チタンの用途と用途

チタン産業チェーンは次の 4 つの部分に分けることができます。

1 チタン鉱石、ルチル等を一次選鉱し、物理的方法により高品位の精鉱を得る。

2 高純度の二酸化チタンは、濃縮物の処理と精製を通じて調製され、二酸化チタン産業で使用されます。

四酸化チタンを酸化・還元等して三塩化チタンを生成し、スポンジチタンを生成します。

4. スポンジチタンを鋳造して、チタンおよびチタン合金の製造に使用されるチタンインゴットの緻密な結晶構造を得る。

チタンスポンジ

チタンスポンジ

スポンジチタンとは、四塩化チタンをマグネシウムまたはナトリウムで還元して、純度98.5%-99.7%のスポンジチタンを得る方法を指します。 チタン産業の生産において最も重要な原料です。 スポンジチタンは金属チタンの一次製品の製造プロセスであり、工業用純チタンをさらに鋳造した後にチタンインゴットを得る必要があり、対応するチタンまたはチタン合金に加工できます。

スポンジチタンの作製：主にマグネシウムの加熱還元法（クロール法）、ナトリウム還元法（ハント法）、溶融塩電解法。 マグネシウム還元法の利点は、マグネシウムをリサイクルできることです。 比較すると、製品の品質は良く、金属不純物の含有量は低くなりますが、単一炉の生産能力は小さく、ナトリウムの消費量は多くなります。 そして、溶融塩電気分解はまだ半工業的な実験段階にあります。

二酸化チタンとその応用

二酸化チタン

科学的には二酸化チタン (TiO2) として知られる二酸化チタンは、優れた光学特性と顔料特性を備えた非常に安定した酸化物で、主に白色無機顔料として使用されます。 無毒で、最高の隠蔽力、最高の白色度、明るさを持ち、世界で最高の性能を持つ白色顔料とみなされており、塗料、プラスチック、製紙、印刷インキなどの業界で広く使用されています。化学繊維、ゴム、化粧品など。

中国の二酸化チタン応用地域 世界の二酸化チタン応用分布

硫酸および塩素化二酸化チタンの工業的生産方法：硫酸の生産技術は成熟しており、設備は単純ですが、欠点は生産プロセスと環境汚染が深刻であることです。 塩素化技術が進んでおり、生産能力が高く、製品品質が高く、白色度と粒度分布範囲が狭い。 同時に、塩素もリサイクルできますが、欠点は、原材料の要件が厳しすぎることです。原材料は、天然または合成のルチルと、TiO2 含有量が 90%-95% のチタンスラグでなければなりません。

二酸化チタンを製造するための硫酸プロセス

二酸化チタンの硫酸製造法

塩素化法による二酸化チタンの製造プロセス

塩素化法による二酸化チタンの製造プロセス

二酸化チタンには、ルチル、アナターゼ、板状の 3 つの結晶タイプがあります。 板状チタンタイプは工業用顔料として使用できず、主にアナターゼ型やルチル型二酸化チタンが使用されています。

ルチル型二酸化チタンは、高純度、微細で均一な粒子、良好な光学特性、強い屈折力、高い色消し力、強力な隠蔽力、低吸油性、水分散性などの利点を備えています。主にコーティング業界で使用されています。印刷インキ、化学繊維、ゴム、ガラス、化粧品、石鹸、プラスチック、製紙。 ルチル型二酸化チタンは、アナターゼ型二酸化チタンの利点だけでなく、より優れた耐候性と被覆力も備えており、主に高級工業用塗料、光沢のあるラテックス塗料、プラスチック、高い着色力とゴム材料の迅速な要求、高度な紙コーティングに使用されています。顔料の性能から見ると、中国における 2010 年の大半の製品表面のコーティング処理において、ルチル型二酸化チタンはアナターゼ型二酸化チタン、ルチル型二酸化チタンよりも優れています。 2010年、中国のルチル型二酸化チタンの総量は57％で、世界レベルの90％を大きく下回った。 将来的には、中国におけるルチル型二酸化チタンの割合はまだ改善の余地があります。

