titanio

Processo di produzione dell'acido solforico del biossido di titanio

Processo di produzione del biossido di titanio mediante metodo della clorazione

Processo di produzione del biossido di titanio mediante metodo della clorazione

Il biossido di titanio ha tre tipi di cristalli: rutilo, anatasio e piastra. Il tipo a piastra in titanio non può essere utilizzato come pigmento nell'industria, i principali pigmenti utilizzati sono l'anatasio e il biossido di titanio rutilo.

Il biossido di titanio rutilo presenta i vantaggi di elevata purezza, particelle fini e uniformi, buone proprietà ottiche, forte potere rifrattivo, elevato potere acromatico, forte potere coprente, basso assorbimento di olio, dispersione di acqua, ecc. Viene utilizzato principalmente nelle industrie di rivestimento, inchiostri da stampa, fibre chimiche, gomma, vetro, cosmetici, saponi, plastica e carta. Il biossido di titanio rutilo non solo presenta i vantaggi del biossido di titanio anatasio, ma ha anche un migliore potere di resistenza agli agenti atmosferici e di copertura, utilizzato principalmente in vernici industriali di alta qualità, vernici lucide al lattice, plastica, elevato potere colorante e rapido fabbisogno di materiali in gomma, rivestimento avanzato di carta Dalle prestazioni del pigmento, il biossido di titanio rutilo è superiore al biossido di titanio anatasio, biossido di titanio rutilo nella superficie del prodotto per il trattamento di rivestimento della maggior parte dell'anno 2010 in Cina. Nel 2010, la quantità totale di biossido di titanio rutilo in Cina era del 57%, molto al di sotto del livello mondiale del 90%. In futuro, la percentuale di biossido di titanio rutilo in Cina avrà ancora margini di miglioramento.

Attualmente, l'industria del biossido di titanio sta vivendo tre importanti aggiustamenti: (1) la crescita della produzione mondiale di biossido di titanio è relativamente lenta, mentre la regione Asia-Pacifico, in particolare la crescita della produzione di biossido di titanio in Cina, è più rapida, l'industria mondiale del biossido di titanio in Asia -La regione del Pacifico, in particolare il trasferimento della tendenza da parte della Cina è evidente; (2) con l'aumento delle prestazioni del biossido di titanio a valle, il processo di rivestimento del biossido di titanio è diventato un mezzo importante per tutti i tipi speciali di biossido di titanio, l'industria del biossido di titanio si sviluppa continuamente dai beni generali all'ordinario prodotti. I prodotti speciali (3) sono appena stati lanciati; il biossido di titanio è diviso in due tipi: anatasio e rutilo, il biossido di titanio anatasio occupa ancora una parte della quota di mercato a causa del suo prezzo più elevato, ma le prestazioni del settore con il biossido di titanio rutilo come tendenza di sviluppo futuro sono ancora eccellenti. Nella struttura del prodotto cinese di biossido di titanio, la percentuale di biossido di titanio rutilo è in aumento, rappresentando circa il 57%, ma ancora molto al di sotto della percentuale del 90% del mondo. La struttura del prodotto cinese al biossido di titanio si sta sviluppando attivamente nella direzione del biossido di titanio rutilo. In sintesi, l'industria cinese del biossido di titanio, in particolare le prospettive per lo speciale biossido di titanio rutilo, sono ancora ottimistiche.

Applicazione del titanio e della lega di titanio

Il titanio è un'importante struttura metallica sviluppata negli anni '50, le leghe di titanio con bassa densità, elevata resistenza specifica, buona resistenza alla corrosione, bassa conduttività termica, non tossiche e non magnetiche, saldabili, biocompatibili, decorazioni superficiali, ecc., sono ampiamente utilizzate nell'aviazione, aerospaziale, industria chimica, petrolio, energia elettrica, assistenza medica, edilizia, articoli sportivi e altri campi. Molti paesi nel mondo hanno riconosciuto l'importanza dei materiali in lega di titanio, hanno svolto ricerca e sviluppo e li hanno applicati nella pratica.

