钛产业发展简史

钛产业发展简史

钛作为金属材料，虽然比铜、铁、铝出现的晚一些，但由于其具有比强度高、耐蚀性强、生物相容性好、无磁性等优点，在航空航天、舰船制造、化学工业、交通车辆、建筑装饰、海洋建筑、体育用品、生活用品等方面得到了广泛的应用，被称为“太空金属”、“海洋金属”、“智能金属”等。从2007年开始，我国钛工业取得快速发展，生产量和消费量成倍增长，令世界瞩目。在此背景下，本文对国际上钛主要生产大国的发展经历和应用情况进行了综述，以期对我国钛工业的发展提供一些借鉴。

1 钛的发现和发展历史1.1钛的发现和资源

1791年英国牧师W.Gregor在黑磁铁矿中发现了一种新的金属元素。1795年德国化学家M.H.Klaproth在研究金红石时也发现了该元素，并以希腊神Titans 命名之。1910年美国科学家M.A.Hunter首次用钠还原TiCI4制取了纯钛。1940年卢森堡科学家W.J.Kroll用镁还原TiCl4制得了纯钛。从此，镁还原法(又称为克劳尔法)和钠还原法(又称为亨特法)成为生产海绵钛的工业方法。美国在1948年用镁还原法制出2 t海绵钛，从此开始了钛的工业化生产[1]。

钛在自然界分布很广，地壳中的含量约为0.64%，在金属元素中仅次于铝、铁和镁，居第四位。根据美国地质学会的定义，2001年全世界已探明的钛铁矿和金红石矿约为5.32×108t，主要分布在澳大利亚、南非、印度、美国、加拿大、挪威、乌克兰等国家。全世界2000年共消费钛矿(按TiO2含量计)约4.58×106t。按目前钛矿的年使用量计算，今后200年内全世界不必担心钛资源的枯竭。日本没有经济性钛资源，主要依赖从澳大利亚、南非等国进口，而且日本对钛原料的放射性物质含量有严格要求，因此选择余地小、价格高。中国尽管钛资源的储量为世界第一，其中钛铁矿岩矿占总储量的93%，而且钙、镁杂质含量高，增加了选冶的技术难度[2]。钛铁矿分岩矿和砂矿两种，岩矿主要产于中国、加拿大、美国、俄罗斯、挪威等，砂矿主要产于澳大利亚、南非、印度、斯里兰卡和中国。

1.2钛的发展历史

作为特殊材料利用的铜和铁，从数千年前开始生产和应用;被称作是新金属的铝和镁，也有100年左右的历史。金属钛的工业生产只有60年的历史，因此，钛被日本钛协会形象地称为“婴儿金属”，认为“钛正在从摇篮期向成长期迈进”，

形象地表达了钛从哺乳期向幼年期、少年期的成长过程。在60年的时间内，钛作为优质轻型高强耐蚀结构材料、新型功能材料和重要的生物工程材料，在世界工业舞台上大放异彩，被誉为正在崛起的“第三金属”，在不同的年代，钛都有新的发明、发现、发展和应用[3]。

2 钛工业的发展史2.1近期钛工业的发展

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。目前钛工业已形成中国、美国、独联体、日本和欧洲五大生产和消费主体。五大主体的排序各有先后，

2004年，按照海绵钛产能大小的排序为：美国、独联体、日本、中国和欧洲。按海绵钛生产技术和装备水平高低的排序为：日本、美国、独联体、欧洲和中国。按钛材产能大小的排列为：美国、日本、独联体、欧洲和中国[4-7]。但从2007年开始，中国海绵钛产量迅速提升，跃居世界第一(约4.5万t)，其次是日本(约3.87万t)，俄罗斯(约3.57万t)，哈萨克斯坦(约2.5万t)，美国(约2万t)，乌克兰(约9 000 t);而钛材的实际产量为：美国(约3.07万t)、俄罗斯(约2.8万t)、中国(约2.4万t)、日本(约1.9万t)、欧洲(约1.4万t) [8-11]。

2.2钛的主要生产企业

钛的生产企业分为两种类型：一类从海绵钛到加工材，产品种类齐全的企业，以美国和俄罗斯居多，如美国的TIMET(钛金属公司)、ATI(国际金属公司)，俄罗斯的VSMPO—AVISMA(上萨尔达)等。另一类是，只生产海绵钛、铸锭、加工材中单一产品的企业，以日本、中国居多。日本方面，则更侧重于海绵钛(钛铸锭)由专门的工厂生产，利用钢铁企业生产钛成品。这样的产业结构，降低了生产成本，抵御风险能力强。缺点是，钛生产设备调整时受钢铁产业策略影响，难以确立钛产业自身发展的战略。世界主要钛生产企业及其产品种类见表1[3]。

2.3钛产业的发展情况

2.3.1 中国

我国的钛工业有50多年的历史，经历了创业期(1954～1978年)、成长期(1979—2000年)和崛起期(2001年至今)三个阶段。20世纪50年代中期，在北京开始了钛加工的研究工作;60年代初期，在沈阳开始了钛的半工业化生产;60年代

中期，在遵义和宝鸡分别建成海绵钛和钛加工材生产厂，标志着中国已成为世界钛工业国家的一员[12]。我国已形成了完整的钛工业体系，生产能力和规模迅速提升。根据中国有色金属工业协会的统计[13]，截止到2008年底，海绵钛的产能达7.1万t，同比增加10.9%;钛锭的产能为6.9万t，同比增长43.3%。根据中国有色金属工业协会的预测[14]，到2010年我国钛材的产能、产量和消耗量将分别达到2万t，1.4万t和1.6万t，并将进入世界前三名的排位。

主要企业有宝钛集团、宝钢特钢等，先后通过了IS09001，GJB，AS/EN质量体系等重要产品资质认证。宝钛集团还获得了波音、罗罗、空客、Snecma、Fortech、Goodrich、庞巴迪等国际大公司的质量论证。标志着我国钛企业跨越了很高的技术门槛，产品质量与管理水平向国际先进水平迈了一大步[15]。此外，在建的还有黑龙江佳木斯钛产业园(规划3万t海绵钛生产能力)、湖南湘投集团(1万t钛锭生产能力)等企业。

2.3.2美国

美国是世界上最大的钛生产和消费国，主要有Timet、RMI和ATI三个公司从事钛生产和加工，产量约占钛加工材产量的90%，另有11家公司生产钛锭，30家公司生产钛锻件、轧制产品和铸件。20世纪90年代，美国引进日本的还蒸联合等技术生产海绵钛，但质量仍不如日本。

Timet公司经过几年的努力兼并了欧洲的绝大部分钛加工材企业，1998年与波音公司签定了10年20亿美元的供应合同，开始加大航空钛材生产力度。RMI主要从事航空级钛合金板材的生产和销售，一直是波音公司的供应商。1999年与欧洲空中客车签定了供货合同，2001年开始为英国宇航系统公司供应钛材，产品的应用领域包括航空航天、军工、能源和化工等。ATI公司以钢铁和不锈钢的生产为主，但它是美国第三大钛材生产商，拥有多项航空、生物医学钛产品专利。公司于2006年投资2.25亿美元扩大钛生产能力，主要提供航空发动机转动部件、飞机机架和其他需求旺盛的钛及钛合金产品[16]。

2.3.3独联体

独联体是世界上最大的钛生产基地和钛出口国家。冷战时期，由于军备竞争的需要，钛工业得到迅速发展，加工材产量曾达到10万t。冷战后，军事工业用钛骤减，钛工业陷入低谷，海绵钛产量减少了60%，钛加工材产量也随之下降。