【钛小说】一坨钛的前世今生:因活泼的个性,命运注定坎坷不平

摘要: 钛合金如此高科技,新奇帅,连媒体都用它做名字,那不了解它的真实面目岂不遗憾。钛是生性活波的元素, 是46亿岁的老人了,跟大多数元素都能发生反应,而它的命运也因这活泼的个性注定坎坷不平。想了解的话,接着往下看吧。

钛 

钛媒体注:看这位钛媒体的铁杆粉丝用小说解读钛的起源,也是醉了⋯⋯

一坨海绵钛从冷凝器中被移出,它看起来真的很丑,灰不拉几,像一堆千疮百孔的废渣。然而工人师傅却用极为洁净的容器,小心翼翼搬运,在干净如洗的油压机和颚式破碎机上将其碎成小块,用衬有塑料薄膜的镀锌铁桶进行包装,包装后还要抽真空、充氩气,放在干燥的库房里,准备高价出售。

这样看来,这坨海绵钛绝非等闲之辈了。那么,它是什么来头呢?

大约150亿年前,宇宙源于一次大爆炸,然后便有了物质。最原始的元素H和He产生之后,星系开始孕育,恒星开始形成,太阳系稍后出现,距今46亿年前地球诞生了,钛元素大约就是那个时候来到了地球。

或许更早,在地球没有诞生之前,钛已经由一些较轻的元素聚变而生成。

在钛元素生成之后的漫长岁月里,它是怎么跟其他元素反应而生成矿石的,这个大概没人说的清楚,地质学家能讲清楚的,是在某个地质年代,地壳剧烈运动,火山猛烈喷发,金红石,钛铁矿这些钛的矿物质便从地表以下翻腾出来,经风化,冲蚀,沉积的作用,在全球各地形成了巨大的矿床。

钛是生性活波的元素,跟大多数元素都能发生反应,而它的命运也因这活泼的个性注定坎坷不平。

 

钛的生性活波,冶炼异常困难,是稀有的贵金属

大约3000年前,人类已经掌握了冶铁技术,金属元素铁便早早的进入了人类文明史,见证人类农耕文明的兴衰,参与工业文明的蓬勃发展,直到现代,钢铁仍是最为显赫的金属族元素,没有之一。与铁的荣耀相比,钛则显得默默无闻,在漫长的岁月里,它只是静静的躺在矿床上,似乎永远没有被人类发现的可能。

时间终于来到了距今200余年前的1791年,英国的一个名叫格雷戈尔的牧师第一次发现了它,但是那哥们却忘了给它起名字,四年后的1795年,德国人克拉普鲁斯,在研究金红石的时候,又发现了钛,并以希腊神话中的大力神泰坦(Titans)给它命名。前面说到钛的化学性质活波,因此从矿物中将其分离提纯异常困难,这大概也是人类很晚才发现它的一个重要原因。好在这个德国人最终分离出了纯钛,德国人定是花了很大的力气,才完成了这一壮举,否则他怎么会将钛起名为大力神呢?

钛这个大力神虽被德国人费了九牛二虎之力分离了出来,但却仍旧默默无闻了许久。这依然跟它的天性有关,性格决定命运。因为钛的活波个性,冶炼异常困难,又因为当时的已知储量很少,所以一直被认为是稀有的贵金属。

战争促进科技的进步,这是有着自残倾向的人类语言。但是无论如何却在钛的身上应验了,两次世界大战,飞机扮演了越来越重要的角色,谁抢占了制空权,谁将赢得战役的胜利。为此,美国军方不惜血本,要造出更高性能的战机。那为什么要选择价格昂贵的钛合金来制造飞机呢?(钛合金是纯钛经过合金化冶金的产物,如果把海绵钛比作猪肉原料的话,钛合金类似于猪肉经过烹饪加佐料而做成的毛氏红烧肉),这当然是因为它超乎寻常的优异性能,这次,钛的命运开始改变了!他在材料世界,将一鸣惊人。

钢铁作为结构材料,虽然结实抗造,强度很高,然而密度太大,用在飞行器上过于笨重。铝合金作为结构材料,虽然密度小,抗氧化,做出的零件轻巧耐用,但是强度不高,耐热性能不好,飞机巡航速度达到一定高度便会软化,不能委以重任。钛合金却综合了两者的优点,巧妙的避开了两者的不足,强度高,密度小,又具有良好的耐热和耐低温性能,且耐腐蚀性能优异,几乎永不生锈,选用钛合金制造飞机,不仅能减轻机身重量,节省燃料,而且可以提高飞行性能,延长寿命,在当时,这样的金属简直是为制造飞机而生的(斗转星移,如今航空领域叱咤风云的还有复合材料)。

