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第16章 未来让钢铁下岗的钛

在人类历史上,第一种得到普遍使用的金属是铜。在发明了炼铁之后,铁很快又代替了铜,成为使用最广泛的金属。20世纪初,炼铝工业又迅速发展,现在世界铝产量已超过了铜,仅次于钢铁。然而,在最近几十多年来,钛又引起了人们的普遍重视。钛,在1789年英国化学家马克·格列戈尔就从矿石中发现了它,但在1910年才第一次制得纯净的金属钛。1910年,全世界钛的年产量仅0.2克。到1947年,增至两吨;1955年,迅速增加到2万吨;到了1962年,猛增到10万吨。

在几十年前,钛被称为是“稀有金属”。然而,经过地球化学家们的仔细勘探,发现钛在地壳中的储藏量比常见的铜、锡、锰、锌等金属还多,在地球上居于第七位,仅次于铝、铁、钙、钠、钾和镁。

纯净的钛,是银白色的金属,它具有比重小、强度高、耐高温、抗蚀性强的优点。钛的硬度和钢铁差不多,重量却只有同体积的钢铁的一半。据试验,如果采用钛和钛合金作为火车头的蒸汽机零件,可以比钢制的蒸汽机轻30%,而且更为坚固耐用。钛耐高热,在l668℃的高温下才熔化,比号称“不怕火”的黄金熔点还高出六百度左右。钛在常温下很稳定,就是在强酸、强碱的溶液里,甚至在“凶猛”的王水(3体积盐酸和1体积硝酸的混合物)中,也不会被腐蚀。有人曾把一块钛片沉到海底,经过五年后取出来,还是亮闪闪的,没生一点锈。

正因为这样,钛在现代科学技术上有着广泛的用途。轻盈而结实的钛已被用来制造飞机的发动机。钛制的轮船,银光闪闪,用不着涂漆,在海中航行几年也不生锈。钛制的坦克、潜水艇;军舰也已出现,它们没有磁性,不会被雷达所发现,这在军事上十分重要。在化学工业上,钛可以代替不锈钢;不锈钢虽号称“不锈”,在遇上具有强烈腐蚀性的酸碱,例如热硝酸,还会生锈、腐烂,因此在化工厂中常要更换用不锈钢制成的反应罐、输液管等。如果改用钛制造,就可以使用好几年。近年来,钛的应用越来越广。据统计,在化学工业上,约有50%的钛用于使用氯化物的工厂,25%钛用于使用硫酸的工厂,10%钛用于使用硝酸的工厂,15%钛用于其他的工厂。

钛在医学上有着独特的用途。在骨头损坏了的地方,用钛片和钛螺丝钉钉好,过几个月,骨头就会重新生长在钛片的小孔和钛螺丝钉的螺纹里,新的肌肉纤维就包在钛的薄片上,这钛的“骨头”犹如真的骨头一样,因此,钛被称为“亲生物金属”。

如果用钛做罐头盒,能长久保存食品的色、香、味。

钛的最大的缺点,是难于提炼。因为钛的熔点极高,要在高温下进行熔炼,而在那样高的温度下钛的化学性质变得比较活泼,能和氧、碳、氮及其他许多元素化合,因此,钛必须在隔绝了空气、水分的环境中进行冶炼。现在,人们都在努力研究这个关键性的问题,每年发表的关于钛的科学文献已在300篇以上,其中大部分是谈关于钛的冶炼,近年来已获得很大进展,因而钛的年产量也随着逐年激增。20世纪70年代以来,世界的钛的年产量逐年以增加15%的稳定速度上升,而钛在化学工业中的用量则以20%的速度逐年增加。钛的价格在逐年下降,1970年的价格为1960年的2/3。在不久的将来,钛的冶炼问题终将会得到彻底解决,那时,炼钛厂将会和钢铁厂一样普遍,钛成为继钢、铁、铝之后的第四种被广泛使用的金属。钛,被誉为“未来的钢铁”。

主要的钛矿是金红石(二氧化钛)、铁钛矿(钛酸铁)、钙钛矿(钛酸钙)等。许多铁矿中常含钛。

重要的钛的化合物有三种:二氧化钛、四氯化钛和钛酸钡。纯净的二氧化钛是雪白的粉末,是目前最好的白色颜料,商业上称为“钛白”。钛白的遮盖性优于锌白(氧化锌),而且不会变黑,持久性优于铅白(碳酸铅)。人们常把钛白加在油漆、纸浆中,制成白漆、白纸。在制造白色或浅色的塑料、合成纤维时,也往往加入钛白。在1947年前,人们开采钛矿的主要目的,还不是炼制金属钛,而是制取二氧化钛作颜料。现在,世界上每年用作颜料的二氧化钛,达几十万吨。

四氯化钛是一种无色的液体。它有个怪脾气——极易水解。在湿空气中,它会大冒白烟,即水解成氯化氢与氢氧化钛。在军事上,人们便利用四氯化钛的这个怪脾气,作为人造烟雾剂。特别是在海洋上,水蒸气多,一放四氯化钛,顿时白烟四起,浓雾重重,像一道白色的长城,挡住了敌人的视线。在农业上,人们用四氯化钛形成的浓雾,减少夜间地面热量的散射,可以防霜。

至于钛酸钡晶体,它又另有一种怪脾气——受压会产生电;一通电,又会改变形状。这样,人们把钛酸钡放在超声波中,它受压便产生电流,通过测量电流的强弱可测出超声波的强弱。同样,用高频电流通过它,则可产生超声波。现在,几乎所有的超声波仪器中,都要用到钛酸钡。

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