Utilisations et applications du titane

La chaîne industrielle du titane peut être divisée en quatre parties suivantes :

1 Valorisation primaire du minerai de titane, du rutile, etc., et obtention de concentrés de qualité supérieure par des méthodes physiques.

2 Le dioxyde de titane de haute pureté est préparé par le traitement et la purification de concentrés et utilisé dans l'industrie du dioxyde de titane.

Le tétraoxyde de titane produit du trichlorure de titane par oxydation, réduction et autres processus pour produire une éponge de titane

4. Coulée d'une éponge de titane pour obtenir une structure cristalline dense de lingots de titane, utilisée dans la production de titane et d'alliages de titane.

Éponge en titane

Éponge en titane

L'éponge de titane fait référence à la réduction du tétrachlorure de titane avec du magnésium ou du sodium pour obtenir une éponge de titane d'une pureté de 98,5 %-99,7 %. C'est la matière première la plus importante dans la production de l'industrie du titane. L'éponge de titane est un processus de production de métal de titane de produits primaires, qui nécessite d'obtenir un lingot de titane après une coulée ultérieure de titane pur industriel et peut être transformé en titane ou alliage de titane correspondant.

Préparation de l'éponge de titane : principalement méthode de réduction thermique du magnésium (méthode Kroll), méthode de réduction du sodium (méthode Hunt) et électrolyse aux sels fondus. L’avantage de la méthode de réduction du magnésium est que le magnésium peut être recyclé. En comparaison, la qualité du produit est meilleure et la teneur en impuretés métalliques est inférieure, mais la capacité de production d'un seul four est plus petite et la consommation de sodium est plus importante. Et l’électrolyse aux sels fondus en est encore au stade expérimental semi-industriel.

Dioxyde de titane et son application

Le dioxyde de titane

Le dioxyde de titane, scientifiquement connu sous le nom de dioxyde de titane (TiO2), est un oxyde très stable doté d'excellentes propriétés optiques et pigmentaires, principalement utilisé comme pigments inorganiques blancs. Il est non toxique, a le meilleur pouvoir couvrant, la meilleure blancheur et luminosité, et est considéré comme un pigment blanc avec les meilleures performances au monde, largement utilisé dans les industries du revêtement, des plastiques, de la fabrication du papier, de l'encre d'imprimerie, fibres chimiques, caoutchouc, cosmétiques, etc.

Domaines d'application du dioxyde de titane en Chine Distribution mondiale des applications du dioxyde de titane

Méthodes de production industrielle d'acide sulfurique et de chloration du dioxyde de titane : la technologie de production d'acide sulfurique est un équipement simple et mature, mais l'inconvénient est que le processus de production et la pollution de l'environnement sont graves ; la technologie de chloration est avancée, la grande capacité de production, la qualité élevée des produits, la plage de distribution de la blancheur et de la taille des particules sont étroites. Dans le même temps, le chlore peut également être recyclé, l'inconvénient est que les exigences en matière de matières premières sont trop strictes, la matière première doit être du rutile naturel ou synthétique et des scories de titane avec une teneur en TiO2 de 90 %-95 %.

Procédé à l'acide sulfurique pour la production de dioxyde de titane

Processus de production d'acide sulfurique du dioxyde de titane

Processus de production de dioxyde de titane par méthode de chloration

Processus de production de dioxyde de titane par méthode de chloration

Le dioxyde de titane possède trois types de cristaux : rutile, anatase et plaque. Le type plaque de titane ne peut pas être utilisé comme pigment dans l'industrie, les principaux pigments utilisés sont l'anatase et le dioxyde de titane rutile.

Le dioxyde de titane rutile présente les avantages d'une grande pureté, de particules fines et uniformes, de bonnes propriétés optiques, d'un fort pouvoir réfractif, d'un pouvoir achromatique élevé, d'un fort pouvoir masquant, d'une faible absorption d'huile, d'une dispersion dans l'eau, etc. Il est principalement utilisé dans les industries du revêtement, encre d'imprimerie, fibres chimiques, caoutchouc, verre, cosmétiques, savon, plastiques et fabrication du papier. Le dioxyde de titane rutile présente non seulement les avantages du dioxyde de titane anatase, mais possède également un meilleur pouvoir de résistance aux intempéries et de couverture, principalement utilisé dans les peintures industrielles de haute qualité, les peintures au latex brillantes, les plastiques, un pouvoir colorant élevé et une exigence rapide de matériaux en caoutchouc, un revêtement de papier avancé. du point de vue des performances du pigment, le dioxyde de titane rutile est supérieur au dioxyde de titane anatase, le dioxyde de titane rutile dans la surface du produit pour le traitement de revêtement de la majeure partie de l'année 2010 en Chine. En 2010, la quantité totale de dioxyde de titane rutile en Chine était de 57 %, bien en dessous du niveau mondial de 90 %. À l’avenir, la proportion de dioxyde de titane rutile en Chine pourrait encore être améliorée.

