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钛,钽,锆特性

时间 :2020-12-10点击数 :

钛是一种金属元素,灰色,原子序数22,相对原子质量47.87。能在氮气中燃烧,熔点高。钝钛和以钛为主的合金是新型的结构材料,主要用于航天工业和航海工业。

主要特性

钛设备制造

十大性能

密度小,比强度高

耐腐蚀性能

耐热性能好

耐低温性能好

抗阻尼性能强

无磁性、无毒

抗拉强度与其屈服强度接近

换热性能好

弹性模量低

吸气性能

 

编辑本段简介

钛拼音:tài 元素符号:Ti

部首:钅,部外笔画:4,总笔画:9,繁体部首:金,部外笔画:4:总笔画:12

汉字源流:“钛”是形声字,“钅”是形旁,“太”是声旁。本义指一种元素符号为Ti的金属元素。

五笔86&98:QDYY 仓颉:XXCKI

笔顺编号:311151344 四角号码:84730 UniCode:CJK 统一汉字 U+949B

外层电子排布为3d24s2。

从发现钛元素到制得纯品,历时一百多年。而钛真正得到利用,认识其本来的真面目,则是20世纪40年代以后的事情了。

地球表面十公里厚的地层中,含钛达千分之六,比铜多61倍,在地壳中的含量排第十位(地壳中元素排行:氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢、钛)。随便从地下抓起一把泥土,其中都含有千分之几的钛,世界上储量超过一千万吨的钛矿并不稀罕。

海滩上有成亿吨的砂石,钛和锆这两种比砂石重的矿物,就混杂在砂石中,经过海水千百万年昼夜不停地淘洗,把比较重的钛铁矿和锆英砂矿冲在一起,在漫长的海岸边,形成了一片一片的钛矿层和锆矿层。这种矿层是一种黑色的砂子,通常有几厘米到几十厘米厚。

钛矿石

钛没有磁性,用钛建造的核潜艇不必担心磁性水雷的攻击。

1947年,人们才开始在工厂里冶炼钛。当年,产量只有2吨。1955年产量激增到2万吨。1972年,年产量达到了 20万吨。钛的硬度与钢铁差不多,而它的重量几乎只有同体积的钢铁的一半,钛虽然稍稍比铝重一点,它的硬度却比铝大2倍。现在,在宇宙火箭和导弹中,就大量用钛代替钢铁。据统计, 目前世界上每年用于宇宙航行的钛,已达一千吨以上。极细的钛粉,还是火箭的好燃料,所以钛被誉为宇宙金属,空间金属。

钛的耐热性很好,熔点高达1668℃。在常温下,钛可以安然无恙地躺在各种强酸强碱的溶液中。就连最凶猛的酸——王水,也不能腐蚀它。钛不怕海水,有人曾把一块钛沉到海底,五年以后取上来一看,上面粘了许多小动物与海底植物,却一点也没有生锈,依旧亮闪闪的。

现在,人们开始用钛来制造潜艇——钛潜艇。由于钛非常结实,能承受很高的压力,这种潜艇可以在深达4500米的深海中航行。

钛位于元素周期表中ⅣB族,原子序数为22,原子核由22个质子和20-32个中子组成,核外电子结构排列为1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 3D2 4S2。原子核半径5x10-13厘米。

钛的密度为4.506-4.516克/立方厘米(20℃),高于铝而低于铁、铜、镍。但比强度位于金属之首。熔点1668±4℃,熔化潜热3.7-5.0千卡/克原子,沸点3260±20℃,汽化潜热102.5-112.5千卡/克原子,临界温度4350℃,临界压力1130大气压。钛的导热性和导电性能较差,近似或略低于不锈钢,钛具有超导性,纯钛的超导临界温度为 0.38-0.4K。在25℃时,钛的热容为0.126卡/克原子·度,热焓1149卡/克原子,熵为7.33卡/克原子·度,金属钛是顺磁性物质,导磁率为1.00004。

钛具有可塑性,高纯钛的延伸率可达50-60%,断面收缩率可达70-80%,但强度低,不宜作结构材料。钛中杂质的存在,对其机械性能影响极大,特别是间隙杂质(氧、氮、碳)可大大提高钛的强度,显著降低其塑性。钛作为结构材料所具有的良好机械性能,就是通过严格控制其中适当的杂质含量和添加合金元素而达到的。

钛在较高的温度下,可与许多元素和化合物发生反应。各种元素,按其与钛发生不同反应可分为四类:

第一类:卤素和氧族元素与钛生成共价键与离子键化合物;

第二类:过渡元素、氢、铍、硼族、碳族和氮族元素与钛生成金属间化物和有限固溶体;

第三类:锆、铪、钒族、铬族、钪元素与钛生成无限固溶体;

第四类:惰性气体、碱金属、碱土金属、稀土元素(除钪外),锕、钍等不与钛发生反应或基本上不发生反应。与化合物HF和氟化物氟化氢气体在加热时与钛发生反应生成TiF4,反应式为(1);不含水的氟化氢液体可在钛表面上生成一层致密的四氟化钛膜,可防止HF浸入钛的内部。氢氟酸是钛的最强溶剂。即使是浓度为1%的氢氟酸,也能与钛发生激烈反应,见式(2);无水的氟化物及其水溶液在低温下不与钛发生反应,仅在高温下熔融的氟化物与钛发生显著反应。 Ti+4HF=TiF4+2H2+135.0千卡(1)2Ti+6HF=2TiF3+3H2 (2) HCl和氯化物氯化氢气体能腐蚀金属钛,干燥的氯化氢在>300℃时与钛反应生成TiCl4,见 式(3);浓度<5%的盐酸在室温下不与钛反应,20%的盐酸在常温下与钛发生瓜在生成紫色的TiCl3,见式(4);当温度长高时,即使稀盐酸也会腐蚀钛。各种无水的氯化物,如镁、锰、铁、镍、铜、锌、汞、锡、钙、钠、钡和NH4离子及其水溶液,都不与钛发生反应,钛在这些氯化物中具有很好的稳定性。 Ti+4HCl=TiCl4+2H2+94.75千卡(3)2Ti+6HCl=TiCl3+3H2(4) 硫酸和硫化氢钛与5%的硫酸有明显的反应,在常温下,约40%的硫酸对钛的腐蚀速度最快,当浓度大于40%,达到60%时腐蚀速度反而变慢,80%又达到最快。加热的稀酸或50%的浓硫酸可与钛反应生成硫酸钛,见式(5)、(6),加热的浓硫酸可被钛还原,生成SO2,见式(7)。常温下钛与硫化氢反应,在其表面生成一层保护膜,可阻止硫化氢与钛的进一步反应。但在高温下,硫化氢与钛反应析出氢,见式(8),粉末钛在600℃开始与硫化氢反应生成钛的硫化物,在900℃时反应产物主要为TiS,1200℃时为Ti2S3。 Ti+H2SO4=TiSO4+H2(5) 2Ti+3H2SO4=Ti2(SO4)3+3H2(6) 2Ti+6H2SO4=Ti2(SO4)3+3SO2+6H2O+202千卡(7)Ti+H2S=TiS+H2+70千卡(8)硝酸和王水 致密的表面光滑的钛对硝酸具有很好的稳定性,这是由于硝酸能快速在钛表面生成一层牢固的氧化膜,但是表面粗糙,特别是海绵钛或粉末钛,可与次、热稀硝酸发生反应,见式(9)、(10),高于70℃的浓硝酸也可与钛发生反应,见式(11);常温下,钛不与王水反应。温度高时,钛可与王水反应生成TiCl2。 3Ti+4HNO3+4H2O=3H4TiO4+4NO (9)3Ti+4HNO3+H2O=3H2TiO3+4NO (10) Ti+8HNO3=Ti(NO3)4+4NO2+4H2O (11) 综上所述,钛的性质与温度及其存在形态、纯度有着极其密切的关系。致密的金属钛在自然界中是相当稳定的,但是,粉末钛在空气中可引起自燃。钛中杂质的存在,显著的影响钛的物理、化学性能、机械性能和耐腐蚀性能。特别是一些间隙杂质,它们可以使钛晶格发生畸变,而影响钛的的各种性能。常温下钛的化学活性很小,能与氢氟酸等少数几种物质发生反应,但温度增加时钛的活性迅速增加,特别是在高温下钛可与许多物质发生剧烈反应。钛的冶炼过程一般都在800℃以上的高温下进行,因此必须在真空中或在惰性气氛保护下操作。金属钛的物理性质金属钛(Ti),灰色金属。原子序数为22,相对原子质量47.87。核外电子在亚层中的排布情况为1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 3d2 4S2。金属活动性在镁、铝之间,常温下并不稳定,因此在自然界中只以化合态存在,常见的钛的化合物有钛铁矿(FeTiO3)、金红石(TiO2)等。钛在地壳中含量较高,排行第九,达5600ppm,换算成百分比为0.56%。纯钛密度为4.54×103kg/m3,摩尔体积为10.54cm3/mol,硬度较差,莫氏硬度只有4左右,因此延展性好。钛的热稳定性很好,熔点为1660±10℃,沸点为3287℃。金属钛的化学性质 金属钛在高温环境中的还原能力极强,能与氧、碳、氮以及其他许多元素化合,还能从部分金属氧化物(比如氧化铝)中夺取氧。常温下钛与氧气化合生成一层极薄致密的氧化膜,这层氧化膜常温下不与绝大多数强酸、强碱反应,包括酸中之王——王水。它只与氢氟酸、热的浓盐酸、浓硫酸反应,因此钛体现了抗腐蚀性。

发展历程

钛元素发现于1789年,1908年挪威和美国开始用硫酸法生产钛白,1910年在试验室中第一次用钠法制得海绵钛,1948年美国杜邦公司才用镁法成吨生产海绵钛---这标志着海绵钛即钛工业化生产的开始。