現在、二酸化チタン産業は 3 つの大きな調整を経験している。(1) 世界の二酸化チタン生産の伸びは比較的遅いが、アジア太平洋地域、特に中国の二酸化チタン生産の伸びは速く、世界の二酸化チタン産業はアジア-太平洋地域、特に中国の傾向の移行は明らかです。 (2) 二酸化チタンの性能の下流がより高い要求を打ち出すにつれて、二酸化チタンコーティングプロセスはあらゆる種類の特殊なタイプの二酸化チタンの重要な手段となり、二酸化チタン産業は一般品から一般品まで継続的に発展しています。製品。 特産品 (3) は発売されたばかりです。 二酸化チタンはアナターゼ型とルチル型の2種類に分けられ、アナターゼ型二酸化チタンは価格が高いため依然として市場シェアの一部を占めていますが、今後の発展傾向としてルチル型二酸化チタンを中心とした業界の業績は依然として優れています。 中国の二酸化チタン製品構成では、ルチル型二酸化チタンの割合が増加しており、約57％を占めているが、世界の90％にはまだ遠く及ばない。 中国の二酸化チタン製品構造は、ルチル型二酸化チタンの方向に積極的に発展しています。 要約すると、中国の二酸化チタン産業、特に特殊なルチル型二酸化チタンの見通しは依然として楽観的です。

チタンおよびチタン合金の応用

チタンは1950年代に開発された重要な金属構造であり、低密度、高比強度、良好な耐食性、低熱伝導率、非毒性および非磁性、溶接可能、生体適合性、表面装飾などを備えたチタン合金が広く使用されています。航空、宇宙、化学工業、石油、電力、医療、建設、スポーツ用品などの分野で。 世界の多くの国がチタン合金材料の重要性を認識し、研究開発が行われ、実用化されています。

チタンおよびチタン合金の応用分野

2011年、世界の民間航空消費の割合は46％に達し、保護チタンの割合は9％（主に軍用航空）、航空分野でのチタン消費の割合は50％を超えています。 産業用チタン消費の割合は43%、新興国市場でのチタン消費の割合は2%です。

チタン製品に対する地域の需要構造には明らかな違いがあります。

地域ごとのチタン製品の需要構造には明らかな違いがあります。 米国および欧州連合、特に米国では、航空宇宙・防衛産業におけるチタン製品の需要は航空宇宙・防衛産業で約50％を占めています。 日本では化学工業向けの工業用チタンが需要の大半を占めています。 日本チタン協会によると、航空宇宙産業は日本のチタン需要のわずか {{1​​}}% を占めています。 日本の状況と非常に似ており、チタン製品の需要のほとんどは化学およびエネルギー分野から来ており、航空宇宙分野はわずか 10% を占めています。 中国は世界最大のチタン生産国および消費国の一つとなったが、生産の多くはフレーム、ゴルフクラブ、または化学産業自体の耐食性配管に使用される低グレードのチタンに限られていた。 しかし、近年、アジアの航空宇宙分野で使用されるチタンの量は劇的に増加しており、チタン市場の将来が明るいことは明らかです。

世界のチタン消費構造 中国のチタン消費構造

航空宇宙

航空宇宙分野ではチタンは欧米諸国、特に米国に集中しており、この分野で使用されるチタン素材の60％を占めています。 アジア諸国の中でも、日本と中国はチタン分野にともに約10％を投資している。 しかし、近年、アジアの航空宇宙産業の急速な発展に伴い、航空宇宙分野におけるチタンの消費量は増加していきます。 世界的に見て、航空宇宙産業はチタン市場で極めて重要な位置を占めており、歴史的にチタン産業の変化は航空宇宙産業と密接な関係があります。

経済成長により新たな高い需要が加わり、2011年の世界のチタン生産量は1,480万トンに達し、そのうち民間航空用チタンは約640万トンであり、世界の航空輸送における将来の需要は依然として膨大であり、今後20年間で需要が見込まれています。新しい航空機は約300万機であり、同時に新しい航空機は古い航空機のチタン需要に応じて、20年以内に民間航空機のチタンの平均需要は40トン/フレームになると予想されます。 今後 20 年間で、世界の民間航空用チタン材料の需要は約 1 億 2,000 万トン、年平均成長率は約 17%、チタン材料の年間平均需要は 600 万トンになると予測されています。民間航空用チタン材料分野は急速な成長を遂げると考えられます。 軍用航空の分野にも新たなチャンスが生まれるだろう。 世界的な地政学的緊張と世界の軍事支出の増加により、軍用航空分野にも新たな需要が見込まれる。

