钛 Titanium

钛的發現及産業發展曆程

【钛的發現】

• 格雷戈爾（ Reverend William Gregor，1762—1817）：1791年，钛以含钛礦物的形式在英格蘭的康沃爾郡被發現，發現者是英格蘭業餘礦物學家格雷戈爾（Reverend William Gregor），當時正業為負責康沃爾郡的克裡特（Creed）教區的牧師。他在鄰近的馬納坎（Manaccan）教區中小溪旁找到了一些黑沙，後來他發現了那些沙會被磁鐵吸引，他意識到這種礦物（钛鐵礦）包含着一種新的元素。經過分析，發現沙裡面有兩種金屬氧化物：氧化鐵（沙受磁鐵吸引的原因）及一種他無法辨識的白色金屬氧化物。意識到這種未被辨識的氧化物含有一種未被發現的金屬，格雷戈爾對康沃爾郡皇家地質學會及德國的《化學年刊》發表了這次的發現。大約就在同時，米勒•馮•賴興斯泰因（Franz-Joseph Müller von Reichenstein）也制造出類似的物質，但卻無法辨識它。

• 克拉普羅特 (Martin Heinrich Klaproth ，1743—1817）：1795年德國化學家克拉普羅特在分析匈牙利産的紅色金紅石時也發現了這種氧化物。他主張采取為鈾（1789年由克拉普羅特發現的）命名的方法，引用希臘神話中泰坦神族“Titanic”的名字給這種新元素起名叫“Titanium”。中文按其譯音定名為钛。當他聽聞到格雷戈爾較早前的發現之後，克拉普羅特取得了一些馬納坎礦物的樣本，并證實它含钛。

• 亨特（Matthew A. Hunter）：格雷戈爾和克拉普羅特當時所發現的钛是粉末狀的二氧化钛，而不是金屬钛。因為钛的氧化物極其穩定，而且金屬钛能與氧、氮、氫、碳等直接激烈地化合，所以單質钛很難制取。直到1910年才被美國化學家亨特第一次用鈉還原TiCI制得純度達99.9%的金屬钛。
• 1940年盧森堡科學家W.J.Kroll用鎂還原TiCl4制得了純钛。從此，鎂還原法(又稱為克勞爾法)和鈉還原法(又稱為亨特法)成為生産海綿钛的工業方法。美國在1948年用鎂還原法制出2噸海綿钛，從此開始了钛的工業化生産 。

【钛産業發展曆程】

• 1789年科學家發現了钛元素，然而直到1908年，挪威和美國才開始用硫酸法生産钛白，1910年在試驗室中第一次用鈉法制得海綿钛，1948年美國杜邦公司才用鎂法成噸生産海綿钛——這标志着海綿钛即钛工業化生産的開始。
• 中國钛工業起步于20世紀50年代。1954年北京有色金屬研究總院開始進行海綿钛制備工藝研究，1956年國家把钛當作戰略金屬列入了12年發展規劃，1958年在撫順鋁廠實現了海綿钛工業試驗，成立了中國第一個海綿钛生産車間，同時在沈陽有色金屬加工廠成立了中國第一個钛加工材生産試驗車間。
• 20世紀60-70年代，在國家的統一規劃下，先後建設了以遵義钛廠為代表的10餘家海綿钛生産單位，建設了以寶雞有色金屬加工廠為代表的數家钛材加工單位，同時也形成了以北京有色金屬研究總院為代表的科研力量，成為繼美國、前蘇聯和日本之後的第四個具有完整钛工業體系的國家。

• 1980年前後，中國海綿钛産量達到2800噸，然而由于當時大多數人對钛認識不足，钛材的高價格也限制了钛的應用，钛加工材的産量僅200噸左右，中國钛工業陷入困境。在國家的政策支持下， 于1982年7月成立了跨部委的全國钛應用推廣領導小組，專門協調钛工業的發展事宜，促成了20世紀80年代至90年代初期中國海綿钛和钛加工材産銷兩旺、钛工業快速平穩發展的良好局面。
• 綜上所述，中國钛工業大緻經曆了三個發展期：即20世紀50年代的開創期，60-70年代的建設期和80-90年代的初步發展期。在新世紀，得益于國民經濟的持續、快速發展，中國钛工業也進入了一個快速成長期。
• 經過多年的發展，中國钛工業确實取得令人矚目的成就，但與美、日、俄相比，中國钛工業還是後進者，特别是金融危機加劇以來，更突顯出中國钛工業缺陷與不足。2014年在世界經濟繼續處于弱增長格局、全球钛行業持續低迷的大背景下中國钛工業也難以獨善其身，進入了“高産能、微利潤、低需求”的嚴冬期。
• 在國家穩增長、調結構、轉變增長方式、科技創新發展的方針指導下，與環境和諧發展、促進行業健康和可持續發展成為經濟發展的主旋律。投資放緩，産能擴張，需求下降以及钛産品的結構性過剩，導緻钛制品的價格一直在低位徘徊。钛冶煉企業大都處在虧損或盈虧持平狀态，钛加工企業處于微利運行狀态，2014年是钛行業的艱辛之年。
• 中低端钛制品産能過剩，産業結構亟待調整
• 經過新世紀以來的快速發展，中國海綿钛的年産能已達15萬噸，钛錠的産能已達12.4萬噸.，而國内市場需求放緩，2014年實際的産量分别為67825噸和57039噸，開工率不足，而且大多數企業均處在中低端産品的生産定位上，産品趨同，競争激烈，效益低下。
• 另一方面，在航空、醫療等高端産品的研發及生産上，我們還不能滿足國内的發展需求，航空钛合金材料和醫用钛合金材料等高端钛制品還需要進口。因此，中國的钛行業處在結構性過剩中。
• 钛産業結構調整及産能過剩的問題需要國家、地方和企業共同商榷解決。
• 自主創新能力不強
• 長期以來，我們研制鑒定了很多新型钛合金，但自主的原創的不多，絕大多數是跟蹤仿制國外同類産品，并且對新型钛合金的基礎性、系統性的研究不夠，從而阻礙了新型钛合金的應用。
• 钛合金成分組織一緻性、批次穩定性不夠
• 目前，中國钛行業的技術裝備已居世界前列，也生産了大量的優質钛合金材料來滿足國民經濟發展的需要。但是用于大飛機和航空發動機等高端钛合金材料的可靠性、批次穩定性較差，導緻發動機葉片和風扇盤等關鍵部件蠕變變形，發動機性能下降，不能滿足大飛機及醫用人體植入件對材料的高端需求。

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