生物濃縮
[拼音]：tai
[英文]：titanium
元素符號Ti，銀白色金屬，在元素週期表中屬ⅣB族，原子序數22，原子量47.90，α鈦為密排六方晶體，常見化合價為+4、+3。1947年以後成為重要的結構材料。也有把它歸入輕金屬的。
1791年英國格雷戈爾（W.Gregor）在研究鈦鐵礦時，認為其中含有一種新的金屬元素。1795年奧地利科學家克拉普羅特（M.H.Klaproth）在研究金紅石時，發現了這一新元素，並以希臘神話人物Titans（提坦神）命名。1910年美國人亨特(M.A.Hunter)用金屬鈉還原四氯化鈦製得較純的金屬鈦。盧森堡科學家克勞爾 (W.J.Kroll)1932年用鈣還原四氯化鈦製得鈦；1940年又在氬氣保護下用鎂還原四氯化鈦製得鈦，此方法是70年代工業生產方法的基礎。
鈦在自然界分佈極廣，地殼中鈦含量為4400克／噸，居第九位，比常見金屬銅、鉛和鋅的總量還多。已發現含鈦1％以上的礦物有80多種，工業上使用的僅有兩種：金紅石(TiO2)和鈦鐵礦（FeTiO3）。金紅石含TiO2品位高，但儲量有限。鈦鐵礦儲量豐富，將逐漸成為鈦工業的主要原料，但含TiO2低，必須進行富集。鈦鐵礦分巖礦和砂礦兩種。巖礦主要產於中國、 加拿大、 美國、蘇聯、挪威等國；砂礦主要產於澳大利亞、南非、印度、斯里蘭卡和中國。中國四川攀枝花以西地區有豐富的鈦礦資源，為巖礦；廣東、廣西、福建的海濱鈦鐵礦為砂礦。
性質和用途
鈦的化學性質同矽和鋯相似。鈦在水溶液中低價態的某些性質同釩和鉻相似，鈦在高溫下容易與氧、氮、氫、水汽、氨、CO、CO2等氣體反應，所以是良好的吸氣劑。吸收量小時，呈固溶體存在；吸收量大時，生成相應的化合物如TiH2、TiO等。鈦的表面能生成緻密的氧化膜，有保護作用。因此鈦在海水、鹼性溶液、硝酸、含水氯氣中有很強的抗腐蝕能力；在濃度小於5％的稀鹽酸和稀硫酸中，也有一定的抗腐蝕能力。
氫化鈦很脆，易磨成粉末，常製成鈦粉，作粉末冶金原料。鈦在一定溫度範圍內吸氫，升高溫度後放氫，因此70年代開始研究用作貯氫材料。
鈦的物理性質與其中雜質種類和數量有密切關係。尤其是雜質氧、氮、碳會增加其硬度和脆性，雜質鐵不僅增加硬度，而且降低耐蝕性。因此工業用鈦對於雜質含量和硬度有嚴格的要求（見鈦合金）。
鈦的冶煉
製取金屬鈦的原料主要為金紅石，其中含TiO2大於96％。缺少金紅石礦的國家，例如蘇聯，則採用鈦鐵礦製成的“高鈦渣”，其中含TiO290％左右。近年因天然金紅石漲價和儲量日減，各國都趨向於用鈦鐵礦製成富鈦料，即高鈦渣和人造金紅石。
富集
方法有電爐法、鏽蝕法、酸浸法等。
經過選礦，製得鈦鐵礦精礦，其中含TiO2大致為48～62％。
（1）鈦鐵礦精礦與石油焦、紙漿混合後，在電爐中進行熔鍊，可得到生鐵和高鈦渣，其中TiO2含量視用途不同加以控制。
（2）也可將鈦鐵礦在迴轉窯內用炭還原，所得的還原料為細粒鐵、低價氧化鈦和金紅石的混合物。經過稀NH4Cl或稀HCl溶液的鏽蝕，鐵進入溶液除去。成品為人造金紅石。
（3）如果所用原料中雜質CaO、MgO、Al2O3、SiO2等較高，宜採用酸浸法。酸浸可用鹽酸或硫酸。根據不同的原料，有的礦在酸浸前還要加以預氧化和預還原處理。鈦鐵礦經酸浸後可製得人造金紅石。