鉴于钛无与伦比的优异性能,针对钛的冶炼和加工技术从未停止。

第二次世界大战后的1948年,美国人终于用镁还原法制出了2吨海绵钛,从此拉开了钛工业化的帷幕。钛被大规模应用之后,其优异性能日益得到人们的青睐,不仅飞机工业越来越离不开他,建造宇宙飞船,发射火箭、导弹离了他也是万万不能的。不仅在天上大显身手,因为钛耐海水腐蚀的优异性能,他被更多的应用于建造舰船,核潜艇,接受惊涛骇浪的洗礼。

随着钛在军工领域的应用越来越广泛,钛的冶炼和加工制造成本也因为技术的进步而逐渐降低,钛的价格终于不像原来那么高不可攀,民用领域也渐渐瞄上了他,体育器材,医疗器械,环境工程等领域都越来越多的出现了他的身影。

如前所述,人类要飞得更高,潜得更深,生活的更舒适,就需要性能更加优异的材料,钛及钛合金既能耐高温,又能抗腐蚀,既有高强度,又有低密度,生物相容性又好,他作为万能金属一时独占鳌头,人们称钛为金属中的战斗机,生物金属,未来金属,这些名号令人眼花缭乱。

 

钛是46亿岁的老人了

不过钛是46亿岁的老人了。在这些眼花缭乱的称号背后,他清楚的知道隐藏着什么。他想提醒人类的是,多关注自然和宇宙,让自己的欲望少一些,这其实是挺严肃的话题。是什么引起了他的这番思考呢,当然是他是冶炼过程。

有色冶金=高耗能+高排放=雾霾满神州,你懂得!

前已述及,钛的冶炼异常困难,因为他的化学性质太过活泼,跟元素周期表里的大多数元素都能反应。其实钛的整个冶炼过程是一个复杂的化学反应过程,要想把他分离提炼出来可不是一件简单容易的事情。拿钛的金红石矿来说,人类需要先用氯把他从TiO2那里拽出来,生成TiCl4,然后再用比钛更活泼可爱的镁,把他从TiCl4里还原出来,然后再在真空的环境中把蒸馏,钛被蒸馏出来浑身疏松而多孔,形似海绵,这便是他名字的由来了。

钛的整个冶炼过程是个电解还原的过程,需要用到大量的电,从来没有哪种金属的冶炼用过如此之多的电,以至于他的价格几乎是用电费堆出来的——每得到一顿海绵钛,需要3000~4000 kW•h的电量,工业用电价格,1度电0.989元,仅仅电费都快赶上售价了,又因为所有过程都要在特殊设备,特殊环境(因为钛很活波嘛)中进行,因此他的冶炼成本及其高昂,高昂的成本意味着钛的冶炼对环境极不友好,其实钛冶炼厂就是一个巨大的化工厂,高耗能,高排放,高污染。

海绵钛的生产过程中,既有气体废物氯气、氯化氢及四氯化钛产生,而且有卤化物等固体废物产生,废水自不必说,钛冶炼排放的废水中含有大量的盐酸HCl。气体废物的处理,要采用2级水洗和2级碱洗,尾气方能达标;而固体废物由于产量较大,产生环节多,组分复杂,对其进行安全可靠的处理相对困难;废水的处理,如果是在法治不健全的国家,就只能呵呵了。

如果要算一本投入和产出的帐,巨大的环境成本自然要算进去的。但是人类往往有自己的小算盘,他们是用货币结算的物种,而货币的历史仅有短短的数千年,不要忘了,钛他老人家已经46亿岁了。

其实在过去5年间,在中国,钛产业发生了严重的产能过剩。在2000年中国的钛产量仅为区区2000吨,而到了2013年,中国海绵钛产能已超过15万吨,而实际需求不超过6万吨,供大于求是造成海绵钛价格倒挂的主要原因。这让人想起一些事情,2013年中国钢产能已超过10亿吨,而实际需求仅为6.6亿吨,钛产业和钢铁产业,相差一万倍的体量,但命运却如此相似,不禁令人唏嘘不已。

