钛的传说与现实

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  仅仅在二十年前,钛还被人们视作一种充满神秘气息的金属。它只出现在科幻作品中,象征着精锐和先进:钛战机称霸宇宙,钛铠甲刀枪不入,钛战舰摧枯拉朽,钛城堡固若金汤……人们总感到,虽然很早就认识了钛,但钛距离现代人们的生活实在太遥远,遥远得就好像在童话中的很久很久以前,很远很远的地方……
  二十年过去了,如今的钛市场让那些现在还健在的科幻大师们捶胸顿足,感叹自己的过时:火车拉着整车皮的钛材来回奔波,大块的钛材和钢材一样堆放在货场上,小块的钛制品进入了乡镇的工艺品店……刚刚会认字的小孩子,在放学路上像买菜一样讨价还价地买了一块钛玩具,回家翻开自己的第一本科幻小说,阅读着其中对钛神秘的描写,越看越感觉不对头,不禁低头看看自己刚买的玩具:这真的是钛制的吗?该不会是假货吧?
  虽然在科幻故事中,钛被描述得无坚不摧、轻盈无比,但现实中的钛,坚硬程度还不如大多数钢材,重量也约超过钢材的一半。不过,与有上千年研究史的钢相比,钛合金的研究才刚刚开始,我们随时有可能看到发明高强度钛合金的新闻。尽管如此,钛的硬度毕竟是铝合金的两倍,在要求重量轻的场合,还是很有用的。
  不过,科幻故事中钛亮晶晶、永不腐蚀的特点,倒没有言过其实——我们不可能看到身边的钛材生锈,那需要等待上亿年!这也意味着,钛制品有千万年的使用寿命。因为这个特性,钛制品将逐步代替我们身边的其他金属制品。一口铁锅十几年就要买新的了,一口铝锅也只能用上二三十年,而一口高质量的钛锅,则可能作为传家宝代代流传下去。千万年之后,我们的后代们还将发掘大量我们这个时代的钛文物呢!
  钛,金属,原子序数22,在地表元素中含量千分之六,排名第十。1795年,人类第一次发现钛,但直到1947年,才第一次在工厂里提炼出钛,全球年产量只有2吨,1955年产量增加到2万吨,1972年增长到20万吨。后来,由于军备竞赛的停止,各国政府停止投巨资炼钛,使钛产量落入一个极低点。
  在炼钛的早期,钛被看作是一种贵金属,而且只在国家管制下少量生产。每年,航天、潜水、染料和军事,就消耗了钛的所有产量,根本没有多余的钛材投放市场。直到20世纪90年代,普通老百姓也很难在市场上看见钛材。对当时的大多数人来说,钛只是存在于新闻上的材料,顶多在医院里用到。
  为什么钛曾经如此昂贵呢?因为早期炼钛使用的化学反应成本很高。早期炼钛的方法被称作克罗尔法,这种方法是首先将氧化钛氯化,生成四氯化钛,然后用镁进行还原反应,产生出纯钛。这种方法虽然简单,但需要消耗镁——镁可不便宜!早期的钛厂为大量的镁买单,因此钛价居高不下,根本不是普通消费者所能接受的。
  为了能将钛普及,人们一直在研究低价炼钛的方法。直到最近几年,人们才取得一些技术上的突破。
  现在推行最广的炼钛方法被称作FFC剑桥法。用这种方法炼钛,首先熔化氯化钙,然后将金红石矿石(主要成分是二氧化钛)粉末投入熔盐,并通上电极。在熔盐中,通过电解,氧被富集到阳极排出,而纯钛则被富集到阴极上。
  相比旧方法,新工艺可以降低大部分成本,生产速度更快(因为电解比还原反应来得快),而且可以通过混合投放的矿石直接生产钛合金。正是由于价格的降低,炼钛,作为一个全新的产业,正在世界各国迅速崛起。
  在攀枝花特大钛矿被发现后,中国一跃成为钛矿大国,成立了宝鸡钛厂、遵义钛厂等大型钛厂,迅速扩大市场上的钛产量。在炼钛发展得如火如荼的今天,每个月的钛产量、钛价格都在变化。到2009年年底,钛的价格大约是钢的30倍,铝的6倍。这个价格已经可以被许多民用产品所接受:高档文具玩具,电子产品,高档炊具,医疗用品……在这些用料量不大的产品上,并不介意使用一点点钛来代替钢。民用钛的普及扩大了钛材的市场,进一步拉动了钛产量的增长。
  远在天边的钛,正一步一步走到我们面前。数年之内,我们必将看到钛在我们身边越来越多,成为日常生活中随处可见的一部分。
  其实,这在化工史上并非孤例。比如说铝,在刚刚可以炼铝的时代,铝是人们心目中昂贵、梦幻的金属。当时,比纯金勋章更高档的,是铝制勋章;比黄金王冠更奢华的,是铝制王冠。对于现在用铝制作窗框、笔杆、饭锅的我们来说,当时那些头戴铝冠的国王(如拿破仑三世)的造型,未免太可笑了些。也许,同样的事情也将发生在我们身上——我们的下一代,甚至我们的弟弟妹妹们,在看到曾有作者创作的科幻故事中神奇、贵重的钛,是否会笑出声来呢?
  编辑/杨明珠
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