東京研究人員開發(fā)的一種新方法大大降低了生產(chǎn)低氧鈦的成本，一旦釔污染問題得到解決，有望更廣泛的工業(yè)應(yīng)用。
鈦是地殼中含量第九大的元素，但由于從鈦礦石中提取氧氣的成本很高，用純鈦制成的產(chǎn)品很少。降低這些成本可以促使制造商在產(chǎn)品中更廣泛地利用鈦的有益特性。
現(xiàn)在，在最近發(fā)表在《自然通訊》上的一項(xiàng)研究中，東京大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究所的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種程序，可以降低生產(chǎn)幾乎完全無(wú)氧鈦的成本。這種脫氧方案可能有利于技術(shù)發(fā)展和環(huán)境可持續(xù)性。
一、關(guān)于金屬鈦的一生
發(fā)現(xiàn)：
1791 年，威廉·格雷戈?duì)枺ㄓ?guó)牧師和礦物學(xué)家）發(fā)現(xiàn)了鈦。此外，威廉·格雷戈?duì)柍錾谑フQ節(jié)（1761 年 12 月 25 日），并于 1817 年 6 月 11 日死于肺結(jié)核。最重要的是，威廉·格雷戈?duì)栂矚g研究礦物作為一種愛好，并將這種元素命名為“Menachanite”。然而，鈦的名字在重新發(fā)現(xiàn)后被歸功于 Martin Heinrich Klaproth。
命名：
Martin Heinrich Klaproth（德國(guó)化學(xué)家）以希臘神話中的泰坦命名鈦元素。此外，克拉普羅斯還發(fā)現(xiàn)了其他元素，如鈾、鋯和鈰。克拉普羅斯生于 1743 年 12 月 1 日，于 1817 年 1 月 1 日元旦去世，享年 73 歲。
生產(chǎn)：
來(lái)自新西蘭奧克蘭的冶金學(xué)家 Matthew Hunter在 1910 年生產(chǎn)了第一顆純鈦。另一方面，Matthew Hunter 采用一種稱為 Hunter Process 的技術(shù)生產(chǎn)了 99.9% 的純鈦。該工藝包括在溫度為 1,000°C 的間歇反應(yīng)器中用鈉還原四氯化鈦。
鈦在 1950 年代首次被引入外科手術(shù)，并成為假肢的首選金屬。為此，鈦突然成為生物醫(yī)學(xué)植入物的重要組成部分。鈦的抗腐蝕特性使其對(duì)人體具有“生物相容性” 。
鈦的主要用途之一是用于航空航天或飛機(jī)，其中必須使用堅(jiān)固、輕便和無(wú)腐蝕性的材料。由于其對(duì)海水的抵抗力，它也是船舶的理想選擇。鈦的腐蝕速度非常慢，在海水中需要一千年以上才能開始腐蝕。
二、鈦的生產(chǎn)挑戰(zhàn)
鈦的成本
鈦是一種用途廣泛的材料，因?yàn)樗粌H能抵抗化學(xué)損傷，而且堅(jiān)固而輕便。例如，與其他金屬相比，它的重量輕，這就是為什么現(xiàn)代iPhone的基本框架由鈦合金組成，盡管成本增加了。
鈦的成本約為每磅 30 美元，使其比其他金屬貴，主要是因?yàn)樗南∮行院蛨?jiān)硬的制造程序。然而，白金仍然比鈦貴。
不幸的是，生產(chǎn)超純鈦比制造鋼（鐵合金）和鋁要昂貴得多，因?yàn)樵谥苽涓呒兌肉伒倪^(guò)程中需要大量的能源和資源。開發(fā)一種廉價(jià)、簡(jiǎn)單的方法來(lái)制備它，并促進(jìn)工業(yè)和普通消費(fèi)者的產(chǎn)品開發(fā)，是研究人員試圖解決的問題。
創(chuàng)新除氧技術(shù)
該研究的主要作者Toru H. Okabe解釋說(shuō)：“工業(yè)大量生產(chǎn)鐵和鋁金屬，但不是鈦金屬，因?yàn)閺牡V石中去除氧氣的費(fèi)用很高。我們使用了一種基于稀土金屬的創(chuàng)新技術(shù)，可以將鈦中的氧氣去除到每質(zhì)量0.02%。”
研究人員方案中的一個(gè)關(guān)鍵步驟是將熔融鈦與金屬釔和三氟化釔或類似物質(zhì)反應(yīng)。最終的結(jié)果是低成本、固體、脫氧鈦合金。反應(yīng)后的釔可循環(huán)再用。研究人員工作的一個(gè)亮點(diǎn)是，即使是含有大量氧氣的鈦廢料也可以用這種方式處理。
“我們對(duì)協(xié)議的多功能性感到興奮，”Toru H. Okabe說(shuō)。“缺乏中間化合物和簡(jiǎn)單的程序?qū)⒂兄谠诠I(yè)上采用。”
