东京大学团队解决钇污染难题，实现低成本生产低氧钛 - 资讯中心 - 橡机资讯

东京研究人员开发的一种新方法大大降低了生产低氧钛的成本，一旦钇污染问题得到解决，有望更广泛的工业应用。

钛是地壳中含量第九大的元素，但由于从钛矿石中提取氧气的成本很高，用纯钛制成的产品很少。降低这些成本可以促使制造商在产品中更广泛地利用钛的有益特性。

现在，在最近发表在《自然通讯》上的一项研究中，东京大学工业科学研究所的研究人员已经开发出一种程序，可以降低生产几乎完全无氧钛的成本。这种脱氧方案可能有利于技术发展和环境可持续性。

一、关于金属钛的一生

发现：
1791 年，威廉·格雷戈尔（英国牧师和矿物学家）发现了钛。此外，威廉·格雷戈尔出生于圣诞节（1761 年 12 月 25 日），并于 1817 年 6 月 11 日死于肺结核。最重要的是，威廉·格雷戈尔喜欢研究矿物作为一种爱好，并将这种元素命名为“Menachanite”。然而，钛的名字在重新发现后被归功于 Martin Heinrich Klaproth。

命名：
Martin Heinrich Klaproth（德国化学家）以希腊神话中的泰坦命名钛元素。此外，克拉普罗斯还发现了其他元素，如铀、锆和铈。克拉普罗斯生于 1743 年 12 月 1 日，于 1817 年 1 月 1 日元旦去世，享年 73 岁。

生产：
来自新西兰奥克兰的冶金学家 Matthew Hunter在 1910 年生产了第一颗纯钛。另一方面，Matthew Hunter 采用一种称为 Hunter Process 的技术生产了 99.9% 的纯钛。该工艺包括在温度为 1,000°C 的间歇反应器中用钠还原四氯化钛。

钛在 1950 年代首次被引入外科手术，并成为假肢的首选金属。为此，钛突然成为生物医学植入物的重要组成部分。钛的抗腐蚀特性使其对人体具有“生物相容性” 。

钛的主要用途之一是用于航空航天或飞机，其中必须使用坚固、轻便和无腐蚀性的材料。由于其对海水的抵抗力，它也是船舶的理想选择。钛的腐蚀速度非常慢，在海水中需要一千年以上才能开始腐蚀。

二、钛的生产挑战

钛的成本
钛是一种用途广泛的材料，因为它不仅能抵抗化学损伤，而且坚固而轻便。例如，与其他金属相比，它的重量轻，这就是为什么现代iPhone的基本框架由钛合金组成，尽管成本增加了。

钛的成本约为每磅 30 美元，使其比其他金属贵，主要是因为它的稀有性和坚硬的制造程序。然而，白金仍然比钛贵。

不幸的是，生产超纯钛比制造钢（铁合金）和铝要昂贵得多，因为在制备高纯度钛的过程中需要大量的能源和资源。开发一种廉价、简单的方法来制备它，并促进工业和普通消费者的产品开发，是研究人员试图解决的问题。

创新除氧技术
该研究的主要作者Toru H. Okabe解释说：“工业大量生产铁和铝金属，但不是钛金属，因为从矿石中去除氧气的费用很高。我们使用了一种基于稀土金属的创新技术，可以将钛中的氧气去除到每质量0.02%。”

研究人员方案中的一个关键步骤是将熔融钛与金属钇和三氟化钇或类似物质反应。最终的结果是低成本、固体、脱氧钛合金。反应后的钇可循环再用。研究人员工作的一个亮点是，即使是含有大量氧气的钛废料也可以用这种方式处理。

“我们对协议的多功能性感到兴奋，”Toru H. Okabe说。“缺乏中间化合物和简单的程序将有助于在工业上采用。”

从环境风险的角度来看，降低钛的氧含量至0.02%本身并不直接导致显著的环境问题。然而，这种变化可能会促使工业界寻找更高效的生产方法来处理和使用这种低氧含量的钛合金，这可能会间接影响环境。例如，为了达到所需的低氧含量，可能需要采用更先进的技术或更严格的质量控制措施，这些措施可能会带来额外的能源消耗和废物产生。

这项工作是比目前更有效地利用高纯度钛的重要一步。该研究的局限性在于，所得的去氧钛含有高达1%的钇，这可能会影响钛合金的机械和化学性能。解决钇污染问题后，将其应用于工业制

目前市场上低氧钛的主要应用领域有哪些？

目前市场上低氧钛的主要应用领域包括以下几个方面：

航空航天领域：低氧钛镍合金在航空航天工程中广泛应用，具有优异的力学性能、高温强度和耐腐蚀性能，因此在不同部件中扮演着重要角色。此外，低温钛合金也初步应用于液体火箭发动机领域，主要作为氢氧发动机储氢罐、氢泵叶轮等结构材料。

新能源领域：低氧钛在新能源领域也有应用

能源和化工领域：低氧钛镍合金在能源和化工等领域有广泛的应用

生物医学领域：新型高性能Ti-O-Fe合金有望在生物医学领域获得应用

文章来源：真诚苹果YF，熙瀚认知，ScitechDaily
原文链接：https://www.xianjichina.com/special/detail_551024.html
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