民間航空機

航空機におけるチタン合金の主な用途は次のとおりです。

(1) 構造重量の軽減と構造効率の向上: 航空機の構造重量係数要件 (つまり、胴体の構造重量 / 通常の航空機の離陸重量) に対する高度な戦術技術の性能 (超音速航空機など) およびチタン合金構造用鋼や耐熱合金の代わりに、強力な鋼の特性に近い強度を持ちながら密度が小さいため、構造の重量が大幅に軽減されるだけでなく、コストも削減されます。 エンジンを例に挙げます。 統計によると、航空機エンジンの品質は 1 キログラムごとに 1 キログラム低下し、使用コストは約 220-440 ドル削減できることが示されています。

(2) 高温部品の使用要件: チタン合金は、Ti-6Al-4V など、350 度での長期作業に適した耐熱性を備えているため、高温部品（後部胴体など）は、アルミニウム合金の要件を満たさない高温性能の代替品として使用できます。 TC11は500度の長時間作業が可能で、エンジン内の加圧部品は使用可能です。高温合金やステンレス鋼の代替品です。

（3）複合構造とのマッチングの要件を満たす：重量を軽減し、ステルス要件を満たすために、先進的な航空機は多数の複合材料を使用しており、チタン合金と複合材料の強度と剛性がよりよく一致し、良好な強度を得ることができます。軽量化効果。 同時に、電位が近いため、ガルバニックカップリングの腐食が発生しにくいため、構造コンポーネントおよび留め具の対応する部分はチタン合金の使用に適しています。

(4) 高耐食性と長寿命の要件を満たす：チタン合金は高い疲労寿命と優れた耐食性を備えており、構造物の耐食性と寿命を向上させることができ、先進航空の高信頼性と長寿命の要件を満たします。エンジンの寿命。

軍用機

軍事兵器の開発と調達は軽量かつ柔軟な方向に発展し続けるでしょう。戦闘機の戦闘性能要件を満たすためには、高度な設計技術の使用に加えて、多数の航空機を使用することも必要です。優れた性能を持った素材と先進の技術・製造技術を駆使し、 。 数多くのチタン合金において、先進的なチタン合金の応用レベルを向上させることは重要な対策の一つです。 1960年代以降、外国の軍用機に使用されるチタンの量は年々増加しており、ヨーロッパと米国が設計したさまざまな種類の先進的な軍用戦闘機や爆撃機のチタン合金の量は20％以上で安定しており、その量は20％を超えて安定しています。新型モデルに使用されるチタン合金の比率は 20% 以上で安定しています。 消費が大幅な増加を占めました。

自動車産業

燃料消費量の削減と有害な廃棄物（CO2、NOX など）の排出量の削減は、自動車産業における技術進歩の主な推進力と方向性の 1 つとなっています。 研究によると、軽量化は燃料を節約し、汚染を軽減する効果的な手段であることがわかっています。 自動車の質量を 10% 削減すると、燃料消費量は 8%-10% 削減でき、排気ガスは 10% 削減できます。 走行においては、車両の加速性能が向上し、車両の安定性、騒音、振動が改善されます。 衝突安全性の観点から、車重が軽いと慣性が小さくなり、制動距離が短くなります。

アルミニウム、マグネシウム、チタンなどの軽量材料や、アルミニウム、マグネシウム、チタンなどの他の代替材料は、軽量化の好ましい方法です。 2009 年の世界の自動車におけるチタンの使用量は 3,000 トンに達しました。 自動車へのチタンの応用は長年の歴史があり、現在、ほとんどすべての自動車がチタンを使用しており、チタンを使用した日本の自動車は600トン以上あり、世界の自動車産業の発展に伴い、チタンを使用した自動車は依然として急速に増加しています。

チタンを使用する利点は次のとおりです。軽量化、燃料消費量の削減。 電力伝送効率を向上させ、ノイズを低減します。 振動を減らし、負荷を減らします。 車の耐久性と環境保護を向上させます。

医療産業

チタン製スプライスネジ チタンは医療分野で幅広い用途に使用されています。 チタンは人骨に近く、生体適合性があり、人体に有害な副作用がありません。 ヒューマンインプラントは人の生命と健康に密接に関わる特殊な機能性素材です。 他の金属材料と比較して、チタンおよびチタン合金の使用には次の利点があります。 1. 軽量。 弾性率が低い。 3. 非磁性; 4. 無毒。 5.耐食性; 6.高い強度と靭性。 外科用インプラントにおけるチタン合金の使用は、年間 5-7% の割合で増加しています。 チタンおよびチタン合金の大腿骨、股関節、上腕骨、頭蓋骨、膝関節、肘関節、肩関節、中手指節関節、顎および弁、心臓、腎臓分化膜、血管拡張剤、添え木、プロテーゼ、締め付けネジの製造は人体に移植されます数百点の金属部品を開発し、高い成果を上げ、医学界で高い評価を得ています。