中国钛工业起步于20世纪50年代。1954,北京有色金属研究总院开始进行海绵钛制备工艺研究,1956年国家把钛当作战略金属列入了12年发展规划,1958年在抚顺铝厂实现了海绵钛工业试验,成立了中国第一个海绵钛生产车间,同时在沈阳有色金属加工厂成立了中国第一个钛加工材生产试验车间。

20世纪60-70年代,在国家的统一规划下,先后建设了以遵义钛厂为代表的10余家海绵钛生产单位,建设了以宝鸡有色金属加工厂为代表的数家钛材加工单位,同时也形成了以北京有色金属研究总院为代表的科研力量,成为继美国、前苏联和日本之后的第四个具有完整钛工业体系的国家。

1980年前后,我国海绵钛产量达到2800吨,然而由于当时大多数人对钛金属认识不足,钛材的高价格也限制了钛的应用,钛加工材的产量仅200吨左右,我国钛工业陷入困境。在这种情况下,由当时国务院副总理方毅同志倡导,朱镕基和袁宝华同志支持,于1982年7月成立了跨部委的全国钛应用推广领导小组,专门协调钛工业的发展事宜,促成了20世纪80年代至90年代初期我国海绵钛和钛加工材产销两旺、钛工业快速平稳发展的良好局面。

综上所述,我国钛工业大致经历了三个发展期:即20世纪50年代的开创期,60-70年代的建设期和80-90年代的初步发展期。在新世纪,得益于国民经济的持续、快速发展,我国钛工业也进入了一个快速成长期。

钛耐腐蚀,所以在化学工业上常常要用到它。过去,化学反应器中装热硝酸的部件都用不锈钢。不锈钢也怕那强烈的腐蚀剂——热硝酸,每隔半年,这种部件就要统统换掉。现在,用钛来制造这些部件,虽然成本比不锈钢部件贵一些,但是它可以连续不断地使用五年,计算起来反而合算得多。

在电化学中,钛是单向阀型金属,电位很负,通常无法用钛作为阳极进行分解。

钛的最大缺点是难于提炼。主要是因为钛在高温下化合能力极强,可以与氧、碳、氮以及其他许多元素化合。因此,不论在冶炼或者铸造的时候,人们都小心地防止这些元素“侵袭”钛。在冶炼钛的时候,空气与水当然是严格禁止接近的,甚至连冶金上常用的氧化铝坩埚也禁止使用,因为钛会从氧化铝里夺取氧。现在,人们利用镁与四氯化钛在惰性气体——氦气或氩气中相作用,来提炼钛。

人们利用钛在高温下化合能力极强的特点,在炼钢的时候,氮很容易溶解在钢水里, 当钢锭冷却的时候,钢锭中就形成气泡,影响钢的质量。所以炼钢工人往钢水里加进金属钛,使它与氮化合,变成炉渣一—氮化钛,浮在钢水表面,这样钢锭就比较纯净了。

当超音速飞机飞行时,它的机翼的温度可以达到500℃。如用比较耐热的铝合金制造机翼,一到二三百度也会吃不消,必须有一种又轻、又韧、又耐高温的材料来代替铝合金而钛恰好能够满足这些要求。钛还能经得住零下一百多度的考验,在这种低温下,钛仍旧有很好的韧性而不发脆。

利用钛和锆对空气的强大吸收力,可以除去空气,造成真空。比方,利用钛制成的真空泵,可以把空气抽到只剩下十万亿分之一。

钛的氧化物——二氧化钛,是雪白的粉末,是最好的白色颜料,俗称钛白。以前,人们开采钛矿,主要目的便是为了获得二氧化钛。钛白的粘附力强,不易起化学变化,永远是雪白的。特别可贵的是钛白无毒。它的熔点很高,被用来制造耐火玻璃,釉料,珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。

二氧化钛是世界上最白的东西, 1克二氧化钛可以把 450多平方厘米的面积涂得雪白。它比常用的白颜料一—锌钡白还要白5倍,因此是调制白油漆的最好颜料。世界上用作颜料的二氧化钛,一年多到几十万吨。二氧化钛可以加在纸里,使纸变白并且不透明,效果比其他物质大10倍,因此,钞票纸和美术品用纸就要加二氧化钛。此外,为了使塑料的颜色变浅,使人造丝光泽柔和,有时也要添加二氧化钛。在橡胶工业上,二氧化钛还被用作为白色橡胶的填料。

四氯化钛是种有趣的液体,它有股刺鼻的气味,在湿空气中便会大冒白烟——它水解了,变成白色的二氧化钛的水凝胶。在军事上,人们便利用四氯化钛的这股怪脾气,作为人造烟雾剂。特别是在海洋上,水气多,一放四氯化钛,浓烟就象一道白色的长城,挡住了敌人的视线。在农业上,人们利用四氟化钛来防霜。

钛酸钡晶体有这样的特性:当它受压力而改变形状的时候,会产生电流,一通电又会改变形状。于是,人们把钛酸钡放在超声波中,它受压便产生电流,由它所产生的电流的大小可以测知超声波的强弱。相反,用高频电流通过它,则可以产生超声波。现在,几乎所有的超声波仪器中,都要用到钛酸钡。除此之外,钛酸钡还有许多用途。例如:铁路工人把它放在铁轨下面,来测量火车通过时候的压力;医生用它制成脉搏记录器。用钛酸钡做的水底探测器,是锐利的水下眼睛,它不只能够看到鱼群,而且还可以看到水底下的暗礁、冰山和敌人的潜水艇等。

冶炼钛时,要经过复杂的步骤。把钛铁矿变成四氯化钛,再放到密封的不锈钢罐中,充以氩气,使它们与金属镁反应,就得到“海绵钛”。这种多孔的“海绵钛”是不能直接使用的,还必须把它们在电炉中熔化成液体,才能铸成钛锭。但制造这种电炉又谈何容易!除了电炉的空气必须抽干净外,更伤脑筋的是,简直找不到盛装液态钛的坩埚,因为一般耐火材料部含有氧化物,而其中的氧就会被液态钛夺走。后来,人们终于发明了一种“水冷铜坩埚”的电炉。这种电炉只有中央一部分区域很热,其余部分都是冷的,钛在电炉中熔化后,流到用水冷却的铜坩埚壁上,马上凝成钛锭。用这种方法已经能够生产几吨重的钛块,但它的成本就可想而知了。

基本信息

元素名称:钛
  元素原子量:47.87
  元素在海水中的含量:(ppm)
  0.00048
  元素在太阳中的含量:(ppm)
  4
  元素类型:金属
  核内质子数:22
  核外电子数:22
  核电荷数:22
  外层电子排布为:3d24s2
  电子层:KLMN
  质子质量:3.6806E-26
  质子相对质量:22.154
  原子体积:(立方厘米/摩尔)
  10.64
  地壳中含量:(ppm)
  5600
  以下为增加内容:
  氧化态:
  Main Ti+4
  Other Ti-1,Ti0,Ti+2,Ti+3
  所属周期:4
  所属族数:IVB
  摩尔质量:48
  氢化物:TiH4
  氧化物:TiO
  最高价氧化物化学式:TiO2
  密度:4.54g/cm3
  熔点:1660.℃ 
  沸点:3287.0 ℃ 
  电离能(kJ /mol)
  M - M+ 658
  M+ - M2+ 1310
  M2+ - M3+ 2652
  M3+ - M4+ 4175
  M4+ - M5+ 9573
  M5+ - M6+ 11516
  M6+ - M7+ 13590
  M7+ - M8+ 16260
  M8+ - M9+ 18640
  M9+ - M10+ 20830
  外围电子排布:2 8 8 4
  核外电子排布:2,8,10,2
  晶体结构:晶胞为六方晶胞。
  晶胞参数:
  a = 295.08 pm
  b = 295.08 pm
  c = 468.55 pm
  α = 90°
  β = 90°
  γ = 120°
  莫氏硬度:6
  声音在其中的传播速率:(m/S)5090
  颜色和状态:银灰色金属
  原子半径:2
  常见化合价:+2,+3,+4
  发现人:格列高尔 发现年代:1791年 
  已知的钛的同位素有13种,包括钛-41至钛-53。其中钛的稳定同位素有钛-46,钛-47,钛-48,钛-49,钛-50共五种,其余的同位素均有放射性
  发现过程:
  钛是英国化学家格雷戈尔(Gregor R W ,1762—1817。)在1791年研究钛铁矿和金红石时发现的。四年后,1795年,德国化学家克拉普罗特(Klaproth M H ,1743—1817。)在分析匈牙利产的红色金红石时也发现了这种元素。他主张采取为铀(1789年由克拉普罗特发现的)命名的方法,引用希腊神话中泰坦神族“Titanic”的名字给这种新元素起名叫“Titanium”。中文按其译音定名为钛。
  格雷戈尔和克拉普罗特当时所发现的钛是粉末状的二氧化钛,而不是金属钛。因为钛的氧化物极其稳定,而且金属钛能与氧、氮、氢、碳等直接激烈地化合,所以单质钛很难制取。直到1910年才被美国化学家亨特(Hunter M A )第一次制得纯度达99.9%的金属钛。
  元素描述:
  具有金属光泽,有延展性。密度4.5克/厘米3。熔点1660±10℃。沸点3287℃。化合价+2、+3和+4。电离能为6.82电子伏特。钛的主要特点是密度小,机械强度大,容易加工。钛的塑性主要依赖于纯度。钛越纯,塑性越大。有良好的抗腐蚀性能,不受大气和海水的影响。在常温下,不会被稀盐酸、稀硫酸、硝酸或稀碱溶液所腐蚀;只有氢氟酸、热的浓盐酸、浓硫酸等才可对它作用。
编辑本段元素来源
  钛属于稀有金属,实际上钛并不稀有,其在地壳中的丰度占第七位,占0.45%,远远高于许多常见的金属。但由于钛的性质活泼,对冶炼工艺要求高,使得人们长期无法制得大量的钛,从而被归类为“稀有”的金属。用于冶炼钛的矿物主要有钛铁矿(FeTiO3)、金红石(TiO2)和钙钛矿等。矿石经处理得到易挥发的四氯化钛,再用镁还原而制得纯钛。
编辑本段元素用途
  钛的强度大,纯钛抗拉强度最高可达180kg/mm2。有些钢的强度高于钛合金,但钛合金的比强度(抗拉强度和密度之比)却超过优质钢。钛合金有好的耐热强度、低温韧性和断裂韧性,故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。现在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。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,碳(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。
  钛和钛的合金大量用于航空工业,有"空间金属"之称;另外,在造船工业、化学工业、制造机械部件、电讯器材、硬质合金等方面有着日益广泛的应用。
  此外,由于钛合金还与人体有很好的相容性,所以钛合金还可以作人造骨。
  钛的抗腐蚀性
 