從環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的角度來(lái)看，降低鈦的氧含量至0.02%本身并不直接導(dǎo)致顯著的環(huán)境問題。然而，這種變化可能會(huì)促使工業(yè)界尋找更高效的生產(chǎn)方法來(lái)處理和使用這種低氧含量的鈦合金，這可能會(huì)間接影響環(huán)境。例如，為了達(dá)到所需的低氧含量，可能需要采用更先進(jìn)的技術(shù)或更嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施，這些措施可能會(huì)帶來(lái)額外的能源消耗和廢物產(chǎn)生。
這項(xiàng)工作是比目前更有效地利用高純度鈦的重要一步。該研究的局限性在于，所得的去氧鈦含有高達(dá)1%的釔，這可能會(huì)影響鈦合金的機(jī)械和化學(xué)性能。解決釔污染問題后，將其應(yīng)用于工業(yè)制
目前市場(chǎng)上低氧鈦的主要應(yīng)用領(lǐng)域有哪些？
目前市場(chǎng)上低氧鈦的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括以下幾個(gè)方面：
航空航天領(lǐng)域：低氧鈦鎳合金在航空航天工程中廣泛應(yīng)用，具有優(yōu)異的力學(xué)性能、高溫強(qiáng)度和耐腐蝕性能，因此在不同部件中扮演著重要角色。此外，低溫鈦合金也初步應(yīng)用于液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，主要作為氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)儲(chǔ)氫罐、氫泵葉輪等結(jié)構(gòu)材料。
新能源領(lǐng)域：低氧鈦在新能源領(lǐng)域也有應(yīng)用
能源和化工領(lǐng)域：低氧鈦鎳合金在能源和化工等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用
生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：新型高性能Ti-O-Fe合金有望在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域獲得應(yīng)用
文章來(lái)源： 真誠(chéng)蘋果YF，熙瀚認(rèn)知 ，ScitechDaily
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鈦是地殼中含量第九大的元素，但由于從鈦礦石中提取氧氣的成本很高，用純鈦制成的產(chǎn)品很少。降低這些成本可以促使制造商在產(chǎn)品中更廣泛地利用鈦的有益特性。
現(xiàn)在，在最近發(fā)表在《自然通訊》上的一項(xiàng)研究中，東京大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究所的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種程序，可以降低生產(chǎn)幾乎完全無(wú)氧鈦的成本。這種脫氧方案可能有利于技術(shù)發(fā)展和環(huán)境可持續(xù)性。
一、關(guān)于金屬鈦的一生
發(fā)現(xiàn)：
1791 年，威廉·格雷戈?duì)枺ㄓ?guó)牧師和礦物學(xué)家）發(fā)現(xiàn)了鈦。此外，威廉·格雷戈?duì)柍錾谑フQ節(jié)（1761 年 12 月 25 日），并于 1817 年 6 月 11 日死于肺結(jié)核。最重要的是，威廉·格雷戈?duì)栂矚g研究礦物作為一種愛好，并將這種元素命名為“Menachanite”。然而，鈦的名字在重新發(fā)現(xiàn)后被歸功于 Martin Heinrich Klaproth。
命名：
Martin Heinrich Klaproth（德國(guó)化學(xué)家）以希臘神話中的泰坦命名鈦元素。此外，克拉普羅斯還發(fā)現(xiàn)了其他元素，如鈾、鋯和鈰。克拉普羅斯生于 1743 年 12 月 1 日，于 1817 年 1 月 1 日元旦去世，享年 73 歲。
生產(chǎn)：
來(lái)自新西蘭奧克蘭的冶金學(xué)家 Matthew Hunter在 1910 年生產(chǎn)了第一顆純鈦。另一方面，Matthew Hunter 采用一種稱為 Hunter Process 的技術(shù)生產(chǎn)了 99.9% 的純鈦。該工藝包括在溫度為 1,000°C 的間歇反應(yīng)器中用鈉還原四氯化鈦。
鈦在 1950 年代首次被引入外科手術(shù)，并成為假肢的首選金屬。為此，鈦突然成為生物醫(yī)學(xué)植入物的重要組成部分。鈦的抗腐蝕特性使其對(duì)人體具有“生物相容性” 。