化学工業

チタンは優れた耐食性、機械的特性、プロセス性能を備えており、国民経済の多くの分野で広く使用されています。 特に化学生産においては、ステンレス鋼の代わりにチタン、ニッケル基合金、その他のレアメタルが耐食性材料として使用されます。 これは、生産量の増加、製品の品質の向上、設備の耐用年数の延長、消費量の削減、エネルギー消費の削減、コストの削減、汚染の防止、労働条件の改善、労働生産性の向上にとって非常に重要です。

チタンは化学装置の主要な防食材料の 1 つであり、化学プラントでの耐食性を確立しています。 チタンは化学装置の理想的な材料としてだけでなく、エンジニアや技術者の間でもますます注目を集めています。

長年にわたる普及促進の後、チタンとその合金は優れた耐食性材料として化学生産に広く使用されています。 チタン装置の用途は、当初のソーダ灰、苛性ソーダ工業から、塩素酸塩、塩化アンモニウム、尿素、有機合成、染料、無機塩、農薬、合成繊維、肥料、ファインケミカル工業などに広がっており、その種類も多岐にわたります。小型・単機から大型・多様化した設備が開発されています。

調査結果では、チタン熱交換器が57％、チタンアノードが20％、チタン容器が16％、その他が7％となっています。 「２つの拠点」を持つ化学業界において、化学装置用チタン熱交換器の納入量は最多。

近年、中国のチタン素材生産技術は急速に進歩しており、航空宇宙用チタ​​ン、軍事用チタン、車両用チタンなど非常に急速な成長を遂げており、特に航空宇宙分野では化学産業に追いつく傾向にある。 。 全体として、チタン技術を含む化学産業は小規模で付加価値の低い製品であり、チタンを使用する化学産業の割合は徐々に減少するはずです。

海洋工学

科学技術の発展と陸上資源の減少に伴い、人類の発展と海洋の利用が課題となっています。 チタンは海水耐食性に優れており、海水淡水化、船舶、海洋熱エネルギー開発、海底資源採掘などの分野で広く使用されています。

砕氷船では、中国は 1960 年代からチタンおよびチタン合金の船舶および海洋工学機器への応用を研究し始め、多くの研究を行って、基本的に、砕氷船用のチタン合金の多くのグレード、異なる特性、完全な仕様を形成しました。船。 システム。 チタンおよびチタン合金自体の特性により、船舶や海洋機器の用途において独特の利点があり、原子力潜水艦、潜水艦、原子力砕氷船、水中翼船、ホバークラフト、掃海艇およびプロペラ、海水、復水器、熱交換器、および海水などに広く使用されています。すぐ。

船舶用途における現在の中国におけるチタンの使用量は非常に少なく、船舶の総重量の 1% 未満を占めています。

船舶および海洋工学機器分野におけるチタンおよびチタン合金は、大きな発展の可能性を秘めています。 また、海水淡水化および沿岸発電所では、中国の現在の海水淡水化および沿岸発電所市場の需要は膨大であるため、チタン合金のコストをさらに削減し、製品の品質の安定性を向上させるために、チタン合金市場の用途は非常に広範囲になると考えられます。 。 とても広いです。

日常生活

チタンは日常生活の中で非常に広く使われており、ゴルフヘッド、自転車のフレーム、テニスラケット、車椅子、眼鏡のフレームなど、あらゆるところにチタンが応用されています。

スポーツシーンで使用されるチタンの軽量・高強度の特性をもとに、初期のテニスラケットからバドミントンラケットへと徐々にゴルフクラブやスポーツカーレースへと広がりを見せてきました。 2008 年の中国のレジャースポーツ消費はチタンの総消費量の 13% を占め、ゴルフクラブとシャフトに使用されたチタンの量はわずか 1,{3}} トンでした。 チタン製の自転車フレームも非常に人気があり、50 社近くの企業がチタン製自転車を製造しており、米国はチタン製自転車の最大の生産国および消費国となっています。 チタンは軽量な特性を生かしてメガネフレームに使用され、皮膚アレルギーを起こしにくいこと、陽極酸化処理後のチタン表面はカラフルな効果が得られることから、1980年代からフレームに使用されてきました。