硝酸锆与氢氧化钛
锆是一种应用于原子能工业和在高温高压下用作耐蚀化工材料,但在溶液中其活泼性仅次于钠。
  那么,在氢氧化钛溶液里加入活波的硝酸锆溶液,会发现钛把硝酸锆拒之门外(如图)。
  可以看到,图中有明显的分层,上面是硝酸锆,下面是氢氧化钛。
  我们知道,氢氧化钛的密度小于硝酸锆,但依然能保持明显的分层,并把硝酸锆停留在上层,这证明了钛的抗腐蚀性。
  根据实验,钛放入海底20~50年均不会被腐蚀。
辅助资料
  钛的主要矿石是金红石TiO2和钛铁矿FeTiO3,它的发现也正是从这两种矿石的分析而来。早在1791年英国英格兰西南端康沃尔(Cornwall)郡门拉陈(Menacan)教区的牧师格累高尔,也是一位科学家,分析出产在他教区内的一种黑色矿砂,也就是今天成为钛铁矿的矿石时发现了一种新的金属物质并命名为menacenite。三年后,1795年,克拉普罗特分析了匈牙利布伊尼克(Boinik)地区出产的金红石,认识到它是一种新金属的氧化物,具有抵抗酸、碱溶液的特性,借用希腊神话中大地的第一代儿子们泰坦神族Titans,命名这个金属为titanium,元素符号定为Ti。两年后,克拉普罗特证实格累高尔发现的menacenite就是钛。
  钛对于酸、碱具有较强的耐腐蚀性,已成为化工生产中重要的材料。
  钛一般被认为是稀有金属,其实它在地壳中的含量相当大,比一般的常用的金属锌、铜、锡等都大,甚至比氯、磷都大。
中国钛矿地理分布
  我国钛资源总量9.65亿吨,居世界之首,占世界探明储量的38.85%,主要集中在四川、云南、广东、广西及海南等地,其中攀西(攀枝花西昌)地区是中国最大的钛资源基地,钛资源量为8.7亿吨。
  中国探明的钛资源分布在21个省(自治区、直辖市)共108个矿区(图3.5.1及表3.5.4)。主要产区为四川,次有河北、海南、广东、湖北、广西、云南、陕西、山西等省(区)。
  钛磁铁矿岩矿:主要矿床分布在四川省攀枝花的盐边红格和米易白马,西昌的太和;河北省承德的大庙、黑山,丰宁的招兵沟,崇礼的南天门;山西省左权的桐峪;陕西省洋县的毕机沟;新疆的尾亚;河南省舞阳的赵案庄;广东省兴宁的霞岚;黑龙江省的呼玛;北京市昌平的上庄和怀柔的新地。其中四川省表内储量(TiO2 44256.32万t)占全国同类储量(TiO2 46522.83万t)的95.1%,河北省(TiO2 1544.46万t)占3.3%,陕西省占0.46%,山西省占0.35%。
  金红石岩矿 主要矿床分布在湖北省枣阳的大阜山;山西省代县的碾子沟;河南省新县的杨冲;山东省莱西县的刘家庄。其中湖北省金红石(TiO2)表内储量(534.43万t)占全国同类储量(750.86万t)的71.2%,山西省(154.79万t)占20.6%,陕西省(44.4万t)占5.9%。
世界钛矿资源总体状况
  截至1995年底,世界金红石(包括锐钛矿)储量和储量基础分别为3330万t和16440万t,资源总量约2.3亿t(TiO2含量,下同),主要集中在南非印度斯里兰卡、澳大利亚。世界钛铁矿(TiO2)储量和储量基础分别为2.743亿t和4.353亿t,资源总量约10亿t;主要集中在南非、挪威、澳大利亚、加拿大和印度。
  截至1996年底中国保有原生钛(磁)铁矿(折TiO2)储量35704.09万t(其中A+B+C级23191.50万t);钛铁矿(砂矿)矿物储量3803.19万t(其中A+B+C级2147.17万t);金红石矿物储量256.86万t(其中A+B+C级73.73万t);金红石TiO2储量750.86万t(其中A+B+C级242.43万t)。
  若将中国1996年保有钛铁矿砂矿的A+B+C级矿物储量2147.17万t按含TiO2 48%折算,则其TiO2储量为1030.64万t,仅占同年世界钛铁矿(TiO2)27000万t的3.83%;若再将其与原生钛磁铁矿岩矿(TiO2)的A+B+C级储量(23 191.50万t)中目前可利用的约占50%以粒状钛铁矿产出的(TiO2)储量11595.75万t相加,其TiO2总储量为12626.4万t,则占同年世界钛铁矿(TiO2)储量27000万t的47.76%,从这个意义上说,我国可称为世界钛铁矿资源最丰富的国家。
  若将中国1996年保有金红石矿物的A+B+C级储量73.73万t按含TiO2 94%折算成TiO2储量为69.31万t,再加上同年金红石(TiO2)的A+B+C级储量242.43万t,合计为311.74万t,则占同年世界金红石(TiO2)储量3330万t的9.36%,由此可见中国金红石资源并不丰富。
冶炼
  制取金属钛的原料主要为金红石,其中含TiO2大于96%。缺少金红石矿的国家,例如苏联,则采用钛铁矿制成的"高钛渣",其中含TiO290%左右。近年因天然金红石涨价和储量日减,各国都趋向于用钛铁矿制成富钛料,即高钛渣和人造金红石。
 
制取钛流程
钛在1791年被发现,而第一次制得纯净的钛却是在1910年,中间经历了一百余年。原因在于:钛在高温下性质十分活泼,很易和氧、氮、碳等元素化合,要提炼出纯钛需要十分苛刻的条件。
  工业上常用硫酸分解钛铁矿的方法制取二氧化钛,再由二氧化钛制取金属钛。浓硫酸处理磨碎的钛铁矿(精矿),发生下面的化学反应
  FeTiO3+3H2SO4 == Ti(SO4)2+FeSO4+3H2O
  FeTiO3+2H2SO4 == TiOSO4+FeSO4+2H2O
  FeO+H2SO4 == FeSO4+H2O
  Fe2O3+3H2SO4 == Fe2(SO4)3+3H2O
  为了除去杂质Fe2(SO4)3,加入铁屑,Fe3+ 还原为Fe2+,然后将溶液冷却至273K以下,使得FeSO4·7H2O(绿矾)作为副产品结晶析出。
  Ti(SO4)2和TiOSO4水解析出白色的偏钛酸沉淀,反应是:
  Ti(SO4)2+H2O == TiOSO4+H2SO4
  TiOSO4+2H2O == H2TiO3+H2SO4
  锻烧偏钛酸即制得二氧化钛:
  H2TiO3 == TiO2+H2O
  工业上制金属钛采用金属热还原法还原四氯化钛。将TiO2(或天然的金红石)和炭粉混合加热至1000~1100K,进行氯化处理,并使生成的TiCl4,蒸气冷凝。
  TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO-
  在1070K 用熔融的镁在氩气中还原TiCl4可得多孔的海绵钛:
  TiCl4+2Mg=2MgCl2+Ti
  这种海绵钛经过粉碎、放入真空电弧炉里熔炼,最后制成各种钛材。
  也可以通过反应:Ti+2I2=TiI4
  得到的TiI4经过高温(1250℃左右)情况下分解:
  TiI4=Ti+2I2
  由此得到纯钛棒。
  钛及钛合金的特性、用途
  纯钛是银白色的金属,它具有许多优良性能。钛的密度为4.54g/cm3,比钢轻43% ,比久负盛名的轻金属镁稍重一些。机械强度却与钢相差不多,比铝大两倍,比镁大五倍。钛耐高温,熔点1942K,比黄金高近1000K ,比钢高近500K。
  钛属于化学性质比较活泼的金属。加热时能与O2、N2、H2、S和卤素等非金属作用。但在常温下,钛表面易生成一层极薄的致密的氧化物保护膜,可以抵抗强酸甚至王水的作用,表现出强的抗腐蚀性。因此,一般金属在酸、碱、盐的溶液中变得千疮百孔而钛却安然无恙。
  液态钛几乎能溶解所有的金属,因此可以和多种金属形成合金。钛加入钢中制得的钛钢坚韧而富有弹性。钛与金属Al、Sb、Be、Cr、Fe等生成填隙式化合物或金属间化合物
  钛合金制成飞机比其它金属制成同样重的飞机多载旅客100多人。制成的潜艇,既能抗海水腐蚀,又能抗深层压力,其下潜深度比不锈钢潜艇增加80%。同时,钛无磁性,不会被水雷发现,具有很好的反监护作用。
  钛具有“亲生物“’性。在人体内,能抵抗分泌物的腐蚀且无毒,对任何杀菌方法都适应。因此被广泛用于制医疗器械,制人造髋关节、膝关节、肩关节、胁关节、头盖骨,主动心瓣、骨骼固定夹。当新的肌肉纤维环包在这些“钛骨”上时,这些钛骨就开始维系着人体的正常活动。
  钛在人体中分布广泛,正常人体中的含量为每70kg体重不超过15mg,其作用尚不清楚。但钛能刺激吞噬细胞,使免疫力增强这一作用已被证实。
  钛的化合物及用途
  重要的钛化合物有:二氧化钛(TiO2)、四氯化钛(TiCl4)、偏钛酸钡(BaTiO3)。
  纯净的二氧化钛是白色粉末,是优良的白色颜料,商品名称“钛白”。它兼有铅白(PbCO3)的遮盖性能和锌白(ZnO)的持久性能。因此,人们常把钛白加在油漆中,制成高级白色油漆;在造纸工业中作为填充剂加在纸桨中;纺织工业 
  中作为人造纤维的消光剂;在玻璃陶瓷、搪瓷工业上作为添加剂,改善其性能;在许多化学反应中用作催化剂。在化学工业日益发展的今天,二氧化钛及钛系化合物作为精细化工产品,有着很高的附加价值,前景十分诱人。
  四氯化钛是一种无色液体;熔点250K、沸点409K,有制激性气味。它在水中或潮湿的空气中都极易水解,冒出大量的白烟。
  TiCl4+3H2O == H2TiO3+4HCl
  因此TiCl4在军事上作为人造烟雾剂,犹其是用在海洋战争中。在农业上,人们用TiCl4形成的浓雾地面,减少夜间地面热量的散失,保护蔬菜和农作物不受严寒、霜冻的危害。
  将TiO2和BaCO3一起熔融制得偏钛酸钡:
  TiO2+BaCO3 == BaTiO3十CO2-
  人工制得的BaTiO3具有高的介电常数,由它制成的电容器有较大的容量,更重要的是BaTiO3具有显著的“压电性能”,其晶体受压会产生电流,一通电,又会改变形状。人们把它置于超声波中,它受压便产生电流,通过测量电流强弱可测出超声波强弱。几乎所有的超声波仪器中都要用到它。随着钛酸盐的开发利用,它愈来愈广泛地用来制造非线性元件、介质放大器、电子计算机记忆元件、微型电容器、电镀材料、航空材料、强磁、半导体材料、光学仪器、试剂等。
  钛、钛合金及钛化合物的优良性能促使人类迫切需要它们。然而,生产成本之高,使应用受到限制。我们相信在不久的将来,随着钛的冶炼技术不断改进和提高,钛、钛合金及钛的化合物的应用将会得到更大的发展。
  钛产品:
  钛及钛合金是极其重要的轻质结构材料,在航空、航天、车辆工程、生物医学工程等领域具有非常重要的应用价值和广阔的应用前景。 
  类型:典化钛,工业纯钛, α 型钛, β 型钛, α +β型钛
主要特性
  工业纯钛:工业纯钛的杂质含量较化学纯钛要多,因此其强度、硬度也稍高,其力学性能及化学性能与不锈钢相近,比起钛合金纯钛强度较好,在抗氧化性方面优于奥氏体不锈钢,但耐热性较差,TA1、TA2、TA3依次杂质含量增高,机械强度、硬度依次增强,但塑性韧性依次下降。
  β 型钛:β型钛合金属可热处理强化,合金强度高、焊接性、压力加工性良好,但性能不稳定,且熔炼工艺复杂。
 
