Usos y aplicaciones del titanio.

La cadena de la industria del titanio se puede dividir en las siguientes cuatro partes:

1 Beneficio primario de mineral de titanio, rutilo, etc., y obtención de concentrados de mayor ley por métodos físicos.

2 El dióxido de titanio de alta pureza se prepara mediante el procesamiento y purificación de concentrados y se utiliza en la industria del dióxido de titanio.

El tetraóxido de titanio produce tricloruro de titanio mediante oxidación, reducción y otros procesos para producir esponja de titanio.

4. Fundición de esponja de titanio para obtener una estructura cristalina densa de lingotes de titanio, utilizada en la producción de titanio y aleaciones de titanio.

Esponja de titanio

Esponja de titanio

La esponja de titanio se refiere a la reducción del tetracloruro de titanio con magnesio o sodio para obtener una esponja de titanio con una pureza del 98,5%-99.7%. Es la materia prima más importante en la producción de la industria del titanio. La esponja de titanio es un proceso de producción de metal de titanio de productos primarios, es necesario obtener un lingote de titanio después de fundir ese titanio puro industrial y se puede procesar en el titanio o aleación de titanio correspondiente.

Preparación de esponja de titanio: principalmente método de reducción térmica de magnesio (método Kroll), método de reducción de sodio (método Hunt) y electrólisis de sales fundidas. La ventaja del método de reducción de magnesio es que el magnesio se puede reciclar. En comparación, la calidad del producto es mejor y el contenido de impurezas metálicas es menor, pero la capacidad de producción de un solo horno es menor y el consumo de sodio es mayor. Y la electrólisis de sales fundidas aún se encuentra en la etapa experimental semiindustrial.

Dióxido de titanio y su aplicación.

Dióxido de titanio

El dióxido de titanio, científicamente conocido como dióxido de titanio (TiO2), es un óxido muy estable con excelentes propiedades ópticas y pigmentarias, utilizado principalmente como pigmentos inorgánicos blancos. No es tóxico, tiene el mejor poder cubriente, la mejor blancura y brillo, y es considerado como el pigmento blanco con mejor desempeño del mundo, el cual es ampliamente utilizado en las industrias de recubrimientos, plásticos, fabricación de papel, tintas de impresión, Fibra química, caucho, cosméticos, etc.

Áreas de aplicación de dióxido de titanio de China Distribución global de aplicaciones de dióxido de titanio

Métodos de producción industrial de ácido sulfúrico y cloración de dióxido de titanio: la tecnología de producción de ácido sulfúrico es un equipo maduro y simple, pero la desventaja es que el proceso de producción y la contaminación ambiental son graves; La tecnología de cloración es avanzada, la gran capacidad de producción, la alta calidad del producto, la blancura y el rango de distribución del tamaño de las partículas son estrechos. Al mismo tiempo, el cloro también se puede reciclar, la desventaja es que los requisitos para las materias primas son demasiado estrictos, la materia prima debe ser escoria de rutilo y titanio natural o sintética con un contenido de TiO2 del 90%-95%.

Proceso de ácido sulfúrico para la producción de dióxido de titanio.

Proceso de producción de ácido sulfúrico de dióxido de titanio.

Proceso de producción de dióxido de titanio por método de cloración.

Proceso de producción de dióxido de titanio por método de cloración.

El dióxido de titanio tiene tres tipos de cristales: rutilo, anatasa y placa. El tipo de placa de titanio no se puede utilizar como pigmento en la industria; los principales pigmentos utilizados son la anatasa y el dióxido de titanio rutilo.

El dióxido de titanio rutilo tiene las ventajas de alta pureza, partículas finas y uniformes, buenas propiedades ópticas, fuerte poder refractivo, alto poder acromático, fuerte poder cubriente, baja absorción de aceite, dispersión de agua, etc. Se utiliza principalmente en las industrias de recubrimiento. tintas de impresión, fibras químicas, caucho, vidrio, cosméticos, jabón, plásticos y fabricación de papel. El dióxido de titanio rutilo no solo tiene las ventajas del dióxido de titanio anatasa, sino que también tiene un mejor poder de resistencia y cobertura, utilizado principalmente en pinturas industriales de alta calidad, pinturas de látex brillantes, plásticos, alto poder colorante y rápido requerimiento de materiales de caucho, recubrimiento de papel avanzado. Desde el punto de vista del rendimiento del pigmento, el dióxido de titanio rutilo es superior al dióxido de titanio anatasa, dióxido de titanio rutilo en la superficie del producto para el tratamiento de recubrimiento de la mayor parte del año 2010 en China. En 2010, la cantidad total de dióxido de titanio rutilo en China era del 57%, muy por debajo del nivel mundial del 90%. En el futuro, la proporción de dióxido de titanio rutilo en China todavía tiene margen de mejora.