Campi di applicazione del titanio e delle leghe di titanio

Nel 2011, la percentuale del consumo globale di aviazione commerciale ha raggiunto il 46%, la percentuale di titanio protettivo è del 9% (principalmente aviazione militare), la percentuale di consumo di titanio nel settore dell'aviazione è superiore al 50%; la percentuale del consumo di titanio industriale è del 43% e la percentuale del consumo di titanio nei mercati emergenti è del 2%.

Esistono evidenti differenze nella struttura della domanda regionale di prodotti in titanio.

Nella struttura regionale della domanda di prodotti in titanio vi sono evidenti differenze. Negli Stati Uniti e nell’Unione Europea, in particolare negli Stati Uniti, la domanda di prodotti in titanio da parte dell’industria aerospaziale e della difesa è pari a circa il 50% nel settore aerospaziale e della difesa. In Giappone, la domanda è dominata dal titanio industriale proveniente dall’industria chimica. Secondo la Japan Titanium Association, il settore aerospaziale rappresenta solo il 2-3% della domanda di titanio del Giappone. In modo abbastanza simile alla situazione del Giappone, la maggior parte della domanda di prodotti in titanio proviene dai settori chimico ed energetico, con l’aerospaziale che rappresenta solo il 10%. Sebbene la Cina sia diventata uno dei maggiori produttori e consumatori di titanio al mondo, gran parte della produzione è stata limitata a gradi inferiori di titanio da utilizzare in telai, mazze da golf o tubazioni resistenti alla corrosione per la stessa industria chimica. Tuttavia, negli ultimi anni, la quantità di titanio utilizzato nel settore aerospaziale in Asia è aumentata notevolmente, quindi è chiaro che il mercato del titanio ha un futuro migliore.

Struttura globale del consumo di titanio Struttura del consumo di titanio in Cina

Aerospaziale

Nel campo aerospaziale, il titanio è concentrato nei paesi occidentali, in particolare negli Stati Uniti, il 60% dei materiali di titanio utilizzati in questo campo. Tra i paesi asiatici, Giappone e Cina investono circa il 10% nel settore del titanio. Tuttavia, negli ultimi anni, con il rapido sviluppo dell’industria aerospaziale asiatica, il consumo di titanio in campo aerospaziale è destinato ad aumentare. A livello globale, l’industria aerospaziale occupa una posizione fondamentale nel mercato del titanio e, storicamente, i cambiamenti nell’industria del titanio sono stati strettamente correlati all’industria aerospaziale.

La crescita economica aggiunge una nuova forte domanda, la produzione globale di titanio ha raggiunto 14,8 milioni di tonnellate nel 2011, di cui circa 6,4 milioni di tonnellate di titanio per l'aviazione commerciale, la domanda futura per il trasporto aereo globale è ancora enorme, si prevede nei prossimi 20 anni, la domanda di i nuovi aerei sono circa 3 milioni, allo stesso tempo, i nuovi aerei sulla domanda di titanio dei vecchi aerei, si prevede che entro 20 anni la domanda media di titanio negli aerei commerciali sarà di 40 tonnellate / telaio. Si prevede che nei prossimi 20 anni la domanda globale di materiali in titanio per l’aviazione commerciale sarà di circa 120 milioni di tonnellate, con un tasso di crescita annuo composto di circa il 17% e una domanda media annua di materiali in titanio di 6 milioni di tonnellate. campo dei materiali in titanio per l'aviazione civile mostrerà una rapida crescita. Anche il campo dell’aviazione militare rappresenterà una nuova opportunità; a causa delle tensioni geopolitiche globali e dell’aumento della spesa militare mondiale, si prevede che anche il settore dell’aviazione militare vedrà una nuova domanda.