  A、β钛板:0.5-4.0mm
  B、眼镜板(纯钛):0.8-8.0mm
  C、标板(纯钛):1 x 2m 厚度:0.5-20mm
  D、电镀及其它行业用板(纯钛):0.1-50mm
  用途:电子、化工、钟表、眼镜、首饰、体育用品、机械设备、电镀设备、环保设备、高尔夫球及精密加工等行业。
 
  钛管规格:φ6-φ120mm 壁厚:0.3-3.0mm
  钛管用途:环保设备、冷却管、钛发热管、电镀设备、戒指及各种精密电器用管等行业。
 
  A、β钛丝规格:φ0.8-φ6.0mm
  B、眼镜钛丝规格:φ1.0-φ6.0mm专用钛丝
  C、钛丝规格:φ0.2-φ8.0mm挂具专用
  钛丝用途:军工、医用、体育用品、眼镜、耳环、头饰、电镀挂具、焊丝等行业。
 
  A、方棒规格:方条:8-12mm
  B、磨光圆棒:φ4-φ60mm
  C、毛棒、黑皮棒:φ6-φ120mm
  钛棒用途:主要用于机械设备、电镀设备、医用、各种精密机件等行业。
  【钛】
  ·基本信息库
  中文名称:金属钛
  英文名称:titanium
  别名:钛粉;海绵钛粉
  CAS No.:7440-32-6
  EINECS号:241-036-9 [1] 
  分子式:Ti
  分子量:47.90
  危险标记:8(易燃固体)
  包装类别:O52
  包装方法:螺纹口玻璃瓶、铁盖压口玻璃瓶、塑料瓶或金属桶(罐)外普通木箱;螺纹口玻璃瓶、塑料瓶或镀锡薄钢板桶(罐)外满底板花格箱、纤维板箱或胶合板箱。
  ·理化性质库
  主要成分:纯品
  外观与性状:钛为银白色,粉末为深灰色或黑色发亮的无定形粉末,或硬的钢色立方结晶。
  熔点(℃):1720
  沸点(℃):3530
  相对密度(水=1):4.5
  相对蒸气密度(空气=1):
  蒸气压(kPa):
  闪点
  燃烧热(kJ/mol):
  化合物在水中的溶解度(S):
  引燃温度(℃):460
  爆炸上限%(V/V):
  爆炸下限%(V/V):40mg/m3
  稳定性和反应活性:稳定
  危险特性:金属钛粉尘具有爆炸性,遇热、明火或发生化学反应会燃烧爆炸。其粉体化学活性很高,在空气中能自燃。金属钛不仅能在空气中燃烧, 也能在二氧化碳氮气中燃烧。高温时易与卤素、氧、硫、氮化合。
  溶解性:不溶于水,溶于氢氟酸、硝酸、浓硫酸。
  禁配物:氧、卤素、铝、强酸、强氧化剂、二氧化碳。
  ·应急处置库
  皮肤接触:脱去污染的衣着,用肥皂水和清水彻底冲洗皮肤。
  眼睛接触:提起眼睑,用流动清水或生理盐水冲洗。就医。
  吸入:迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难,给输氧。如呼吸停止,立即进行人工呼吸。就医。
  食入:饮足量温水,催吐。就医。
  呼吸系统防护:可能接触其粉尘时,必须佩戴自吸过滤式防尘口罩。
  眼睛防护:戴安全防护眼镜
  身体防护:穿透气型防毒服。
  手防护:戴防毒物渗透手套。
  其他防护:工作现场禁止吸烟、进食和饮水。工作完毕,淋浴更衣。注意个人清洁卫生。
  泄漏应急处理:隔离泄漏污染区,限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴防尘面具(全面罩),穿防毒服。不要直接接触泄漏物。小量泄漏:避免扬尘,用洁净的铲子收集于干燥、洁净、有盖的容器中。转移回收。大量泄漏:用塑料布、帆布覆盖。使用无火花工具转移回收。
  有害燃烧产物:氧化钛。
  灭火方法:采用干粉、干砂灭火。严禁用水、泡沫、二氧化碳扑救。高热或剧烈燃烧时,用水扑救可能会引起爆炸。
  ·管理信息库
  操作的管理:密闭操作,局部排风。操作人员必须经过专门培训,严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴自吸过滤式防尘口罩,戴安全防护眼镜,穿透气型防毒服,戴防毒物渗透手套。远离火种、热源,工作场所严禁吸烟。使用防爆型的通风系统和设备。避免产生粉尘。避免与氧化剂、酸类、卤素接触。在氩气中操作处置。搬运时要轻装轻卸,防止包装及容器损坏。配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。倒空的容器可能残留有害物。
  储存的管理:为安全起见,储存时常以不少于25%的水润湿、钝化。储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。库温不超过30℃,相对湿度不超过80%。保持容器密封,严禁与空气接触。应与氧化剂、酸类、卤素等分开存放,切忌混储。配备相应品种和数量的消防器材。储区应备有合适的材料收容泄漏物。
  运输的管理:运输时运输车辆应配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。装运本品的车辆排气管须有阻火装置。运输过程中要确保容器不泄漏、不倒塌、不坠落、不损坏。严禁与氧化剂、酸类、卤素、食用化学品等混装混运。运输途中应防曝晒、雨淋,防高温。中途停留时应远离火种、热源。车辆运输完毕应进行彻底清扫。铁路运输时要禁止溜放。
  废弃的管理:恢复材料的原状态,以便重新使用。
  ·毒理学资料库
  急性毒性:金属钛、氧化钛和碳化钛属低毒类。大鼠一次气管内注入20-50mg二氧化钛和兔注入400 mg后肺部无特异反应。
  亚急性和慢性毒性:大鼠气管内注入氢化钛后6和12个月,只见肺纤维化效应。大鼠吸入二氧化钛尘每天4次,每周5 d,历时13个月,停止吸入后7个月,肺无任何病理反应;但豚鼠反复吸入二氧化钛观察到纤维化效应和嗜酸性自细胞浸润。气管内注入金属钛无肺纤维化发生。大鼠气管内一次注入氢化钛、碳化钛、硼化钛和一氮化钛后观察到肺部轻度纤维化。大鼠吸入氢化钛16个月亦见轻度纤维化。
  代谢:人体一般饮食中每日约摄入300μg钛,大部分从粪排出,其中约3%吸收入血液。进入体内的钛蓄积于脾、肾上腺、横纹肌、肺、皮肤及肝脏等部位。吸收入体内的钛主要由尿排出。正常人血浆中钛浓度约3μg/dl,尿钛浓度为10μg/L左右。
  中毒机理:金属钛,氧化钛,碳化钛(titanium carbonide)等不溶性钛毒性低,口服吸收量少,不显示毒性反应。金属钛植入机体未见有病理反应。吸入钛的不溶性化合物,未见肺部有严重损害,其致纤维化作用甚微。用含钛饮水长期饲养动物未见对生长发育有影响,也未见肿瘤发生
  致癌性:大鼠肌肉注射溶于三辛素的钛金属粉,引起纤维肉瘤和淋巴肉瘤增加。注射有机钛,注射部位出现纤维肉瘤,发生肝细胞瘤和脾的恶性淋巴瘤。
  燃爆危险:本品易燃,具刺激性。
  ·应急医疗库
  主要用途及接触机会:钛用于制造特种钢、合金、钛陶瓷及玻璃纤维。金属钛也用于飞机、导弹制造及原子反应堆。还用于生产耐火材料、焊条、建筑材料和塑料等。上述工业中可接触金属钛,二氧化钛的粉尘和烟尘。四氯化钛及其部分水解物,还常夹杂氯及其氧化物。在机械处理金属钛过程中也接触钛氧化物的烟尘。