En la actualidad, la industria del dióxido de titanio está experimentando tres ajustes importantes: (1) el crecimiento de la producción mundial de dióxido de titanio es relativamente lento, mientras que en la región de Asia y el Pacífico, especialmente el crecimiento de la producción de dióxido de titanio de China es más rápido, la industria mundial del dióxido de titanio en Asia -La transferencia de la tendencia en la región del Pacífico, especialmente en China, es obvia; (2) con el rendimiento posterior del dióxido de titanio para presentar una mayor demanda, el proceso de recubrimiento de dióxido de titanio se ha convertido en un medio importante para todo tipo de tipos especiales de dióxido de titanio, la industria del dióxido de titanio se desarrolla continuamente desde productos generales hasta productos ordinarios. productos. Se acaban de lanzar productos especiales (3); El dióxido de titanio se divide en dos tipos: anatasa y rutilo. El dióxido de titanio anatasa todavía ocupa una parte de la cuota de mercado debido a su precio más alto, pero el desempeño de la industria con dióxido de titanio rutilo como tendencia de desarrollo futuro sigue siendo excelente. En la estructura de productos de dióxido de titanio de China, la proporción de dióxido de titanio rutilo está aumentando y representa aproximadamente el 57%, pero aún está muy por debajo de la proporción del 90% del mundo. La estructura de productos de dióxido de titanio de China se está desarrollando activamente en la dirección del dióxido de titanio rutilo. En resumen, la industria del dióxido de titanio de China, especialmente las perspectivas para el dióxido de titanio rutilo especial, sigue siendo optimista.

Aplicación de titanio y aleación de titanio.

El titanio es una estructura metálica importante desarrollada en la década de 1950; se utilizan ampliamente aleaciones de titanio con baja densidad, alta resistencia específica, buena resistencia a la corrosión, baja conductividad térmica, no tóxicas y no magnéticas, soldables, biocompatibles, decoración de superficies, etc. en aviación, aeroespacial, industria química, petróleo, energía eléctrica, atención médica, construcción, artículos deportivos y otros campos. Muchos países del mundo han reconocido la importancia de los materiales de aleación de titanio, han llevado a cabo investigación y desarrollo y los han aplicado en la práctica.

Campos de aplicación del titanio y la aleación de titanio.

En 2011, la proporción del consumo mundial de aviación comercial alcanzó el 46%, la proporción de titanio protector es del 9% (principalmente aviación militar), la proporción del consumo de titanio en el campo de la aviación es más del 50%; la proporción del consumo industrial de titanio es del 43% y la proporción del consumo de titanio en los mercados emergentes es del 2%.

Existen diferencias obvias en la estructura de la demanda regional de productos de titanio.

Estructura regional de la demanda de productos de titanio existen diferencias obvias. En los Estados Unidos y la Unión Europea, especialmente en los Estados Unidos, la demanda de productos de titanio de la industria aeroespacial y de defensa es aproximadamente del 50% en la industria aeroespacial y de defensa. En Japón, el titanio industrial procedente de la industria química domina la demanda. Según la Asociación Japonesa de Titanio, el sector aeroespacial representa sólo el 2-3% de la demanda de titanio de Japón. De manera muy similar a la situación en Japón, la mayor parte de la demanda de productos de titanio proviene de los sectores químico y energético, y el aeroespacial representa sólo el 10%. Aunque China se ha convertido en uno de los mayores productores y consumidores de titanio del mundo, gran parte de la producción se ha limitado a grados inferiores de titanio para su uso en armazones, palos de golf o tuberías resistentes a la corrosión para la propia industria química. Sin embargo, en los últimos años, la cantidad de titanio utilizado en el sector aeroespacial en Asia ha aumentado drásticamente, por lo que está claro que el mercado del titanio tiene un futuro mejor.