Aerei civili

Gli usi principali della lega di titanio negli aerei sono i seguenti:

(1) Riduzione del peso strutturale e miglioramento dell'efficienza strutturale: le prestazioni della tecnologia tattica avanzata (come gli aerei supersonici) sui requisiti del coefficiente di peso della struttura dell'aeromobile sono relativamente basse (ad esempio: peso strutturale della fusoliera / peso al decollo dell'aereo ordinario)) e lega di titanio ha una resistenza vicina alle caratteristiche dell'acciaio resistente ma di piccola densità, invece dell'acciaio strutturale e delle leghe ad alta temperatura, riducendo notevolmente il peso della struttura, ma anche un risparmio sui costi; per prendere ad esempio il motore. Le statistiche mostrano che la qualità del motore dell'aereo è ridotta di un chilogrammo per ogni chilogrammo, l'utilizzo del costo può essere ridotto di circa 220-440 dollari USA.

(2) con l'uso di requisiti di parti ad alta temperatura: la lega di titanio ha una buona resistenza al calore, come Ti-6Al-4V per lavori a lungo termine a 350 gradi, quindi nel piano del le parti ad alta temperatura (come la fusoliera posteriore, ecc.) possono sostituire le prestazioni ad alta temperatura non soddisfano i requisiti della lega di alluminio TC11 può essere di 500 gradi per lavori a lungo termine, nel motore le parti pressurizzate possono essere un sostituto delle leghe ad alta temperatura e dell'acciaio inossidabile.

(3) per soddisfare i requisiti di abbinamento con la struttura composita: per ridurre il peso e soddisfare i requisiti di invisibilità, gli aerei avanzati utilizzano un gran numero di materiali compositi, la resistenza e la rigidità della lega di titanio e del materiale composito si abbinano meglio, è possibile ottenere un buon effetto di riduzione del peso. Allo stesso tempo, a causa del potenziale più vicino, non è facile produrre corrosione dell'accoppiamento galvanico, quindi le parti corrispondenti dei componenti strutturali e degli elementi di fissaggio sono adatte all'uso della lega di titanio.

(4) Soddisfare i requisiti di elevata resistenza alla corrosione e lunga durata: la lega di titanio ha un'elevata resistenza alla fatica e un'eccellente resistenza alla corrosione, che può migliorare la resistenza alla corrosione e la durata della struttura e soddisfare i requisiti di elevata affidabilità e lunga durata dell'aviazione avanzata durata del motore.

Aerei militari

Lo sviluppo e l'approvvigionamento di armi militari continueranno a svilupparsi nella direzione di leggerezza e flessibilità, al fine di soddisfare i requisiti di prestazioni di combattimento degli aerei da combattimento, oltre all'uso di tecnologie di progettazione avanzate, è anche necessario utilizzare un gran numero di materiali con prestazioni eccellenti, nonché tecnologia avanzata e tecnologia di produzione. . Un gran numero di leghe di titanio, migliorare il livello di applicazione delle leghe di titanio avanzate è una delle misure importanti. dagli anni '60, la quantità di titanio utilizzata negli aerei militari stranieri è aumentata di anno in anno e la quantità di leghe di titanio in vari tipi di caccia e bombardieri militari avanzati progettati da Europa e Stati Uniti si è stabilizzata al di sopra del 20% e la quantità delle leghe di titanio utilizzate nei nuovi modelli si è stabilizzata sopra il 20%. I consumi hanno registrato un aumento significativo.

Industria automobilistica

La riduzione del consumo di carburante e la riduzione delle emissioni di rifiuti nocivi (CO2, NOX, ecc.) sono diventate una delle principali forze trainanti e direzioni per il progresso tecnologico nell'industria automobilistica. La ricerca mostra che l’alleggerimento è una misura efficace per risparmiare carburante e ridurre l’inquinamento. Con una riduzione del 10% della massa dell'automobile, il consumo di carburante può essere ridotto dell'8%-10% e le emissioni di scarico del 10%. Durante la guida, le prestazioni di accelerazione del veicolo vengono migliorate, così come la stabilità, il rumore e le vibrazioni del veicolo. Considerando la sicurezza in caso di collisione, quando il peso del veicolo è leggero, l'inerzia è ridotta e lo spazio di frenata è ridotto.