鈦的主要用途之一是用于航空航天或飛機(jī)，其中必須使用堅(jiān)固、輕便和無(wú)腐蝕性的材料。由于其對(duì)海水的抵抗力，它也是船舶的理想選擇。鈦的腐蝕速度非常慢，在海水中需要一千年以上才能開始腐蝕。
二、鈦的生產(chǎn)挑戰(zhàn)
鈦的成本
鈦是一種用途廣泛的材料，因?yàn)樗粌H能抵抗化學(xué)損傷，而且堅(jiān)固而輕便。例如，與其他金屬相比，它的重量輕，這就是為什么現(xiàn)代iPhone的基本框架由鈦合金組成，盡管成本增加了。
鈦的成本約為每磅 30 美元，使其比其他金屬貴，主要是因?yàn)樗南∮行院蛨?jiān)硬的制造程序。然而，白金仍然比鈦貴。
不幸的是，生產(chǎn)超純鈦比制造鋼（鐵合金）和鋁要昂貴得多，因?yàn)樵谥苽涓呒兌肉伒倪^(guò)程中需要大量的能源和資源。開發(fā)一種廉價(jià)、簡(jiǎn)單的方法來(lái)制備它，并促進(jìn)工業(yè)和普通消費(fèi)者的產(chǎn)品開發(fā)，是研究人員試圖解決的問題。
創(chuàng)新除氧技術(shù)
該研究的主要作者Toru H. Okabe解釋說(shuō)：“工業(yè)大量生產(chǎn)鐵和鋁金屬，但不是鈦金屬，因?yàn)閺牡V石中去除氧氣的費(fèi)用很高。我們使用了一種基于稀土金屬的創(chuàng)新技術(shù)，可以將鈦中的氧氣去除到每質(zhì)量0.02%。”
研究人員方案中的一個(gè)關(guān)鍵步驟是將熔融鈦與金屬釔和三氟化釔或類似物質(zhì)反應(yīng)。最終的結(jié)果是低成本、固體、脫氧鈦合金。反應(yīng)后的釔可循環(huán)再用。研究人員工作的一個(gè)亮點(diǎn)是，即使是含有大量氧氣的鈦廢料也可以用這種方式處理。
“我們對(duì)協(xié)議的多功能性感到興奮，”Toru H. Okabe說(shuō)。“缺乏中間化合物和簡(jiǎn)單的程序?qū)⒂兄谠诠I(yè)上采用。”
從環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的角度來(lái)看，降低鈦的氧含量至0.02%本身并不直接導(dǎo)致顯著的環(huán)境問題。然而，這種變化可能會(huì)促使工業(yè)界尋找更高效的生產(chǎn)方法來(lái)處理和使用這種低氧含量的鈦合金，這可能會(huì)間接影響環(huán)境。例如，為了達(dá)到所需的低氧含量，可能需要采用更先進(jìn)的技術(shù)或更嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施，這些措施可能會(huì)帶來(lái)額外的能源消耗和廢物產(chǎn)生。
這項(xiàng)工作是比目前更有效地利用高純度鈦的重要一步。該研究的局限性在于，所得的去氧鈦含有高達(dá)1%的釔，這可能會(huì)影響鈦合金的機(jī)械和化學(xué)性能。解決釔污染問題后，將其應(yīng)用于工業(yè)制
目前市場(chǎng)上低氧鈦的主要應(yīng)用領(lǐng)域有哪些？
目前市場(chǎng)上低氧鈦的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括以下幾個(gè)方面：
航空航天領(lǐng)域：低氧鈦鎳合金在航空航天工程中廣泛應(yīng)用，具有優(yōu)異的力學(xué)性能、高溫強(qiáng)度和耐腐蝕性能，因此在不同部件中扮演著重要角色。此外，低溫鈦合金也初步應(yīng)用于液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，主要作為氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)儲(chǔ)氫罐、氫泵葉輪等結(jié)構(gòu)材料。
新能源領(lǐng)域：低氧鈦在新能源領(lǐng)域也有應(yīng)用
能源和化工領(lǐng)域：低氧鈦鎳合金在能源和化工等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用
生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：新型高性能Ti-O-Fe合金有望在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域獲得應(yīng)用
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