Estructura global del consumo de titanio Estructura del consumo de titanio en China

Aeroespacial

En el campo aeroespacial, el titanio se concentra en los países occidentales, especialmente Estados Unidos, representando el 60% de los materiales de titanio utilizados en este campo. Entre los países asiáticos, Japón y China invierten alrededor del 10% en campos de titanio. Sin embargo, en los últimos años, con el rápido desarrollo de la industria aeroespacial asiática, aumentará el consumo de titanio en el campo aeroespacial. A nivel mundial, la industria aeroespacial ocupa una posición fundamental en el mercado del titanio e históricamente, los cambios en la industria del titanio han estado estrechamente relacionados con la industria aeroespacial.

El crecimiento económico añade una nueva alta demanda, la producción mundial de titanio alcanzó 14,8 millones de toneladas en 2011, de las cuales alrededor de 6,4 millones de toneladas de titanio para la aviación comercial, la demanda futura para el transporte aéreo mundial sigue siendo enorme, se espera que en los próximos 20 años, la demanda de Los aviones nuevos son alrededor de 3 millones, al mismo tiempo, los aviones nuevos demandan titanio sobre los aviones viejos, se espera que dentro de 20 años la demanda promedio de titanio en los aviones comerciales sea de 40 toneladas por estructura. Se prevé que en los próximos 20 años, la demanda mundial de materiales de titanio para la aviación comercial sea de unos 120 millones de toneladas, con una tasa de crecimiento anual compuesta de alrededor del 17% y una demanda anual promedio de materiales de titanio de 6 millones de toneladas, la El campo de los materiales de titanio para la aviación civil mostrará un rápido crecimiento. El ámbito de la aviación militar también será una nueva oportunidad; Debido a las tensiones geopolíticas globales y al aumento del gasto militar mundial, también se espera que el campo de la aviación militar experimente una nueva demanda.

Aviones civiles

Los principales usos de la aleación de titanio en aviones son los siguientes:

(1) Reducir el peso estructural y mejorar la eficiencia estructural: el rendimiento de la tecnología táctica avanzada (como los aviones supersónicos) en los requisitos del coeficiente de peso de la estructura del avión es relativamente bajo (es decir, peso estructural del fuselaje / peso de despegue del avión ordinario), y aleación de titanio. tiene una resistencia cercana a las características del acero fuerte pero de pequeña densidad, en lugar del acero estructural y aleaciones de alta temperatura, lo que reduce en gran medida el peso de la estructura, pero también ahorra costos; Tomemos el motor como ejemplo. Las estadísticas muestran que la calidad del motor de avión se reduce en un kilogramo por cada kilogramo, el costo de uso se puede reducir en aproximadamente 220-440 dólares estadounidenses.

(2) con el uso de requisitos de piezas de alta temperatura: la aleación de titanio tiene buena resistencia al calor, como Ti-6Al-4V para trabajos a largo plazo a 350 grados, por lo que en el plano de la Las piezas de alta temperatura (como el fuselaje trasero, etc.) pueden ser un sustituto del rendimiento a alta temperatura no cumple con los requisitos de la aleación de aluminio TC11 puede ser de 500 grados para trabajos a largo plazo, en el motor las piezas presurizadas pueden ser un sustituto de las aleaciones de alta temperatura y del acero inoxidable.

(3) para cumplir con los requisitos de combinación con la estructura compuesta: para reducir el peso y cumplir con los requisitos de sigilo, los aviones avanzados utilizan una gran cantidad de materiales compuestos, la aleación de titanio y la resistencia y rigidez del material compuesto combinan mejor, puede obtener una buena efecto de reducción de peso. Al mismo tiempo, debido al potencial más cercano, no es fácil producir corrosión galvánica en el acoplamiento, por lo que las partes correspondientes de los componentes estructurales y sujetadores son adecuados para el uso de aleación de titanio.

(4) Cumplir con los requisitos de alta resistencia a la corrosión y larga vida útil: la aleación de titanio tiene una alta vida útil a la fatiga y una excelente resistencia a la corrosión, lo que puede mejorar la resistencia a la corrosión y la vida útil de la estructura, y cumplir con los requisitos de alta confiabilidad y larga vida útil de la aviación avanzada. vida del motor.