Materiali leggeri, come alluminio, magnesio, titanio e altri materiali alternativi, come alluminio, magnesio, titanio, ecc., rappresentano il metodo di alleggerimento preferito. Nel 2009 l'uso automobilistico globale del titanio ha raggiunto le 3000 tonnellate. Il titanio nell'applicazione automobilistica ha una storia lunga molti anni, attualmente quasi tutte le auto utilizzano il titanio, le automobili giapponesi con titanio hanno più di 600 tonnellate, con lo sviluppo dell'industria automobilistica globale, le automobili con titanio stanno ancora crescendo rapidamente.

I vantaggi dell'utilizzo del titanio sono: ridurre il peso, ridurre il consumo di carburante; migliorare l'efficienza della trasmissione di potenza, ridurre il rumore; ridurre le vibrazioni, ridurre il carico; migliorare la durata dell'auto e la protezione dell'ambiente.

Industria medica

Viti di giunzione in titanio Il titanio ha una vasta gamma di applicazioni in campo medico. Il titanio è vicino alle ossa umane, biocompatibile e non ha effetti collaterali tossici sul corpo umano. L'impianto umano è un materiale funzionale speciale strettamente correlato alla vita e alla salute umana. Rispetto ad altri materiali metallici, l'uso del titanio e delle leghe di titanio presenta i seguenti vantaggi: 1. leggerezza; basso modulo di elasticità; 3. non magnetico; 4. non tossico; 5. resistenza alla corrosione; 6. elevata resistenza e tenacità. L'uso delle leghe di titanio negli impianti chirurgici sta crescendo a un tasso del 5-7% all'anno. Femore in titanio e lega di titanio, articolazioni dell'anca, omero, cranio, articolazioni del ginocchio, articolazioni del gomito, articolazioni della spalla, articolazioni metacarpo-falangee, mascelle e valvole cardiache, membrane di differenziazione renale, vasodilatatori, stecche, protesi, viti di serraggio verranno trapiantate nel corpo umano centinaia di parti metalliche e ha ottenuto buoni risultati e ha ottenuto un alto grado di valutazione nella comunità medica.

Industria chimica

Il titanio ha un'eccellente resistenza alla corrosione, proprietà meccaniche e prestazioni di processo, ampiamente utilizzato in molti settori dell'economia nazionale. Soprattutto nella produzione chimica, il titanio viene utilizzato al posto dell'acciaio inossidabile, le leghe a base di nichel e altri metalli rari come materiali resistenti alla corrosione. Ciò è molto importante per aumentare la produzione, migliorare la qualità del prodotto, prolungare la durata delle apparecchiature, ridurre i consumi, ridurre il consumo di energia, ridurre i costi, prevenire l'inquinamento, migliorare le condizioni di lavoro e aumentare la produttività del lavoro.

Il titanio è diventato uno dei principali materiali anticorrosione nelle apparecchiature chimiche e ha stabilito la sua resistenza alla corrosione negli impianti chimici. Il titanio come materiale ideale nelle apparecchiature chimiche, ma anche sempre più attenzione da parte di ingegneri e tecnici.

Dopo anni di promozione, il titanio e le sue leghe come eccellenti materiali resistenti alla corrosione sono stati ampiamente utilizzati nella produzione chimica. L'applicazione delle apparecchiature in titanio è stata ampliata dall'originale carbonato di sodio, dall'industria della soda caustica al clorato, al cloruro di ammonio, all'urea, alla sintesi organica, ai coloranti, ai sali inorganici, ai pesticidi, alle fibre sintetiche, ai fertilizzanti, all'industria della chimica fine, ecc. di attrezzature sono state sviluppate da piccole e singole a grandi e diversificate.