  侵入途径:吸入、食入。
  人体危害:吸入后对上呼吸道有刺激性,引起咳嗽、胸部紧束感或疼痛。长期吸入TiO2粉尘的工人,肺部无任何变化。在生产钛金属过程,接触四氯化钛及其水解产物对眼和上呼吸道粘膜有刺激作用。长期作用可形成慢性支气管炎。TiO2曾用作闪光灼伤的皮肤防护剂,未见产生接触性皮炎、变态反应和经皮吸收。100℃氯氮化钛的飞溅和吸入钛酸及氯氮化钛烟引起皮肤烧伤并致疤痕形成和咽、声带、气管粘膜充血,由于形成瘢痕引起喉狭窄。眼短期接触氯氮化钛引起结膜炎和角膜炎。此外,四氯化钛吸入可引起弥散性支气管内息肉。
  处理原则:皮肤接触四氯化钛后应尽快用软纸或布擦掉,然后用水冲洗,防止四氯化钛遇水放出大量热及盐酸,加重及扩大灼伤范围。吸入四氯化钛应立即雾化吸入5%碳酸氢钠溶液,以中和四氯化钛水解产生的盐酸;吸氧、保持呼吸进通畅.安静休息,减少氧的消耗;早期给予足量糖皮质激素,并给抗生素预防继发感染及抗支气管痉挛药物、祛痰药对症治疗。严密观察,防治肺水肿。
  预防措施:接触四氯化钛及其水解产物的工种,应注意皮肤、粘膜和呼吸道的防护。产生钛及其化合物粉尘的工作地点,亦须加强防尘措施。大量微小钛粉尘可着火爆炸,因此钛的生产、浇铸、加工应有良好通风防尘设施,及应有防火防爆设备。四氯化钛生产过程应尽量密闭,防止其烟气逸出及“跑、冒、滴、漏”。加强个人防护,四氯化钛生产设备开盖、清洗、维修时应截防毒面其、防护眼镜。穿防酸防护衣帽。定期对接触四氯化钛的生产工人进行休检,有慢性呼吸道疾病患者不能从事接触四氯化钛的工作。
钛设备制造
  1.反应釜;由于用户因生产工艺、操作条件不尽相同,夹套加热型式分为电热棒加热、蒸汽加热、导热油循环加热,轴封装置分为填料密封和机械密封,搅拌型式有锚式、浆式、锅轮式、推进式或框式。开孔数量、规格或其它要求可根据用户要求设计、制作。2.冷凝器:我厂生产的列管冷凝器,按材质分为复合钛列管冷凝、钛列管式冷凝器和碳钢与钛混合列管式冷凝三种,按形式分为固定管板式、浮头式、U型管式换热器, 按结构分为单管程、双管程和多管程。传热面积0.5-500m2,可根据用户不同需要定制。3.罐:我厂设计的发酵罐为标准式罐型,这种罐型当公称容积在6M3以下时罐采用夹套式。发酵气的冷却或加热,均由夹套来完成。公称容积为6M3以上时,发酵气的冷却由立式排管来担负,在罐内排管的连接方面我们作了改进。这主要避免在罐体上多开孔,开成死角。这种连续方式在实际使用中得到满意的效果。发酵设备罐型可分为两大类:一类是嫌气发酵的锥型(如酒精发酵),另一类是为气发酵的罐型(如标准式、伍式、自吸式等)。这类设备尤以标准式罐型使用最为普遍。我厂设计的发酵罐系列图纸资料属于标准式罐型。在设计各种规格的发酵设备时,做到设计结构严密,有足够的强度和使用寿命,力求设备内部附件少,表面光滑,注意到要有良好的气枣汽接触和汽刺固混和性能,使物质传递,气体交换有效地进行。有足够的热交换面积,以保证发酵能在最适宜的温度下进行。重视设备的密封性能以保证灭菌操作。4.冷却器:主要用途:主要适用于制药、食品、化工等工业部门对液料的浓缩。并且亦能回收酒精和简单的回流提取。结构:本设备主要包括浓缩罐、第一冷凝器、汽液分离器、第二冷凝器、冷却器、受液桶六个部件组成,全部有钛制造。浓缩罐为夹套结构,冷凝器为列管式,冷却器为蛇管式。【要求可根据用户要求设计、制作】
  推荐优秀钛生产企业:
  1.云南钛业股份有限公司
  2.宝钛集团
  3.西部超导材料科技有限公司
  4.美国。德国。日本
  5.天津有限公司
  6.西部钛业
  7上海宝钢
十大性能
密度小,比强度高
  金属钛的密度为4.51g/cm3,高于铝而低于钢、铜、镍,但比强度位于金属之首。
耐腐蚀性能
  钛是一种非常活泼的金属,其平衡电位很低,在介质中的热力学腐蚀倾向大。但实际上钛在许多介质中很稳定,如钛在氧化性、中性和弱还原性等介质中是耐腐蚀的。这是因为钛和氧有很大的亲和力,在空气中或含氧的介质中,钛表面生成一层致密的、附着力强、惰性大的氧化膜,保护了钛基体不被腐蚀。即使由于机械磨损也会很快自愈或重新再生。这表明了钛是具有强烈钝化倾向的金属。介质温度在315℃以下钛的氧化膜始终保持这一特性。
  为了提高钛的耐蚀性,研究出氧化、电镀、等离子喷涂、离子氮化、离子注入和激光处理等表面处理技术,对钛的氧化膜起到了增强保护性作用,获得了所希望的耐腐蚀效果。针对在硫酸、盐酸、甲胺溶液、高温湿氯气和高温氯化物等生产中对金属材料的需要 ,开发出钛-钼、钛-钯、钛-钼-镍等一系列耐蚀钛合金。钛铸件使用了钛-32钼合金,对常发生缝隙腐蚀或点蚀的环境使用了钛-0.3钼-0.8镍合金或钛设备的局部使用了钛-0.2钯合金,均获得了很好的使用效果。
耐热性能好
  新型钛合金可在600℃或更高的温度下长期使用。
耐低温性能好
  钛合金TA7(Ti-5Al-2.5Sn),TC4(Ti-6Al-4V)和Ti-2.5Zr-1.5Mo等为代表的低温钛合金,其强度随温度的降低而提高,但塑性变化却不大。在-196-253℃低温下保持较好的延性及韧性,避免了金属冷脆性,是低温容器,贮箱等设备的理想材料。
抗阻尼性能强
  金属钛受到机械振动、电振动后,与钢、铜金属相比,其自身振动衰减时间最长。利用钛的这一性能可作音叉、医学上的超声粉碎机振动元件和高级音响扬声器的振动薄膜等。
无磁性、无毒
  钛是无磁性金属,在很大的磁场中也不会被磁化,无毒且与人体组织及血液有好的相溶性,所以被医疗界采用。
抗拉强度与其屈服强度接近
  钛的这一性能说明了其屈强比(抗拉强度/屈服强度)高,表示了金属钛材料在成形时塑性变形差。由于钛的屈服极限与弹性模量的比值大,使钛成型时的回弹能力大。
换热性能好
  金属钛的导热系数虽然比碳钢和铜低,但由于钛优异的耐腐蚀性能,所以壁厚可以大大减薄,而且表面与蒸汽的换热方式为滴状冷凝,减少了热组,太表面不结垢也可减少热阻,使钛的换热性能显著提高。
弹性模量低
  钛的弹性模量在常温时为106.4GMPa,为钢的57%。
吸气性能
  钛是一种化学性质非常活泼的金属,在高温下可与许多元素和化合物发生反应。钛吸气主要指高温下与碳、氢、氮、氧发生反应。
 
元素周期表


 


钽,金属元素,主要存在于钽铁矿中,同铌共生。钽的质地十分坚硬,钽富有延展性,可以拉成细丝式制薄箔。其热膨胀系数很小。钽有非常出色的化学性质,具有极高的抗腐蚀性。无论是在冷和热的条件下,对盐酸、浓硝酸及“王水”都不反应。可用来制造蒸发器皿等,也可做电子管的电极、整流器、电解、电容。医疗上用来制成薄片或细线,缝补破坏的组织。
基本资料
  读音:tǎn 
  部首:钅
  部外笔画:5
  总笔画:10
  繁体部首:金
  部外笔画:5
  总笔画:13 [1]
详细解释
  一种金属元素。钽的质地十分坚硬,钽富有延展性。
 

元素信息
  Tantalum(Ta)
  钽.
  元素符号: Ta
  CAS号:7440-25-7[2] 
 