Aeronave militar

El desarrollo y adquisición de armas militares continuará desarrollándose hacia armas livianas y flexibles, para cumplir con los requisitos de desempeño en combate de los aviones de combate, además del uso de tecnología de diseño avanzada, también es necesario utilizar una gran cantidad. de materiales con excelente rendimiento así como tecnología avanzada y tecnología de fabricación. . Una gran cantidad de aleaciones de titanio, mejorar el nivel de aplicación de las aleaciones de titanio avanzadas es una de las medidas importantes. Desde la década de 1960, la cantidad de titanio utilizado en aviones militares extranjeros ha aumentado año tras año, y la cantidad de aleaciones de titanio en varios tipos de cazas y bombarderos militares avanzados diseñados por Europa y Estados Unidos se ha estabilizado por encima del 20%, y la cantidad de aleaciones de titanio utilizadas en los nuevos modelos se ha estabilizado por encima del 20%. El consumo representó un aumento significativo.

Industria del automóvil

La reducción del consumo de combustible y la reducción de las emisiones de residuos nocivos (CO2, NOX, etc.) se han convertido en una de las principales fuerzas impulsoras y direcciones del progreso tecnológico en la industria del automóvil. Las investigaciones muestran que aligerar el peso es una medida eficaz para ahorrar combustible y reducir la contaminación. Con una reducción del 10% en la masa del automóvil, el consumo de combustible se puede reducir en un 8%-10% y las emisiones de escape se pueden reducir en un 10%. Durante la conducción, se mejora el rendimiento de aceleración del vehículo y se mejoran la estabilidad, el ruido y la vibración del vehículo. Desde el punto de vista de la seguridad en caso de colisión, cuando el peso del vehículo es ligero, la inercia es pequeña y la distancia de frenado se reduce.

Los materiales ligeros, como aluminio, magnesio, titanio y otros materiales alternativos, como aluminio, magnesio, titanio, etc., son el método preferido de aligeramiento. En 2009, el uso mundial de titanio en automóviles alcanzó las 3.000 toneladas. El titanio en la aplicación de automóviles ha tenido muchos años de historia; en la actualidad, casi todos los automóviles usan titanio, los automóviles japoneses con titanio tienen más de 600 toneladas, con el desarrollo de la industria automotriz mundial, los automóviles con titanio siguen aumentando rápidamente.

Las ventajas de utilizar titanio son: reducir el peso, reducir el consumo de combustible; mejorar la eficiencia de la transmisión de energía, reducir el ruido; reducir la vibración, reducir la carga; mejorar la durabilidad del coche y la protección del medio ambiente.

Industria médica

Tornillos de empalme de titanio El titanio tiene una amplia gama de aplicaciones en el campo médico. El titanio está cerca de los huesos humanos, es biocompatible y no tiene efectos secundarios tóxicos en el cuerpo humano. El implante humano es un material funcional especial estrechamente relacionado con la vida y la salud humanas. En comparación con otros materiales metálicos, el uso de titanio y aleaciones de titanio tiene las siguientes ventajas: 1. peso ligero; bajo módulo de elasticidad; 3. no magnético; 4. no tóxico; 5. resistencia a la corrosión; 6. alta resistencia y dureza. El uso de aleaciones de titanio en implantes quirúrgicos está creciendo a un ritmo del 5-7% anual. El fémur, las articulaciones de la cadera, el húmero, el cráneo, las articulaciones de las rodillas, las articulaciones del codo, las articulaciones de los hombros, las articulaciones metacarpofalángicas, las mandíbulas y las válvulas del corazón, las membranas de diferenciación de los riñones, los vasodilatadores, las férulas, las prótesis y los tornillos de apriete se trasplantarán al cuerpo humano con titanio y aleación de titanio. cientos de piezas metálicas y logró buenos resultados, y obtuvo un alto grado de evaluación en la comunidad médica.

Industria química

El titanio tiene una excelente resistencia a la corrosión, propiedades mecánicas y rendimiento de proceso, ampliamente utilizado en muchos sectores de la economía nacional. Especialmente en la producción química se utiliza titanio en lugar de acero inoxidable, aleaciones a base de níquel y otros metales raros como materiales resistentes a la corrosión. Esto es muy importante para aumentar la producción, mejorar la calidad del producto, extender la vida útil de los equipos, reducir el consumo, reducir el consumo de energía, reducir costos, prevenir la contaminación, mejorar las condiciones laborales y aumentar la productividad laboral.

