虽然中国钛资源丰富,但矿产品位偏低,其钙镁等其他金属杂质含量高(≥2%),钛矿资源分选难度大,回收率低,生产成本高,资源综合利用率太低。目前,中国产能最大的攀西地区钛矿,其资源利用率仅为6% ~8%,造成我国高端航空级金属钛生产原料90%依赖于进口,难以满足未来中国高端领域用钛合金原料的长期稳定需求。
钛的重要应用
航空发动机,被称为“工业之花”,而发动机研发最重要的两个部分就是热力学和材料学的部分。若缺乏好的热力学设计,发动机在理论上难以拥有最大效率,特别是材料学更显得十分关键。航空发动机上,钛金属合金是最重要的成分之一,始终受到世界业内的高度关注。
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,钛的重要特征:重量轻、强度高、具金属光泽,拥有十分良好的抗腐蚀能力(包括海水、王水及氯气)。
钛由于拥有稳定的化学性质,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”。钛,在1791年由格雷戈尔(William Gregor)于英国康沃尔郡发现,并由克拉普罗特用希腊神话的泰坦为其命名。
中国的钛金属矿产资源十分丰富,在四川西南拥有钒钛矿储量近百亿吨。虽然近些年来中国加强了钛矿开采,淘汰掉一些低层次的竞争对手,让中国在钛金属衍生科技领域占据了一定的主导权,但在顶尖的钛金属产品上,依然还被美俄日三国把控。中国近年来对于钛金属非常重视,防范向国外低卖钛材料,并保证供应国内军工产业的应用。
在性能上,钛合金,拥有良好的耐热强度、低温韧性和断裂韧性,因此,大多用作飞机发动机零件和火箭、导弹结构件。钛合金还可作燃料和氧化剂的储箱以及高压容器。已有用钛合金制造自动步枪,迫击炮座板及无后座力炮的发射管。
在石油工业上,钛主要作各种容器、反应器、热交换器、蒸馏塔、管道、泵和阀等。钛可用作电极和发电站的冷凝器以及环境污染控制装置。
钛镍形状记忆合金在仪器仪表上已广泛应用。钛在医疗中,钛可作人造骨头和各种器具。钛还是炼钢的脱氧剂和不锈钢以及合金钢的组元。
钛白粉是颜料和油漆的良好原料。碳化钛,氢化钛是新型硬质合金材料。氮化钛颜色近于黄金,在装饰方面应用广泛。
用钛合金制造的深海探测器,可深潜至6500米深度,而不会被海水压坏,尤其是用钢铁制造的潜艇,只能潜至300米。在航天和宇航工业中,钛合金以其优良性能被广泛采用,运载火箭、人造卫星、航天飞机、空间站、行星探测器等,大都采用钛合金制造外壳。金属壳体能够在太空条件下保持坚韧,能够在高速飞行中抵御剧烈的摩擦而产生的高温。
在化学工业中,具备耐腐蚀的泵、阀门、反应器等设备也大多用钛合金制作。钛与镍结合,还能制成具有记忆功能的"记忆合金"。用这种材料制造汽车外壳,当撞车发生变形时,只要用80℃以上的热风一吹,就能恢复原来形状。
钛在地壳中蕴藏丰富,在各种金属储量中占第9位,大约为铜、镍、铝、锌总量的17倍。含钛的矿物有70多种,主要是分布于火成岩中的金红石钛铁矿。
三、中国的钨
中国钨矿储量居全球第一,而且中国的钨矿产量和出口量长期以来也居世界第一,因此,拥有钨的“世界三个第一”
钨是一种金属元素。原子序数74,原子量183.84。硬度高,熔点高,常温下不受空气侵蚀;主要用途为制造灯丝和高速切削合金钢、超硬模具,也用于光学仪器,化学仪器。中国是世界上最大的钨储藏国。
钨是熔点最高的难熔金属。一般熔点高于1650℃。熔点高于锆熔点(1852℃)的金属称为难熔金属。典型的难熔金属有钨、钽、钼、铌、铪、铬、钒、锆和钛。作为一种难熔金属,钨最重要的优点是有良好的高温强度,对熔融碱金属和蒸气有良好的耐蚀性能,钨只有在1000℃以上才出现氧化物挥发和液相氧化物。
钨是一种稀有金属。稀有金属通常指在自然界中含量较少或分布稀散的金属。钨是一种分布较广泛的元素,几乎遍见于各类岩石中,但含量较低。钨在地壳中的含量为0.001%,在花岗岩中含量平均为1.5×10,这种特性导致其提取难度非常大,通常只能用有机溶剂萃取法及离子交换法分离提取。
钨是属于有色金属,也是重要的战略金属,钨矿在古代被称为"重石"。1781年由瑞典化学家卡尔·威廉·舍勒发现白钨矿,并提取出新的元素酸-钨酸。1783年被西班牙人德普尔亚发现黑钨矿也从中提取出钨酸,同年,用碳还原三氧化钨第一次得到了钨粉,并命名该元素。
1900年在巴黎世界博览会上,首次展出了高速钢。因此,钨的提取工业从此得到了快速发展。此种钢的出现标志了金属切割加工领域的重大技术进步。钨成为最重要的合金元素。
1900年,俄国发明家А.Н.Ладыгин首先建议在照明灯泡中应用钨。
钨及其合金是现代工业、国防及高新技术应用中的极为重要的功能材料之一,广泛应用于航天、原子能、船舶、汽车工业、电气工业、化学工业等诸多领域。
江西浮梁县朱溪钨矿2016年探明333 334类三氧化钨(WO3)资源量 286万吨,再次刷新了钨矿储量的世界记录,成为新的世界最大钨矿。
美国地质调查局(USGS)矿产品概要2020数据显示,截至2019年末,世界钨资源储量320万吨,其中,中国钨储量190万吨,成为世界最大钨资源国;俄罗斯钨储量24万吨,位居全球第二;其次是,越南(9.5万吨),西班牙(5.4万吨),英国(4.4万吨),朝鲜(2.9万吨),澳大利亚(1万吨),葡萄牙(3100吨)。
2019年世界钨产量8.5万吨,其中,中国钨产量达7万吨,占比82.35%,仍然是世界最大产钨国;越南钨产量4800吨,位居第二;其次是蒙古国(1900吨),俄罗斯(1500吨),玻利维亚(1200吨),朝鲜(1100吨),卢旺达(1100吨),澳大利亚(740吨),葡萄牙(700吨),西班牙(500吨)
中国同时也是世界上最大的消费国。
钨被称为“工业味精”,是一种十分重要的稀有矿产资源。钨及钨制品具有高熔点、高密度、高硬度,应用广泛。19世纪末,钨首次被用来生产合金钢和硬化钢,钨产品由初级品到深加工品,种类已达20多种,包括钻头、切削刀具、合金、化学用品、医药、食品到电子器件、穿甲弹等。
钨已是现代工业社会不可替代的材料之一。钨产业直接影响到国家经济、军事安全。
世界上很多国家非常重视钨的勘探和开发,并且将钨作为战略性资源加以储备。
我国的钨资源储量居世界第一。中国钨矿藏极为丰富,已探明矿产地252处,分布于23个省(区),尤其以湖南(白钨矿为主)、江西(黑钨矿为主)为多,储量分别占全国总量的33.8%和20.7%。