I risultati del sondaggio mostrano che gli scambiatori di calore in titanio rappresentano il 57%, gli anodi in titanio il 20%, i contenitori in titanio il 16% e altri il 7%. Nell'industria chimica con "due basi", la maggior quantità di scambiatori di calore in titanio nelle apparecchiature chimiche.

Negli ultimi anni, la tecnologia cinese per la produzione di materiali in titanio ha fatto rapidi progressi, titanio aerospaziale, titanio militare, titanio per veicoli e altre crescite molto rapide, soprattutto nel campo aerospaziale, con la tendenza a raggiungere l'industria chimica. . Nel complesso, l'industria chimica con contenuto di tecnologia del titanio è piccola, prodotti a basso valore aggiunto, la percentuale dell'industria chimica con titanio è destinata a diminuire gradualmente.

Ingegneria marina

Con lo sviluppo della scienza e della tecnologia e il crescente esaurimento delle risorse terrestri, lo sviluppo umano e l’utilizzo dell’oceano sono diventati all’ordine del giorno. Il titanio ha un'eccellente resistenza alla corrosione dell'acqua di mare, ampiamente utilizzato nella desalinizzazione dell'acqua di mare, nelle navi, nello sviluppo dell'energia termica oceanica e nell'estrazione delle risorse dei fondali marini e in altri campi.

Rompighiaccio già negli anni '60, la Cina iniziò a studiare l'applicazione del titanio e delle leghe di titanio nelle navi e nelle apparecchiature di ingegneria navale, e ha svolto molto lavoro, sostanzialmente ha formato una serie di gradi, proprietà diverse, specifiche complete delle leghe di titanio per navi. Sistema. A causa delle caratteristiche del titanio e delle leghe di titanio stesse presentano vantaggi unici nell'applicazione di navi e attrezzature marine, sono ampiamente utilizzati in sottomarini nucleari, sommergibili, rompighiaccio atomici, aliscafi, hovercraft, dragamine ed eliche, acqua di mare, condensatori, scambiatori di calore e Presto.

Nelle applicazioni navali, l’attuale utilizzo del titanio in Cina è molto ridotto e rappresenta meno dell’1% del peso totale della nave

Il titanio e le leghe di titanio nel campo delle navi e delle attrezzature di ingegneria navale hanno un grande potenziale di sviluppo. E nella dissalazione e nelle centrali elettriche costiere, a causa dell'attuale domanda del mercato cinese di dissalazione e centrali elettriche costiere è enorme, per ridurre ulteriormente il costo della lega di titanio e migliorare la stabilità della qualità del prodotto, l'applicazione delle prospettive di mercato delle leghe di titanio sarà molto ampia . Molto ampio.

Vita quotidiana

Il titanio è ampiamente utilizzato nella vita quotidiana, si può dire che sia ovunque, come teste da golf, telai di biciclette, racchette da tennis, sedie a rotelle, montature per occhiali e così via verranno applicati al titanio.

Basandosi sulle caratteristiche del titanio leggero e ad alta resistenza utilizzato negli sport, dalla prima racchetta da tennis, la racchetta da badminton si è gradualmente estesa alle mazze da golf e alle corse automobilistiche sportive. Nel 2008 il consumo cinese di sport ricreativi rappresentava il 13% del consumo totale di titanio, solo la quantità di titanio utilizzata nelle mazze da golf e nelle aste di oltre 1,000 tonnellate. Anche i telai per biciclette in titanio sono molto popolari, ci sono quasi 50 aziende che producono biciclette in titanio, gli Stati Uniti sono stati il ​​​​più grande produttore e consumatore di biciclette in titanio. Le proprietà leggere del titanio sono utilizzate nelle montature per occhiali, inoltre il titanio non è facile da provocare allergie cutanee e la superficie del titanio dopo il trattamento anodico può avere un effetto colorato, quindi è stato utilizzato nelle montature dagli anni '80.