原子序数: 73
  系列:过渡金属 
  相对原子质量:180.947 88 (12C = 12.0000)密度16650 kg/m硬度6.5
  元素分区5族, 6, d 
  颜色: 蓝灰色
  价电子排布:[]4f5d6s
  原子体积:(立方厘米/摩尔)
  10.90
  元素在海水中的含量:(ppm)
 
钽铁矿
0.000002
  地壳中含量:(ppm)
  2
  氧化态:
  Main Ta+5
  Other Ta-3, Ta-1, Ta+1, Ta+2, Ta+3, Ta+6
  晶体结构:晶胞为体心立方晶胞,每个晶胞含有2个金属原子。
  晶胞参数:
  a = 330.13 pm
  b = 330.13 pm
  c = 330.13 pm
  α = 90°
  β = 90°
  γ = 90°
  莫氏硬度:6.5
  熔点:2996℃ 
  声音在其中的传播速率:(m/S) 3400
  电离能 (kJ /mol)
  M - M+ 761
  M+ - M2+ 1500
  M2+ - M3+ 2100 M3+ - M4+ 3200
  M4+ - M5+ 4300
  发现人:1802年由瑞典化学家安德斯·古斯塔法·埃克博格发现。
  元素命名: 埃克博格根据古希腊神话中中第比斯城皇后尼奥比的父亲坦塔罗斯的名字命名了该元素。
  来源:主要存在于钽铁矿中,同铌共生。
  还可以用做电子元件的电容:
 
电子元件
元素概述
  钽的质地十分坚硬,硬度可以达到6-6.5。它的熔点高达2996℃ ,仅次于钨和铼和锇,位居第四。钽富有延展性,可以拉成细丝式制薄箔。其热膨胀系数很小,每升高一摄氏度只膨胀百万分之六点六。除此之外,它的韧性很强,比铜还要优异。
化学性质
  钽还有非常出色的化学性质,具有极高的抗腐蚀性。无论是在冷和热的条件下,对盐酸、浓硝酸及“王水”都不反应。但钽在热的浓硫酸中能被腐蚀,在150℃以下,钽不会被浓硫酸腐蚀,只有在高于此温度才会有反应,在175度的浓硫酸中1年,被腐蚀的厚度为0.0004毫米,将钽放入200℃的硫酸中浸泡一年,表层仅损伤0.006毫米。在250度时,腐蚀速度有所增加,为每年被腐蚀的厚度为0.116毫米,在300度时,被腐蚀的速度则更加快,浸泡1年,表面被腐蚀1.368毫米。在发烟硫酸(含15%的SO3)腐蚀速度比浓硫酸中更加严重,在130度的该溶液里浸泡1年,表面被腐蚀的厚度为15.6毫米。钽在高温下也会被磷酸腐蚀,但该反应一般在150度以上才发生,在250度的85%的磷酸中,浸泡1年,表面被腐蚀20毫米,另外,钽在氢氟酸和硝酸的混酸中能迅速溶解,在氢氟酸中也能被溶解。但是钽更害怕强碱,在110度40%浓度的烧碱溶液里,钽会被迅速溶解,在同样浓度的氢氧化钾溶液中,只要100度就会被迅速溶解。除上面所述情况外,一般的无机盐在150度以下一般不能腐蚀钽。实验证明,钽在常温下,对碱溶液、氯气、溴水、稀硫酸以及其他许多药剂均不起作用,仅在氢氟酸和热浓硫酸作用下有所反应。这样的情况在金属中是比较罕见的。
  但高温下,钽表面的氧化膜被破坏,因此能与多种物质反应,常温下钽能与氟反应。在150度时,钽对氯溴碘均呈惰性,在250度时,钽对干燥的氯气仍然有抗腐蚀能力,在含有水蒸气的氯气中加热到400度,仍然能保持光亮,在500度则开始被腐蚀,在300度以上钽与溴反应,对碘蒸汽则当温度达到赤热之前均呈惰性。氯化氢在410度时和钽反应,生产五氯化物,溴化氢则在375度与钽反应。当加热到200度或者更低的温度下,S能与Ta作用,碳及烃类在800-1100度与钽作用。
元素应用
  钽所具有的特性,使它的应用领域十分广阔。在制取各种无机酸的设备中,钽可用来替代不锈钢,寿命可比不锈钢提高几十倍。此外,在化工、电子、电气等工业中,钽可以取代过去需要由贵重金属铂承担的任务,使所需费用大大降低。 钽被制造成了电容装备到军用设备中。美国的军事工业异常发达,是世界最大军火出口商。世界上钽金属的产量一半被用在钽电容的生产上,美国国防部后勤署则是钽金属最大的拥有者,曾一度买断了世界上三分之一的钽粉
  主要吸收线及其主要参数:
  ┌──────┬────┬────┬──┬───┬───┬───┐
  │ λ(nm) │ f │ W │ F│ S*│ CL│ R·S │
  ├──────┼────┼────┼──┼───┼───┼───┤ 
  │ 271.5 │0.055 │0.2 │N-A│30│ │ 1.0 │
  │260.9(D) │ │0.2 │N-A│23│ │ 2.1 │
  │265.7 │ │0.2 │N-A│ │ │ 2.5 │
  │293.4 │ │0.2 │N-A│ │ │ 2.5 │
  │255.9 │ │0.2 │N-A│ │ │ 2.5 │
  │264.8 │ │0.2 │N-A│ │ │ │
  │265.3 │ │0.2 │N-A│ │ │ 2.7 │
  │269.8 │ │0.2 │N-A│ │ │ 2.7 │
  │275.8 │ │0.2 │N-A│ │ │ 3.1 │
  │277.6 │ │0.2 │N-A│58│ │ │
  └──────┴────┴────┴──┴───┴───┴───┘
  λ:波长
  f:振子强度
  W:单色器光谱通带
  N-A(氧化亚氮-乙炔焰)
  S*:元素的特征浓度(1%吸收灵敏度)
  CL:元素的检测极限
  R·S:同一元素主要吸收线间的相对灵敏度
  F:火焰类型
  化学符号Ta,钢灰色金属,在元素周期表中属VB族,原子序数73,原子量180.9479,体心立方晶体,常见化合价为+5。
  钽是由瑞典化学家埃克贝里 (A.G.Ekeberg)在1802年发现的,按希腊神话人物Tantalus(坦塔罗斯)的名字命名为 tantalum。1903年德国化学家博尔顿(W.von Bolton)首次制备了塑性金属钽用作灯丝材料。1940年大容量的钽电容器出现,并在军用通信中广泛应用。第二次世界大战期间,钽的需要量剧增。50年代以后,由于钽在电容器、高温合金、化工和原子能工业中的应用不断扩大,需要量逐年上升,促进了钽的提取工艺的研究和生产的发展。中国于60年代初期建立了钽的冶金工业。
  资源 钽和铌的物理化学性质相似,因此共生于自然界的矿物中。划分钽矿或铌矿主要是根据矿物中钽和铌的含量。钽铌矿物的赋存形式和化学成分复杂,其中除钽、铌外,往往还含有稀土金属、钛、锆、钨、铀、钍和锡等。钽的主要矿物有:钽铁矿[(Fe,Mn)(Ta,Nb)2O6]、重钽铁矿(FeTa2O6)、细晶石[(Na,Ca)Ta2O6(O,OH,F)]和黑稀金矿[(Y,Ca,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)2O6]等。炼锡的废渣中含有钽,也是钽的重要资源。已查明世界的钽储量(以钽计)约为134000短吨,扎伊尔占首位。1979年世界钽矿物的产量(以钽计)为 788短吨(1短吨=907.2公斤)。中国从含钽比较低的矿物中提取钽的工艺,取得了成就。
性质和用途
  钽的线胀系数在0~100℃之间为6.5×10-6K-1,超导转变临界温度为4.38K,原子的热中子吸收截面为21.3靶恩。
  在低于150℃的条件下钽是化学性质最稳定的金属之一。与钽能起反应的只有氟、氢氟酸、含氟离子的酸性溶液和三氧化硫。在室温下与浓碱溶液反应,并且溶于熔融碱中。致密的钽在200℃开始轻微氧化,在280℃时明显氧化。钽有多种氧化物,最稳定的是五氧化二钽(Ta2O5)。钽和氢在250℃以上生成脆性固溶体和金属氢化物如:Ta2H,TaH,TaH2,TaH3。在800~1200℃的真空下,氢从钽中析出钽又恢复塑性。钽和氮在300℃左右开始反应生成固溶体和氮化合物;在高于2000℃和高真空下,被吸收的氮又从钽中析出。钽与碳在高于2800℃下以三种物相存在:碳钽固溶体、低价碳化物和高价碳化物。钽在室温下能与氟反应,在高于250℃时能与其他卤素反应,生成卤化物。
元素用途
  钽在酸性电解液中形成稳定的阳极氧化膜,用钽制成的电解电容器,具有容量大、体积小和可靠性好等优点,制电容器是钽的最重要用途,70年代末的用量占钽总用量2/3以上。钽也是制作电子发射管、高功率电子管零件的材料。钽制的抗腐蚀设备用于生产强酸、溴、氨等化学工业。金属钽可作飞机发动机的燃烧室的结构材料。钽钨、钽钨铪、钽铪合金用作火箭、导弹和喷气发动机的耐热高强材料以及控制和调节装备的零件等。钽易加工成形,在高温真空炉中作支撑附件、热屏蔽、加热器和散热片等。钽可作骨科和外科手术材料。碳化钽用于制造硬质合金。钽的硼化物、硅化物和氮化物及其合金用作原子能工业中的释热元件和液态金属包套材料。氧化钽用于制造高级光学玻璃和催化剂。1981年钽在美国各部门的消费比例约为:电子元件73%,机械工业19%,交通运输6%,其他2%。 [3] 
元素制取
冶炼
  钽铌矿中常伴有多种金属,钽冶炼的主要步骤是分解精矿,净化和分离钽、铌,以制取钽、铌的纯化合物,最后制取金属。
  矿石分解可采用氢氟酸分解法、氢氧化钠熔融法和氯化法等。钽铌分离可采用溶剂萃取法〔常用的萃取剂为甲基异丁基铜(MIBK)、磷酸三丁酯 (TBP)、仲辛醇和乙酰胺等〕、分步结晶法和离子交换法。
钽铌化合物的分离
  首先将钽铌铁矿的精矿用氢氟酸和硫酸分解钽和铌呈氟钽酸和氟铌酸溶于浸出液中,同时铁、锰、钛、钨、硅等伴生元素也溶于浸出液中,形成成分很复杂的强酸性溶液。钽铌浸出液用甲基异丁基酮萃取钽铌同时萃入有机相中,用硫酸溶液洗涤有机相中的微量杂质,得到纯的含钽铌的有机相洗液和萃余液合并,其中含有微量钽铌和杂质元素,是强酸性溶液,可综合回收。纯的含钽铌的有机相用稀硫酸溶液反萃取铌得到含钽的有机相。铌和少量的钽进入水溶液相中然后再用甲基异丁基酮萃取其中的钽,得到纯的含铌溶液。纯的含钽的有机相用水反萃取就得到纯的含钽溶液。反萃取钽后的有机相返回萃取循环使用。纯的氟钽酸溶液或纯的氟铌酸溶液同氟化钾或氯化钾反应分别生成氟钽酸钾(K2TaF7)和氟铌酸钾(K2NbF7)结晶,也可与氢氧化铵反应生成氢氧化钽氢氧化铌沉淀。钽或铌的氢氧化物在900~1000℃下煅烧生成钽或铌的氧化物。
金属钽的制取
  ①金属钽粉可采用金属热还原(钠热还原)法制取。在惰性气氛下用金属钠还原氟钽酸钾:K2TaF7+5Na─→Ta+5NaF+2KF。反应在不锈钢罐中进行,温度加热到900℃时,还原反应迅速完成。此法制取的钽粉,粒形不规则,粒度细,适用于制作钽电容器。金属钽粉亦可用熔盐电解法制取:用氟钽酸钾、氟化钾和氯化钾混合物的熔盐做电解质把五氧化二钽(Ta2O5)溶于其中,在750℃下电解,可得到纯度为99.8~99.9%的钽粉。
  ②用碳热还原Ta2O5亦可得到金属钽。还原一般分两步进行:首先将一定配比的Ta2O5和碳的混合物在氢气氛中于1800~2000℃下制成碳化钽(TaC),然后再将TaC和Ta2O5按一定配比制成混合物真空还原成金属钽。金属钽还可采用热分解或氢还原钽的氯化物的方法制取。致密的金属钽可用真空电弧、电子束、等离子束熔炼或粉末冶金法制备。高纯度钽单晶用无坩埚电子束区域熔炼法制取。