À l'heure actuelle, l'industrie du dioxyde de titane connaît trois ajustements majeurs : (1) la croissance de la production mondiale de dioxyde de titane est relativement lente, tandis que la région Asie-Pacifique, en particulier la croissance de la production de dioxyde de titane en Chine, est plus rapide, l'industrie mondiale du dioxyde de titane en Asie -La région Pacifique, en particulier le transfert de tendance par la Chine, est évident ; (2) avec l'aval des performances du dioxyde de titane pour proposer une demande plus élevée, le processus de revêtement de dioxyde de titane est devenu un moyen important pour toutes sortes de types spéciaux de dioxyde de titane, l'industrie du dioxyde de titane se développe continuellement des produits généraux aux produits ordinaires. des produits. Des produits de spécialités (3) viennent d'être lancés ; le dioxyde de titane est divisé en deux types : anatase et rutile, le dioxyde de titane anatase occupe toujours une partie de la part de marché en raison de son prix plus élevé, mais la performance de l'industrie avec le dioxyde de titane rutile en tant que tendance de développement future est toujours excellente. Dans la structure des produits chinois en dioxyde de titane, la proportion de dioxyde de titane rutile augmente, représentant environ 57 %, mais reste bien inférieure à la proportion de 90 % dans le monde. La structure des produits chinois en dioxyde de titane se développe activement dans le sens du dioxyde de titane rutile. En résumé, l'industrie chinoise du dioxyde de titane, en particulier les perspectives du dioxyde de titane rutile spécial, reste optimiste.

Application du titane et de l'alliage de titane

Le titane est une structure métallique importante développée dans les années 1950, les alliages de titane à faible densité, haute résistance spécifique, bonne résistance à la corrosion, faible conductivité thermique, non toxiques et non magnétiques, soudables, biocompatibles, décoration de surface, etc., sont largement utilisés. dans l'aviation, l'aérospatiale, l'industrie chimique, le pétrole, l'énergie électrique, les soins médicaux, la construction, les articles de sport et d'autres domaines. De nombreux pays dans le monde ont reconnu l'importance des matériaux en alliage de titane, ont mené des recherches et des développements et ont été appliqués dans la pratique.

Domaines d'application du titane et de l'alliage de titane

En 2011, la proportion de la consommation mondiale de l'aviation commerciale a atteint 46 %, la proportion de titane de protection est de 9 % (principalement l'aviation militaire), la proportion de la consommation de titane dans le domaine de l'aviation est supérieure à 50 % ; la proportion de consommation industrielle de titane est de 43 % et la proportion de consommation de titane sur les marchés émergents est de 2 %.

Il existe des différences évidentes dans la structure de la demande régionale de produits en titane.

Structure régionale de la demande de produits en titane, il existe des différences évidentes. Aux États-Unis et dans l'Union européenne, en particulier aux États-Unis, la demande de produits en titane de l'industrie aérospatiale et de la défense est d'environ 50 % dans l'industrie aérospatiale et de défense. Au Japon, le titane industriel provenant de l’industrie chimique domine la demande. Selon la Japan Titanium Association, l'aérospatiale ne représente que 2-3 % de la demande japonaise de titane. De manière assez similaire à la situation au Japon, la majeure partie de la demande de produits en titane provient des secteurs de la chimie et de l'énergie, l'aérospatiale ne représentant que 10 %. Bien que la Chine soit devenue l'un des plus grands producteurs et consommateurs de titane au monde, une grande partie de la production s'est limitée à des qualités inférieures de titane destinées à être utilisées dans les cadres, les clubs de golf ou les canalisations résistantes à la corrosion pour l'industrie chimique elle-même. Cependant, ces dernières années, la quantité de titane utilisée dans l’aérospatiale en Asie a considérablement augmenté, il est donc clair que le marché du titane a un avenir meilleur.