El titanio se ha convertido en uno de los principales materiales anticorrosión en equipos químicos y ha establecido su resistencia a la corrosión en plantas químicas. El titanio como material ideal en equipos químicos, pero también cada vez más atención por parte de ingenieros y técnicos.

Después de años de promoción, el titanio y sus aleaciones como excelentes materiales resistentes a la corrosión se han utilizado ampliamente en la producción química. La aplicación de los equipos de titanio se ha ampliado desde la industria original de carbonato de sodio y soda cáustica al clorato, cloruro de amonio, urea, síntesis orgánica, colorantes, sales inorgánicas, pesticidas, fibras sintéticas, fertilizantes, industria química fina, etc., y los tipos. de equipos se han desarrollado desde pequeños y únicos hasta grandes y diversificados.

Los resultados de la encuesta muestran que los intercambiadores de calor de titanio representaron el 57%, los ánodos de titanio representaron el 20%, los contenedores de titanio representaron el 16% y otros representaron el 7%. En la industria química con "dos bases", la mayor cantidad de intercambiadores de calor de titanio en equipos químicos.

En los últimos años, la tecnología de producción de materiales de titanio de China ha avanzado rápidamente, el titanio aeroespacial, el titanio militar, el titanio para vehículos y otros crecimientos muy rápidos, especialmente en el campo aeroespacial, hay una tendencia a ponerse al día con la industria química. . En general, la industria química con contenido de tecnología de titanio son productos pequeños y de bajo valor agregado, la proporción de la industria química con titanio está destinada a disminuir gradualmente.

Ingeniería Marina

Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología y el creciente agotamiento de los recursos terrestres, el desarrollo humano y la utilización del océano se han incluido en la agenda. El titanio tiene una excelente resistencia a la corrosión del agua de mar y se utiliza ampliamente en la desalinización de agua de mar, barcos, desarrollo de energía térmica oceánica y extracción de recursos de los fondos marinos y otros campos.

Rompehielos ya en la década de 1960, China comenzó a estudiar la aplicación de titanio y aleaciones de titanio en barcos y equipos de ingeniería marina, y ha trabajado mucho, básicamente ha formado una serie de grados, diferentes propiedades, especificaciones completas de aleaciones de titanio para buques. Sistema. Debido a las características del titanio y las aleaciones de titanio tienen ventajas únicas en la aplicación de barcos y equipos marinos, se utilizan ampliamente en submarinos nucleares, sumergibles, rompehielos atómicos, hidroalas, aerodeslizadores, dragaminas y hélices, agua de mar, condensadores, intercambiadores de calor y pronto.

En aplicaciones navales, el uso actual de titanio en China es muy pequeño y representa menos del 1% del peso total del barco.

El titanio y las aleaciones de titanio en el campo de los barcos y los equipos de ingeniería marina tienen un gran potencial de desarrollo. Y en la desalinización y las centrales eléctricas costeras, debido a la actual demanda del mercado de desalinización y centrales eléctricas costeras de China es enorme, para reducir aún más el costo de la aleación de titanio y mejorar la estabilidad de la calidad del producto, las perspectivas de aplicación del mercado de aleaciones de titanio serán muy amplias. . Muy ancho.

Vida diaria

El titanio se usa muy ampliamente en la vida diaria y se puede decir que está en todas partes, como cabezas de golf, cuadros de bicicletas, raquetas de tenis, sillas de ruedas, marcos de anteojos, etc., que se aplican al titanio.

Basado en las características del titanio, liviano y de alta resistencia utilizado en los deportes, desde las primeras raquetas de tenis, las raquetas de bádminton se expandieron gradualmente a los clubes de golf y las carreras de autos deportivos. En 2008, el consumo de deportes de ocio en China representó el 13% del consumo total de titanio, sólo la cantidad de titanio utilizado en los palos de golf y los ejes de más de 1,000 toneladas. Los cuadros de bicicleta hechos de titanio también son muy populares, hay casi 50 empresas que producen bicicletas de titanio y Estados Unidos ha sido el mayor productor y consumidor de bicicletas de titanio. Las propiedades livianas del titanio se utilizan en monturas de anteojos, y el titanio tampoco provoca alergias en la piel, y la superficie de titanio después del tratamiento anódico puede tener un efecto colorido, por lo que se ha utilizado en monturas desde la década de 1980.