元素周期表

锆(Zirconium)是一种化学元素,它的化学符号是Zr,它的原子序数是40,是一种银白色的高熔点金属之一,呈浅灰色。密度6.49克/厘米3。熔点1852±2℃,沸点4377℃。化合价+2、+3和+4。第一电离能6.84电子伏特。锆的表面易形成一层氧化膜,具有光泽,故外观与钢相似。有耐腐蚀性,可溶于氢氟酸和王水;高温时,可与非金属元素和许多金属元素反应,生成固体溶液化合物。

  部首笔画
  部首:钅 部外笔画:7 总笔画:12
  五笔86:QTFK 五笔98:QTFK 仓颉:OPHGR
  笔顺编号:311153121251 四角号码:84761 Unicode:CJK 统一汉字 U+9506
  读音:gào
 

基本字义
  
  1. 一种金属元素,应用于原子能工业和在高温高压下用作耐蚀化工材料等。
  详细字义
  〈名〉
  1. 一种钢灰色、强延性、难熔、主要呈四价的金属元素,以化合物形式广泛存在于锆石和二氧化锆矿中 [zirconium]——元素符号Zr
简介
  锆,原子序数40,原子量91.224。1789年德国化学家克拉普罗斯在锆石中发现锆的氧化物,并根据锆石的英文名命名;1824年瑞典化学家贝采利乌斯首次制的不纯的金属锆;1925年荷兰科学家阿克尔和德博尔制得有延展性的块状金属锆。锆在地壳中的含量为0.025%,但分布非常分散。主要矿物有锆石和二氧化锆矿。天然锆有6种稳定同位素:锆90、91、92、94、96,其中锆90含量最大。 锆为银灰色金属,外观似钢,有光泽;熔点1852°C,沸点4377°C,密度6.49克/厘米³。锆容易吸收氢、氧气;锆对氧的亲和力很强,1000°C氧气溶于锆中能使其体积显著增加。锆一般被认为是稀有金属,其实它在地壳中的含量相当大,比一般的常用的金属锌、铜、锡等都大。锆合金可以耐很高的温度,用作制作核反应的第一层保护壳。过渡金属[/url]。
  锆的表面易形成一层氧化膜,具有光泽,故外观与钢相似。有耐腐蚀性,但是溶于氢氟酸和王水;高温时,可与非金属元素和许多金属元素反应,生成固溶体。锆
 
锆单质
的可塑性好,易于加工成板、丝等。锆在加热时能大量地吸收氧、氢、氮等气体,可用作贮氢材料。锆的耐蚀性比钛好,接近铌、钽。锆与铪是化学性质相似、又共生在一起的两个金属,且含有放射性物质。地壳中锆的含量居第19位,几乎与铬相等。自然界中具有工业价值的含锆矿物,主要有锆英石及斜锆石。
  CAS号:7440-67-7[1]
历史
 
  含锆的天然硅酸盐ZrSiO4称为锆石(Zircon)或风信子石(hyacinth)广泛分布于自然界中,具有从橙到红的各种美丽的颜色,自古以来被认为是宝石,据说Zircon一词来自阿拉伯文Zarqūn,是朱砂,又说是来自波斯文Zargun,是金色,hyacinth则来自希腊文的“百合花”一词,印度洋中的岛国斯里兰卡盛产锆石。
  1789年德国人M.H.Klaproth对锆石进行研究时发现,将它与氢氧化钠共熔,用盐酸溶解冷却物,在溶液中添加碳酸钾,沉淀,过滤并清洗沉淀物,再将沉淀物与硫酸共煮,然后滤去硅的氧化物,在滤液中检查钙、镁、铝的氧化物,均未发现,在溶液中添加碳酸钾后出现沉淀,这个沉淀物不像氧化铝那样溶于碱液,也不像镁的氧化物那样和酸作用,Klaproth认为这个沉淀物和以前所知的氧化物都不一样,是由Zirkonerde(锆土,德文)构成的,不久,法国化学家de Morueau和Vauquelin两人都证实M.H.Klaproth的分析是正确的,该元素拉丁名为Zirconium,符号认为Zr,我国译成锆,1808年,英国的H.Davy利用电流分解锆的化合物,没有成功,1824年瑞典的J.J.Berzelius首先用钾还原K2ZrF6时制得金属锆,但不够纯,反应式为:K2ZrF6+4K=Zr+6KF,该反应也可用Na作还原剂,直到1914年,荷兰一家金属白热电灯制造厂的两位研究人员Lely和Ham bruger用无水四氯化锆和过量金属钠同盛入一空球中,利用电流加热500℃,取得了纯金属锆。
特点
  锆是一种稀有金属,具有惊人的抗腐蚀性能、极高的熔点、超高的硬度和强度等特性,被广泛用在航空航天、军工、核反应、原子能领域。本次"神六"上使用的抗腐蚀性、耐高温的钛产品,其抗腐蚀性能远不如锆,其熔点1600度左右,而锆的熔点则在1800度以上,二氧化锆的熔点更是高达2700度以上,所以锆作为航空航天材料,其各方面的性能大大优越于钛。
理化参数
体积
  14.1立方厘米/摩尔
含量
  太阳中的含量:0.04
  海水中的含量:0.000009(微量元素
  地壳中含量:190(微量元素)
周期表参数
  相对原子质量[2]:91.224(2)
 
  原子序数:40
  质子数:40
  中子数:见“同位素”
  所属周期:5
  所属族数:IVB
  电子排布:[kr]4d^25s^2
同位素
  

同位素 丰度 半衰期 衰变模式 衰变能量
(MeV)
衰变产物
Zr-90(最长) 51.45 % 稳定      
Zr-91 11.22 % 稳定      
Zr-92 17.15 % 稳定      
Zr-93 人造 1.53×10^6年 β衰变 0.091 Nb
Zr-94 17.38 % 稳定      
Zr-95 2.8 % >3.8×10^19年 β衰变 3.350  

硬度
  莫氏硬度:4.5
氧化态
  主氧化态:+4
  其它:0、+1、 +2、 +3
晶包参数
  锆为六方晶胞 
  

参数 a b c α β γ
323.2 pm 323.2 pm 514.7 pm 90° 90° 120°

电离能
  数据来源[3]:
  

电离能 1th 2th 3th 4th 5th 6th 7th 8th 9th 10th
kJ /mol. 660 1267 2218 3313 7860 9500 11200 13800 15700 17500

溶沸点
  熔点: 1852℃ 
  沸点: 4377℃ 
密度
  密度: 6.49克/立方厘米

 
  元素英文名称:Zirconium
  相对原子质量:91.22
  核内质子数:40
  核外电子数:40
  核电核数:40
  质子质量:6.692E-26
  硫酸锆
  质子相对质量:40.28
  所属周期:5
  所属族数:IVB
  摩尔质量:91
  氢化物:ZrH4
  氧化物:ZrO₂
  最高价氧化物化学式:ZrO2
 