Structure de la consommation mondiale de titane Structure de la consommation de titane en Chine

Aérospatial

Dans le domaine aérospatial, le titane est concentré dans les pays occidentaux, notamment aux États-Unis, où 60 % des matériaux en titane sont utilisés dans ce domaine. Parmi les pays asiatiques, le Japon et la Chine investissent tous deux environ 10 % dans le domaine du titane. Cependant, ces dernières années, avec le développement rapide de l’industrie aérospatiale asiatique, la consommation de titane dans le domaine aérospatial va augmenter. À l’échelle mondiale, l’industrie aérospatiale occupe une position centrale sur le marché du titane et, historiquement, les changements dans l’industrie du titane ont été étroitement liés à l’industrie aérospatiale.

La croissance économique ajoute une nouvelle demande élevée, la production mondiale de titane a atteint 14,8 millions de tonnes en 2011, dont environ 6,4 millions de tonnes de titane pour l'aviation commerciale, la demande future pour le transport aérien mondial est toujours énorme, on s'attend à ce que dans les 20 prochaines années, la demande de les nouveaux avions sont d'environ 3 millions, dans le même temps, la demande de titane pour les nouveaux avions sur les anciens avions, on s'attend à ce que d'ici 20 ans, la demande moyenne de titane dans les avions commerciaux soit de 40 tonnes/cadre. On prévoit qu'au cours des 20 prochaines années, la demande mondiale de matériaux en titane pour l'aviation commerciale sera d'environ 120 millions de tonnes, avec un taux de croissance annuel composé d'environ 17 % et une demande annuelle moyenne de matériaux en titane de 6 millions de tonnes, le Le domaine des matériaux en titane pour l'aviation civile connaîtra une croissance rapide. Le domaine de l’aviation militaire sera également une nouvelle opportunité ; en raison des tensions géopolitiques mondiales et de l’augmentation des dépenses militaires mondiales, le domaine de l’aviation militaire devrait également connaître une nouvelle demande.

Avions civils

Les principales utilisations de l’alliage de titane dans les avions sont les suivantes :

(1) Réduction du poids structurel et amélioration de l'efficacité structurelle : les performances des technologies tactiques avancées (telles que les avions supersoniques) sur les exigences en matière de coefficient de poids de la structure de l'avion sont relativement faibles (c'est-à-dire : poids structurel du fuselage/poids ordinaire au décollage de l'avion)) et alliage de titane. a une résistance proche des caractéristiques de l'acier solide mais une faible densité, au lieu de l'acier de construction et des alliages à haute température, réduisant considérablement le poids de la structure, mais également des économies de coûts ; pour prendre le moteur comme exemple. Les statistiques montrent que la qualité du moteur d'avion est réduite d'un kilogramme pour chaque kilogramme, le coût d'utilisation peut être réduit d'environ 220-440 dollars américains.

(2) avec l'utilisation d'exigences de pièces à haute température : l'alliage de titane a une bonne résistance à la chaleur, comme Ti-6Al-4V pour un travail à long terme à 350 degrés, donc dans le plan du les pièces à haute température (telles que le fuselage arrière, etc.) peuvent remplacer les performances à haute température ne répondent pas aux exigences de l'alliage d'aluminium TC11 peut être à 500 degrés pour un travail à long terme, dans les pièces sous pression du moteur peuvent être un substitut aux alliages haute température et à l'acier inoxydable.

(3) pour répondre aux exigences de correspondance avec la structure composite : afin de réduire le poids et de répondre aux exigences de furtivité, les avions avancés utilisent un grand nombre de matériaux composites, l'alliage de titane et la résistance et la rigidité des matériaux composites correspondent mieux, vous pouvez obtenir un bon effet de réduction de poids. Dans le même temps, en raison du potentiel plus étroit, il n'est pas facile de produire une corrosion de couplage galvanique, de sorte que les parties correspondantes des composants structurels et des fixations sont adaptées à l'utilisation d'un alliage de titane.

(4) Répondre aux exigences de résistance élevée à la corrosion et de longue durée de vie : l'alliage de titane a une durée de vie élevée en fatigue et une excellente résistance à la corrosion, ce qui peut améliorer la résistance à la corrosion et la durée de vie de la structure, et répondre aux exigences de haute fiabilité et de longue durée de vie de l'aviation avancée. durée de vie du moteur.

