钛、铌、钽

钛是一种化学元素，化学符号Ti，原子序数22，在化学元素周期表中位于第4周期、第IVB族。是一种银白色的过渡金属，其特征为重量轻、强度高、具金属光泽，耐湿氯气腐蚀。但钛不能应用于干氯气中，即使是温度0℃以下的干氯气，也会发生剧烈的化学反应，生成四氯化钛，再分解生成二氯化钛，甚至燃烧。只有当氯气中的含水量高于0.5%的时候，钛在其中才能保持可靠的稳定性。

钛被认为是一种稀有金属，这是由于在自然界中其存在分散并难于提取。但其相对丰富，在所有元素中居第十位。钛的矿石主要有钛铁矿及金红石，广布于地壳及岩石圈之中。钛亦同时存在于几乎所有生物、岩石、水体及土壤中。从主要矿石中萃取出钛需要用到克罗尔法 或亨特法。钛最常见的化合物是二氧化钛，可用于制造白色颜料。其他化合物还包括四氯化钛(TiCl4)（作催化剂和用于制造烟幕作空中掩护）及三氯化钛（TiCl3)（用于催化聚丙烯的生产）。

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从发现钛元素到制得纯品，历时一百多年。而钛真正得到利用，认识其本来的真面目，则是20世纪40年代以后的事情了。

地球表面十公里厚的地层中，含钛达千分之六，比铜多61倍，在地壳中的含量排第十位（地壳中元素排行：氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢、钛），随便从地下抓起一把泥土，其中都含有千分之几的钛，世界上储量超过一千万吨的 钛矿并不稀罕。

地球上有成亿吨的砂石，钛和 锆这两种比砂石重的 矿物，就混杂在砂石中，经过海水千百万年昼夜不停地淘洗，把比较重的 钛铁矿和 锆英砂矿冲在一起，在漫长的海岸边，形成了一片一片的钛矿层和锆矿层。这种矿层是一种黑色的砂子，通常有几厘米到几十厘米厚。钛没有磁性，用钛建造的 核潜艇不必担心磁性 水雷的攻击。

1947年，人们才开始在工厂里冶炼钛。当年，产量只有2吨。1955年产量激增到2万吨。1972年，年产量达到了 20万吨。钛的 屈服强度比钢铁要高，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，它的屈服强度却比铝大2倍。钛的比强度高于铝和钢，比模量与铝、钢十分接近。在 宇宙火箭和导弹中，就大量用钛代替钢铁。据统计， 世界上每年用于宇宙航行的钛，已达一千吨以上。极细的钛粉，还是火箭的好燃料，所以钛被誉为宇宙金属，空间金属。

钛在高温下极易和空气发生反应，但熔点高达1668℃。在常温下，钛不怕王水和稀硝酸腐蚀，但不耐5%以上硫酸腐蚀和7%盐酸腐蚀。钛不怕常温海水，有人曾把一块钛沉到海底，五年以后取上来一看，上面粘了许多小动物与海底植物，却一点也没有生锈，依旧亮闪闪的。

人们开始用钛来制造潜艇——钛 潜艇。由于钛非常结实，能承受很高的压力，这种潜艇可以在深达4500米的深海中航行。

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钛是一种化学元素，化学符号Ti，原子序数22，是一种银白色的 过渡金属，其特征为重量轻、强度高、具金属光泽，亦有良好的抗腐蚀能力（包括海水、 王水及 氯气）。由于其稳定的化学性质，良好的耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱，以及高强度、低密度，被美誉为“太空金属”[2]。钛于1791年由 格雷戈尔（William Gregor）于英国 康沃尔郡发现，并由 克拉普罗特（Martin Heinrich Klaproth）用希腊神话的 泰坦为其命名。

钛被认为是一种稀有金属，这是由于在自然界中其存在分散并难于提取。但其相对丰度在所有元素中居第十位。[3]钛的矿石主要有 钛铁矿及 金红石，广布于地壳及 岩石圈之中。钛亦同时存在于几乎所有生物、岩石、水体及土壤中[4]。从主要矿石中萃取出钛需要用到克罗尔法[5]或亨特法。钛最常见的化合物， 二氧化钛可用于制造白色颜料[6]。其他化合物还包括 四氯化钛(TiCl ）（作催化剂及用于制造 烟幕或空中文字）及 三氯化钛（TiCl ）（用于催化 聚丙烯的生产）[4]。

钛能与 铁、 铝、 钒或 钼等其他元素熔成合金，造出高强度的轻合金，在各方面有着广泛的应用，包括航天（ 喷气发动机、导弹及 航天器）、军事、工业程序（化工与石油制品、 海水淡化及造纸）、汽车、农产食品、医学（义肢、骨科移植及牙科器械与填充物）、运动用品、珠宝及手机等等。[4]。

钛最有用的两个特性是，抗腐蚀性，及金属中最高的强度－重量比[7]。在非合金的状态下，钛的强度跟某些钢相若，但却还要轻45%[8]。有两种 同素异形体[9]和五种天然的 同位素，由Ti到Ti，其中 丰度最高的是Ti(73.8%)[10]。钛的化学性质及物理性质和 锆相似，这是因为两者的 价电子数目相同，并于 元素周期表中同属一族。

在地壳中，钛的储量仅次于铁、铝、镁，居第四位。由于钛具有熔点高、比重小、比强度高、韧性好、抗疲劳、耐腐蚀、导热系数低、高低温度耐受性能好、在急冷急热条件下应力小等特点，其商业价值在二十世纪五十年代开始被人们认识，被应用于航空、航天等高科技领域。随着不断向化工、石油、电力、海水淡化、建筑、日常生活用品等行业推广，钛金属日益被人们重视，被誉为“现代金属”和“战略金属”，是提高国防装备水平不可或缺的重要战略物资。

衡量一个国家钛工业规模有两个重要指标：海绵钛产量和钛材产量，其中海绵钛产量反映原料生产能力，钛材产量反映的是深加工能力。钛工业已形成中国、美国、独联体、日本和欧洲五大生产和消费主体。

中国钛工业于1954年起步，经过试验研究、工业化生产的定点布局、应用推广和不断的技术进步逐步发展起来。特别是21世纪以来，在国家需求的拉动下，在改革开放政策的推动下，中国钛工业更是突飞猛进。

2011年是我国“十二五”规划的第一年，在这一年里，我国海绵钛和钛加工材的产量继续惯性增长。根据中国有色金属工业协会钛锆铪分会统计，国内14家海绵钛生产企业2011年总产量为64952t，同比增加了12.4%。根据30家企业的统计，2011年中国共生产钛加工材50962t，同比增长33.0%。

4历史简介

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第一种发现的钛矿石是一种黑色沙子叫做钛铁砂，是由Reverend William Gregor在康沃尔于1791年发现的。他分析了它并推断其是由铁和一种未知金属的氧化物组成，并报告给了康沃尔的皇家地质学会。

在1795年，德国柏林的科学家Martin Heinrich Klaproth研究了一种来自匈牙利的叫做Schörl的红色矿石。这是金红石（TiO ）的一种形式，而且Klaproth意识到它一种以前未知元素的氧化物，他命名为titanium（钛）。当他被告知Gregor的发现时，他研究了钛铁砂并确认了它也包含钛。

直到1910年，工作于美国通用电气的M. A. Hunter才制造出了纯净的钛金属，由加热四氯化钛和钠金属实现。

5物理性质

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钛是钢与合金中重要的合金元素，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。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%， 但收缩强度低（即收缩时产生的力 度），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。