  密度:6.49
  熔点:1852.0
  沸点:4377.0
  外围电子排布:4d2 5s2
  核外电子排布:2,8,18,10,2
  颜色和状态:钢灰色金属
  原子半径:2.16
  常见化合价:+2,+3,+4
  元素来源:
  四氧化锆用镁还原可制得。
天然矿石
  含锆的天然硅酸盐矿石被成为锆石(zircon)或风信子石(hyacinth),广泛分布在自然界中。它们颜色美丽,被称为宝石。而目前生产锆的原料主要是锆英砂。
锆合金
  锆管头以锆为基体加入其他元素而构成的有色合金。主要合金元素有锡、铌、铁等。锆合金在300~400℃的高温高压水和蒸汽中有良好的耐蚀性能、适中的力学性能、较低的原子热中子吸收截面,对核燃料有良好的相容性,多用作水冷核反应堆的堆芯结构材料。此外,锆对多种酸、碱和盐有优良的抗蚀性,与氧、氮等气体有强烈的亲和力,因此锆合金也用于制造耐蚀部件和制药机械部件,在电真空和灯泡工业中被广泛用作非蒸散型消气剂。
  工业规模生产的锆合金有锆锡系和锆铌系两类。前者合金牌号有Zr-2、Zr-4,后者的典型代表是 Zr-2.5Nb 。在锆锡系合金中,合金元素锡、铁、铬、镍可提高材料的强度 、耐蚀性和耐蚀膜的导热性,降低表面状态对腐蚀的敏感性 。通常Zr-2合金用于沸水堆 ,Zr-4 合金用于压水堆 。在锆铌系合金中,铌的添加量达到使用温度下锆的晶体结构的固溶极限时,合金的耐蚀性最好。锆合金有同质异晶转变,高温下的晶体结构为体心立方,低温下为密排六方。锆合金塑性好,可通过塑性加工制成管材、板材、棒材和丝材;其焊接性也好,可用以进行焊接加工。
氧化锆
  氧氯化锆氧化锆(ZrO₂)自然界的氧化锆矿物原料,主要有斜锆石和锆英石。锆英石系火成岩深层矿物,颜色有淡黄、棕黄、黄绿等,比重4.6—4.7,硬度7.5,具有强烈的金属光泽,可为陶瓷釉用原料。纯的氧化锆是一种高级耐火原料,其熔融温度约为2900℃它可提高釉的高温粘度和扩大粘度变化的温度范围,有较好的热稳定性,其含量为2%-3%时,能提高釉的抗龟裂性能。还因它的化学惰性大,故能提高釉的化学稳定性和耐酸碱能力,还能起到乳浊剂的作用。在建筑陶瓷釉料中多使用锆英石,一般用量为8%—12%。并为“釉下白”的主要原料,氧化锆为黄绿色颜料良好的助色剂,若想获得较好的钒锆黄颜料必须选用质纯的氧化锆。
硅酸锆
  Zr(SiO4),折射率高1.93-2.01,化学稳定性能,是一种优质、价廉的乳浊剂,被广泛用于各种建筑陶瓷、卫生陶瓷、日用陶瓷、一级工艺品陶瓷等的生产中,在陶瓷釉料的加工生产中,使用范围广,应用量大。硅酸锆之所以在陶瓷生产中得以广泛应用,还因为其化学稳定性好,因而不受陶瓷烧成气氛的影响,且能显著改善陶瓷的坯釉结合性能,提高陶瓷釉面硬度。硅酸锆也在电视行业的彩色显像管、玻璃行业的乳化玻璃、搪瓷釉料生产中得到了进一步的应用。硅酸锆的熔点高:2500摄氏度,所以在耐火材料、玻璃窑炉锆捣打料、浇注料、喷涂料中也被广泛应用。
锆指数
  Zr index,后处理工艺中用来衡量溶剂降解程度的指标。95Zr是一种重要的裂片,降解后的溶剂对95Zr具有高选择性的保留作用,锆指数越大,溶剂降解越严重。锆指数(Z值)的测量方法是:反萃后有机相经氢氧化钠、水和硝酸洗涤后,用示踪量95Zr水相与之平衡,用3mol/L硝酸洗有机相3次,除去TBP萃取的95Zr。测定溶剂相中被保留的锆量,每109L溶剂保留的95Zr的摩尔数为溶剂的Z值。由于锆在水溶液中行为复杂,随测量条件不同,Z值会不同,因而常用不稳定系数来表征溶剂的稳定性: 戈德堡-霍格内斯盒。
锆的生产
制法
 
  工业上用四氧化锆用镁还原制纯锆。
生产
  锆产品的主要原料是锆英砂,全球90%的氧氯化锆(初级产品)的生产能力在中国。目前,国内锆的加工能力12万吨/年,实际产量在8万吨/年,85%以上出口,目前全球锆市场供不应求,目前锆的价格大约每吨250000元(2011年3月),而且价格仍在不断上涨。
锆的用途
 
  锆的热中子俘获截面小,有突出的核性能,是发展原子能工业不可缺少的材料,可作反应堆芯结构材料。锆粉在空气中易燃烧,可作引爆雷管及无烟火药。锆可用于优质钢脱氧去硫的添加剂,也是装甲钢、大炮用钢、不锈钢及耐热钢的组元。锆是镁合金的重要合金元素,能提高镁合抗拉强度和加工性能。锆还是铝镁合金的变质剂,能细化晶粒。二氧化锆和锆英石是耐火材料中最有价值的化合物。二氧化锆是新型陶瓷的主要材料,不可用作抗高温氧化的加热材料。二氧化锆可作耐酸搪瓷、玻璃的添加剂,能显著提高玻璃的弹性、化学稳定性及耐热性。锆英石的光反射性能强、热稳定性好,在陶瓷和玻璃中可作遮光剂使用。锆在加热时能大量地吸收氧、氢、氨等气体,是理想的吸气剂,如电子管中用锆粉作除气剂,用锆丝锆片作栅极支架、阳极支架等。
  粉末状铁与硝酸锆混合,可作闪光粉。金属锆几乎全部用作核反应堆中铀燃料元件的包壳。也用来制造照相用的闪光灯,以及耐腐蚀的容器和管道,特别是能耐盐酸硫酸。锆的化学药品可作聚合物的交联剂。
军事用途
  从军工上来看,钢里只要加进千分之一的锆,硬度和强度就会惊人地提高。含锆的装甲钢、大炮锻件钢、不锈钢和耐热钢等是制造装甲车、坦克、大炮和防弹板等武器的重要材料。
  从原子能和核能上来看,锆有突出的核能性,是发展原子能工业不可缺少的材料,我国的大型核电站普遍都用锆材,如果用核动力发电,每一百万千瓦的发电能力,一年就要消耗掉20到25吨金属锆。一艘三万马力的;核潜艇用锆和锆合金作核燃料的包套和压力管,锆的使用量达20至30吨
  锆是一种稀有金属,具有惊人的抗腐蚀性能、极高的熔点、超高的硬度和强度等特性,被广泛用在航空航天、军工、核反应、原子能领域。本次“神六”上使用的抗腐蚀性、耐高的钛产品,其抗腐蚀性能远不如锆,其熔点1600度左右,而锆的熔点则在1800度以上,二氧化锆的熔点更是高达2700度以上,所以锆作为航空航天材料,其各方面的性能大大优越于钛。
吸气剂
  在我们结识锂和钛的时候,知道它都有爱跟气体“交朋友”的怪脾气。锆也有这个脾气,它能强烈地吸收氮、氢、氧等气体。比方说,温度超过摄氏九百度,锆能猛烈地吸收氮气;在摄氏二百度的条件下,一百克金属锆能够吸收八百一十七升氢气,相当于铁的八十多万倍。锆的这个怪脾气,给冶炼它的工人师傅们造成了很大的麻烦,但是,在另外一些场合它又能给人们带来好处。比如在电真空工业中,人们广泛利用锆粉涂在电真空元件和仪表的阳极和其他受热部件的表面上,吸收真空管中的残余气体,制成高度真空的电子管和其他电真空仪表,从而提高它们的质量,延长它们的使用时间。
冶金作用
  锆还可以用做冶金工业的“维生素”,发挥它强有力的脱氧、除氮、去硫的作用。钢里只要加进千分之一的锆,硬度和强度就会惊人地提高;含锆的装甲钢、不锈钢和耐热钢等,是制造装甲车、坦克、大炮和防弹板等国防武器的重要材料。把锆掺进铜里,抽咸铜线,导电能力并不减弱,而熔点却大大提高,用做高压电线非常合适。含锆的锌镁合金,又轻又耐高温,强度是普通镁合金的两倍,可用到喷气发动机构件的制造上。
  另外,锆粉的特点是着火点低和燃烧速度快,可以用做起爆雷管的起爆药,这种高级雷管甚至在水下也能够爆炸。锆粉再加上氧化剂。这好比火上加油,燃烧起来强光眩目,是制造曳光弹和照明弹的好材料。
产量分布

  锆产品的主要原料是锆英砂,全球90%的氧氯化锆(初级产品)的生产能力在中国。目前,国内锆的加工能力12万吨/年,实际产量在8万吨/年,85%以上出口,目前全球锆市场供不应求,目前锆的价格大约每吨12000元,而且价格仍在不断上涨。
  含锆的天然硅酸盐矿石被成为锆石(zircon)或风信子石(hyacinth),广泛分布在自然界中。由于它们美丽的颜色,自古以来被称为宝石化学家很早就对锆石进行了分析,认为是含有和铁的氧化物。1789年,德国化学家克拉普罗特发表研究来自斯里兰卡锆石的报告中提到他发现了一种未知的独特而简单物质的氧化物,并提议称之为Zirconerde(锆土——氧化锆)。不久,法国化学家德毛沃和沃克兰两人都证实克拉普罗特的分析是正确的。Zirconerde的存在被肯定,元素得到zirconnium的命名,元素符号为Zr。


元素周期表