Avions militaires

Le développement et l'achat d'armes militaires continueront d'évoluer dans le sens de la légèreté et de la flexibilité, afin de répondre aux exigences de performances de combat des avions de combat, en plus de l'utilisation d'une technologie de conception avancée, il est également nécessaire d'utiliser un grand nombre de matériaux avec d'excellentes performances ainsi qu'une technologie de pointe et une technologie de fabrication. . Un grand nombre d'alliages de titane, améliorer le niveau d'application des alliages de titane avancés est l'une des mesures importantes. depuis les années 1960, la quantité de titane utilisée dans les avions militaires étrangers a augmenté d'année en année, et la quantité d'alliages de titane dans divers types de chasseurs et bombardiers militaires avancés conçus par l'Europe et les États-Unis s'est stabilisée au-dessus de 20 %, et la quantité des alliages de titane utilisés dans les nouveaux modèles se sont stabilisés au-dessus de 20 %. La consommation a connu une augmentation significative.

Industrie automobile

La réduction de la consommation de carburant et la réduction des émissions de déchets nocifs (CO2, NOX, etc.) sont devenues l'un des principaux moteurs et orientations du progrès technologique dans l'industrie automobile. La recherche montre que l’allègement est une mesure efficace pour économiser du carburant et réduire la pollution. Avec une réduction de 10 % de la masse automobile, la consommation de carburant peut être réduite de 8 %-10 % et les émissions d'échappement peuvent être réduites de 10 %. En conduite, les performances d'accélération du véhicule sont améliorées et la stabilité, le bruit et les vibrations du véhicule sont améliorés. Du point de vue de la sécurité en cas de collision, une fois le poids du véhicule léger, l'inertie est faible et la distance de freinage est réduite.

Les matériaux légers, tels que l'aluminium, le magnésium, le titane et d'autres matériaux alternatifs, tels que l'aluminium, le magnésium, le titane, etc., constituent la méthode préférée d'allègement. En 2009, l'utilisation mondiale de titane dans l'automobile a atteint 3 000 tonnes. Le titane dans l'application des automobiles a été de nombreuses années d'histoire. À l'heure actuelle, les voitures utilisent presque toutes le titane, l'automobile japonaise avec du titane a plus de 600 tonnes, avec le développement de l'industrie automobile mondiale, l'automobile avec du titane continue de croître rapidement.

Les avantages de l'utilisation du titane sont : réduire le poids, réduire la consommation de carburant ; améliorer l'efficacité de la transmission de puissance, réduire le bruit ; réduire les vibrations, réduire la charge ; améliorer la durabilité de la voiture et la protection de l'environnement.

Industrie médicale

Vis d'épissure en titane Le titane a une large gamme d'applications dans le domaine médical. Le titane est proche des os humains, biocompatible et n'a aucun effet secondaire toxique sur le corps humain. L'implant humain est un matériau fonctionnel spécial étroitement lié à la vie et à la santé humaines. Par rapport à d'autres matériaux métalliques, l'utilisation du titane et des alliages de titane présente les avantages suivants : 1. léger ; faible module d'élasticité; 3. non magnétique ; 4. non toxique ; 5. résistance à la corrosion ; 6. haute résistance et ténacité. L'utilisation d'alliages de titane dans les implants chirurgicaux augmente à un rythme de 5-7 % par an. Le fémur en titane et alliage de titane, les articulations de la hanche, l'humérus, le crâne, les articulations du genou, les articulations du coude, les articulations de l'épaule, les articulations métacarpophalangiennes, les mâchoires et les valves du cœur, les membranes de différenciation rénale, les vasodilatateurs, les attelles, les prothèses, la fabrication de vis de serrage seront transplantés dans le corps humain. des centaines de pièces métalliques et obtenu de bons résultats, et acquis un haut degré d'évaluation dans la communauté médicale.

Industrie chimique

Le titane possède une excellente résistance à la corrosion, des propriétés mécaniques et des performances de processus excellentes, largement utilisées dans de nombreux secteurs de l'économie nationale. Surtout dans la production chimique, le titane remplace l'acier inoxydable, les alliages à base de nickel et d'autres métaux rares comme matériaux résistants à la corrosion. Ceci est très important pour augmenter la production, améliorer la qualité des produits, prolonger la durée de vie des équipements, réduire la consommation, réduire la consommation d'énergie, réduire les coûts, prévenir la pollution, améliorer les conditions de travail et augmenter la productivité du travail.

