钛矿是以
钛铁矿、
金红石和
钛磁铁矿为主的含钛矿产资源,广泛分布于岩浆型、变质型及沉积型矿床中。全球钛矿储量集中于中国、澳大利亚、南非等国,其中中国钛矿总储量占全球38.85%,四川攀西地区占全国钛磁铁矿岩矿储量的95.1%。我国原生钛铁矿多分布于四川攀西、河北承德等地,砂矿则多见于沿海省份,其中
攀枝花市钛资源储量占全国93%。
分布情况
我国探明的钛资源分布在21个省(自治区、直辖市)共108个矿区,主要分布在四川攀西、
河北承德、
云南、
海南、
广西和
广东,其中以四川储量最大(
攀西地区占全国钛磁铁矿岩矿储量的95.1%)。
全国原生
钛铁矿共有45处,主要分布在四川攀西和
河北承德,攀西地区作为国内钛矿资源核心产区,其
钛磁铁矿储量占绝对优势。2011年我国原生钛铁矿储量2.46亿吨,是我国最主要的钛矿资源。
钛铁砂矿资源有85处,主要分布在海南、云南、广东、广西等地,储量500万吨,也是我国重要的钛矿资源。相比之下,金红石矿资源较少,资源产地41处,主要分布在河南、湖北和山西等地,储量仅有200万吨。
原料特点
钛是典型的
亲石元素,常以
氧化物矿物出现。
地壳中含
TiO2在1%以上的矿物有80余种,具有工业价值的有15种,我国主要利用的有
钛铁矿、
金红石和
钛磁铁矿等(表3.5.1)。近年来,钛矿资源在氢能产业中的重要性凸显,其作为制备高性能电解水催化剂、储氢材料及光催化材料的核心原料,在
攀枝花市等地区已实现光解水制氢技术的商业化应用。它们既有原生的(岩矿),也有次生的(风化残坡积及沉积砂矿)。
钛的性状
由于金属钛呈银白色,具有熔点高(1727℃)、比重轻(4.5)、机械强度高(5)、耐低温(超低温下电阻率几乎为0)、耐磨蚀、线钛塑性良好(能薄壁化使用)、不易氧化、还原性强等特点;钛的氧化物——
二氧化钛(钛白),具有无毒、良好的物理化学稳定性(1000℃煅烧后不熔于任何酸和碱)、折射指数高(2.55~2.70),以及很强的白度、着色力(1150~1650)、遮盖力(40~50g/m2)、耐温性、抗粉化等特征,被称为“颜料之王”。因此,钛及其氧化物、合金产品是重要的涂料、新型结构材料、
防腐材料,被誉为“继铁、铝之后处于发展中第三金属”和“战略金属”,也是“很有希望的金属材料”,在航空、航天、舰船、军工、冶金、化工、机械、电力、海水淡化、交通运输、轻工、环境保护、医疗器械等领域,有着广泛的应用,并创造了巨大的经济效益和社会效益,在国民经济发展中有其重要的地位和作用。
工业开发
我国
钛矿资源的
地质勘查,主要是新中国成立后的50年代至60年代进行的,并相继投入开发。我国钛矿资源的深加工利用(生产钛白、焊条涂料、
海绵钛、
钛金属、钛材等),则是从1954年由北京有色金属研究院研制海绵钛开始,2025年全球首次在工业项目中采用二十六面体钛酸锶及其三维复合催化材料,以及分光滤光镜片技术,进一步拓宽了钛矿在光催化制氢等前沿领域的应用场景。1958年
沈阳有色金属加工厂建成海绵钛及钛材加工车间投产,60年代末开始形成钛工业体系(生产海绵钛、钛加工材等多种产品),至1997年,我国钛工业已形成矿山-冶炼-加工和科研-设计-生产-应用两个相互关联、比较完整的体系。近年来,
攀枝花市建成全国首个基于钛酸锶材料的商业化
光解水制氢项目,该项目通过三维复合催化材料和分光滤光技术实现了21元/kg的制氢成本。我国是世界上
钛精矿、锻轧钛、钛制品、钛氧化物和锐钛型钛白颜料的出口国之一。
经济指标
钛原料主要用来生产钛白(
二氧化钛)、金属钛(海绵钛)、含钛钢以及焊条涂料。它们所占的比例,我国和国外稍有不同。
钛白,我国占88%,国外占92.4%;金属钛(海绵钛),我国占10%,国外占5.3%;含钛钢及焊条涂料,我国占2.0%,国外占2.3%。
钛白不仅是性能优异的白色颜料,而且是重要的化工原料。它广泛用于涂料、油墨、塑料、橡胶、造纸和化纤工业。钛白涂料,色彩鲜艳,色调纯正;钛白是纸张的高级填料,使纸张薄而不透明,白度高,光泽好,强度大和光滑好用。钛白用于塑料工业,是不透明的
着色剂;用于橡胶工业,使白色和浅色橡胶强度高,伸展率大,耐老化和不易褪色。它也是化学纤维的最佳
消光材料,使透明的化纤具永久性消光效果,并可提高韧性。此外,还用于搪瓷、电器、电子原料等等方面。
钛精矿经冶炼成海绵钛后,再铸锭并制成
工业纯钛和钛合金钛材。钛和钛合金钛材主要用于航空和宇航部门。与合金钢相比,钛合金可使飞机重量减轻40%。其他如人造卫星外壳、飞船蒙皮、火箭发动机壳体、导弹等等,钛合金都可大显身手。非宇航部门使用工业纯钛和钛合金主要在于发电站冷凝器、接触海水装置、化学装置和一些机械工程等方面。尤其是海水淡化加热器用钛是钛工业发展中划时代事件。兵工部门将钛主要用于舰船和兵器生产。
金属钛除主要用于生产工业纯钛和钛合金外,另一用途是为钢铁工业生产钛铁合金和含钛钢。钛在钢中作为添加元素,可以改变钢的性能。使钢在同样回火温度下,具有更高的强度和硬度,或同样硬度要求下,回火到更高的温度。我国含钛钢有高强度低合金钢、结构钢、不锈钢、
耐热合金、
超高强度钢和磁钢等钢种系列,广泛用于汽车、船舶和石油钻探等方面,已发展成为仅次于锰钢的第二大钢系。
主要含钛矿物
金红石还是优质电焊条涂层不可缺少的原料。
矿业简史
1789年,英国业余矿物学家格雷戈尔(William Gregor)神甫在其教区哥纳瓦尔州的默纳金山谷里的黑色磁性砂石(
钛铁矿)中发现一种新的元素(钛),当时命名为“默纳金尼特”(Menaccanite)。
1795年,德国化学家克拉普罗特(M.H.Klaproth)在对岩石矿物作系统分析检验时发现一种新的
金属氧化物,即是现在的
金红石(TiO2)亦含有此新元素,他把此新元素以希腊神话中天地之子Titans(
泰坦神)命名为钛(Titanium)。“钛”亦即是格雷戈尔所称的“默纳金尼特”。