钢铁因为产能过剩,价格早已比白菜还便宜,一顿钢2600块,一公斤钢2块6,一斤白菜1块5,这是一位钢企老总亲自去菜市厂调研的结果。

钛是不是有着不一样命运呢,大家一提起他,就会联想到航空的歼十,C919,核潜艇,航天的嫦娥探月工程,甚至3D打印的钛合金头盖骨,钛简直就是高新材料的代名词。身份如此高贵,价格肯定不菲,如果这样想你就图样图森跑了,这是一个神奇的国度,钛虽为稀有金属,价格却很低廉,说出来可能你都不信,2006年,钛的价格曾高达30万元/吨,如今已跌至4.3万元/吨,跟中国的房价完全是两个路数。在市场面前大家的命运都是相同的,供不应求,价格上涨,供过于求,价格下跌,这是铁律,是钛律。

4万多一顿的海绵钛,前面已经提到,光是冶炼厂的电费恐怕都不够,价格和市场,大约是治愈政府勃起的投资欲望最好的镇静剂了。

换句话说,在环境保护呼声日益高亢的今天,人们谈霾色变,靠吃资源和环境的经济模式是没有前途的,钛业的发展只是求大,将死路一条,中国并不是俄罗斯,并非资源富足的地区,钛产业的前途在深加工和高附加值的领域。

其实除了钛产业,之前的镁铝,稀土,如今的钢铁业,自始至终没有走出贱卖资源,污染环境的老路,表面上我们赚的是外汇,发展的是经济,其实丢的是创造力,失去的是未来。也许会有人说,后进国家莫不如此,五六十年代的日本,七八十年代的韩国,如今的中国,将来的东南亚,这是一个梯队,这种宿命论,也许说的事实,但是总觉太没出息,别人尝过的辛酸,我们再去品尝一遍,这不是一种创造性的思维。

现实已然严峻,未来仍需畅想,随着冶炼和加工技术的进步,钛的应用场景将越来越广阔,军工、民用将全面开花。期望今日的产能过剩,在不远的将来能够逐渐消化,钛这种未来金属能够有令人欣慰的未来。(本文首发钛媒体)

本文系作者 钛郎 授权钛媒体发表,并经钛媒体编辑,转载请注明出处、作者和本文链接
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钛郎
钛郎

材料工程师,科普爱好者,文艺老年轻

评论(7

  • 匿名用户 匿名用户 2015-09-17 10:40 via h5

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  • 赛过股神 赛过股神 2014-12-09 21:08 via pc

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  • 没落皇族 没落皇族 2014-12-09 14:19 via pc

    50亿年后,太阳燃料耗尽,地球何去何从?(当然地球等不到那时候,也即太阳中年偏后时,地球就将因为太阳的不断膨胀而离的更近,温度也会不断上升,直至两级融化,再到海洋蒸发)也许,在这之前,人类已经找到了一个适宜居住的星球(当然在别的星系,因为太阳已经没了)。但是,问题又来了,宇宙也有寿命,150亿年前的那次由一个奇点大爆炸后,宇宙至今也没有停止它的膨胀,然而根据能量守恒定律,宇宙膨胀到一定时候,转而进行萎缩,最终又回归150亿年前的奇点!那么,在宇宙萎缩期间,人类又将何去何从?是像橘子被榨汁机榨干那样?还是在被榨干前,万事万物都不存在了?---------我认为我们现在的宇宙,并不是第一个宇宙,也不是最后一个宇宙,宇宙不断的诞生-成长-毁灭-诞生......,这是个循环,也就是说,等我们现在的宇宙萎缩成一个奇点后,也预示着新的宇宙即将诞生,当然,所有所有的一切都将从头开始了,也包括我们引以为傲了几千年的的人类文明!

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  • 邓盈盈ibeike 邓盈盈ibeike 2014-12-08 22:18 via weibo

    文章生动,内容丰富,长姿势啦!!!!

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  • toteachtolearn toteachtolearn 2014-12-08 21:37 via pc

    用通俗易懂的语言,让非材料专业的人读懂了钛的起源及其发展历程,喜欢上钛合金。

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  • 静水流深369 静水流深369 2014-12-08 21:19 via weibo

    语言诙谐幽默,由浅入深的介绍钛的发展史,我喜欢

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Oh! no

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