Le titane est devenu l'un des principaux matériaux anticorrosion des équipements chimiques et a établi sa résistance à la corrosion dans les usines chimiques. Le titane comme matériau idéal dans les équipements chimiques, mais aussi de plus en plus d'attention de la part des ingénieurs et des techniciens.

Après des années de promotion, le titane et ses alliages, en tant qu'excellents matériaux résistants à la corrosion, ont été largement utilisés dans la production chimique. L'application des équipements en titane a été étendue de l'industrie originale du carbonate de sodium et de la soude caustique au chlorate, au chlorure d'ammonium, à l'urée, à la synthèse organique, aux colorants, aux sels inorganiques, aux pesticides, aux fibres synthétiques, aux engrais, à l'industrie chimique fine, etc., et aux types Des équipements ont été développés, du plus petit et unique au plus grand et diversifié.

Les résultats de l'enquête montrent que les échangeurs de chaleur en titane représentaient 57 %, les anodes en titane 20 %, les conteneurs en titane 16 % et les autres 7 %. Dans l'industrie chimique avec « deux bases », la plus grande quantité d'échangeurs de chaleur en titane dans les équipements chimiques.

Ces dernières années, la technologie chinoise de production de matériaux en titane a progressé rapidement, le titane aérospatial, le titane militaire, le titane pour véhicules et d'autres croissances très rapides, en particulier dans le domaine de l'aérospatiale, il y a une tendance à rattraper l'industrie chimique. . Dans l'ensemble, l'industrie chimique dotée d'une technologie de titane est constituée de petits produits à faible valeur ajoutée, la proportion de l'industrie chimique utilisant du titane est vouée à diminuer progressivement.

Génie maritime

Avec le développement de la science et de la technologie et l’épuisement croissant des ressources terrestres, le développement humain et l’utilisation de l’océan ont été mis à l’ordre du jour. Le titane a une excellente résistance à la corrosion de l'eau de mer, largement utilisé dans le dessalement de l'eau de mer, les navires, le développement de l'énergie thermique des océans, l'extraction des ressources des fonds marins et d'autres domaines.

Brise-glace dès les années 1960, la Chine a commencé à étudier l'application du titane et des alliages de titane dans les navires et les équipements de génie maritime, et a effectué beaucoup de travail, a essentiellement formé un certain nombre de qualités, de propriétés différentes, des spécifications complètes des alliages de titane pour navires. Système. En raison des caractéristiques du titane et des alliages de titane qui présentent eux-mêmes des avantages uniques dans l'application des navires et des équipements marins, ils sont largement utilisés dans les sous-marins nucléaires, les submersibles, les brise-glaces atomiques, les hydroptères, les aéroglisseurs, les dragueurs de mines et les hélices, l'eau de mer, les condenseurs, les échangeurs de chaleur et bientôt.

Dans les applications navales, l'utilisation actuelle du titane en Chine est très faible, représentant moins de 1 % du poids total du navire.

Le titane et les alliages de titane dans le domaine des navires et des équipements de génie maritime présentent un grand potentiel de développement. Et dans le dessalement et les centrales électriques côtières, en raison de la demande actuelle du marché chinois du dessalement et des centrales électriques côtières, pour réduire davantage le coût de l'alliage de titane et améliorer la stabilité de la qualité des produits, l'application des perspectives du marché de l'alliage de titane sera très large. . Très large.

La vie quotidienne

Le titane est très largement utilisé dans la vie quotidienne, on peut dire qu'il est partout, comme les têtes de golf, les cadres de vélo, les raquettes de tennis, les fauteuils roulants, les montures de lunettes, etc. seront appliqués au titane.

Basée sur les caractéristiques du titane léger et de haute résistance utilisé dans le sport, depuis la première raquette de tennis, la raquette de badminton s'est progressivement étendue aux clubs de golf et aux courses de voitures de sport. En 2008, la consommation de sports de loisirs en Chine représentait 13 % de la consommation totale de titane, soit seulement la quantité de titane utilisée dans les clubs et les manches de golf de plus de 1,000 tonnes. Les cadres de vélo en titane sont également très populaires, il existe près de 50 entreprises produisant des vélos en titane, les États-Unis étant le plus grand producteur et consommateur de vélos en titane. Les propriétés légères du titane sont utilisées dans les montures de lunettes, et le titane n'est pas non plus facile à provoquer des allergies cutanées, et la surface du titane après traitement anodique peut avoir un effet coloré, c'est pourquoi il est utilisé dans les montures depuis les années 1980.