氯化
金紅石或人造金紅石，採用流態化氯化法，工藝簡單，操作連續，產量高。也有摻用少量高鈦渣（含TiO2≈92％）的流態化氯化法。純用高鈦渣進行流態化氯化的方法是中國創造的。製取金屬鈦的流程見圖1。
金紅石（或高鈦渣）與適量的石油焦混合後，加入流態化爐，通入氯氣在800～1000℃下進行氯化，其反應式為：
TiO2+(1+β)C+2Cl2─→TiCl4+2βCO+(1-β)CO2式中的β為排出爐氣中CO/(CO+CO2)的比值。純TiCl4為無色透明液體。但此過程所得粗TiCl4含有雜質，呈紅棕色。其中的雜質如FeCl3、AlCl3、SiCl4等的沸點和TiCl4的沸點相差較大，用分餾法較易分離。但VOCl3的沸點127.4℃和TiCl4的沸點135.9℃相近，分離困難。常用分離方法有三種：
（1）加銅或鋁，使 VOCl3還原成高沸點的VOCl2加以分離；
（2）加硫化氫，使鈦成硫氯化物，還原釩而除去；
（3）加礦物油所生成的炭將釩還原成低價化合物而易於分離。三種方法各有利弊，工業上都有采用。
海綿鈦的製取
金屬熱還原精TiCl4，得到金屬鈦，呈海綿狀，工業上叫作海綿鈦。還原用的金屬為鎂或鈉。
鎂熱還原過程為間歇作業，在惰性氣體氬或氦的保護下進行，還原溫度為800～900℃。在還原過程中間歇排出生成物MgCl2，反應式為：TiCl4+2Mg─→2MgCl2+Ti
還原所得產物中夾有MgCl2和金屬鎂，可用真空蒸餾法除去並回收。也有用酸浸法除去的。真空蒸餾溫度為 950～1000℃，要求最後真空度為10-5託左右。
鈉熱還原過程比鎂熱還原過程易於實現連續化，還原溫度為800～900℃。其化學反應式為：TiCl4+2Na─→TiCl2+2NaCl
TiCl2+2Na─→Ti+2NaCl
因此既可以一次還原，也可以分兩段進行。後者在工業上叫作二段還原法。還原產物中雜有NaCl和少量鈉，用0.5～1％HCl浸洗除去。
進入半工業階段的制鈦方法為TiCl4熔鹽電解法，熔鹽為KCl-LiCi、KCl-NaCl、KCl-NaCl-BaCl2等體系，所得金屬鈦純度高，硬度低(HB80)，因此製成的鈦合金加工效能好。
鈦的提純
純度較高的金屬鈦，系用TiI4加熱分解而得，實際上是海綿鈦的進一步提純(見化學遷移反應)。過程的化學反應如下：
海綿鈦裝在反應罐的周圍，罐壁保持250℃，已經加在罐中的碘與鈦反應生成TiI4氣體，反應罐中懸掛鈦絲，通電加熱到1250～1300℃，此時TiI4氣體在鈦絲上熱分解而沉積，產品為結晶棒狀的純鈦。這種鈦僅用在科學研究和一些特殊用途中。
鈦白
在整個鈦工業中，製取金屬鈦耗用的金紅石和鈦鐵礦，僅佔總量的10％左右，而製取鈦白耗用的，則佔90％。
TiO2是商品鈦白的主要成分，為白色粉末，加熱時略帶微黃，有兩種晶形（天然的還有一種板鈦型）：一種是金紅石型，屬四方晶系；一種為銳鈦型，也屬四方晶型，但當加熱到610℃開始轉化為金紅石型，到915℃可以完全轉化，轉化速度視雜質的種類和含量而異。TiO2折射率和穩定性高，遮蓋效能和光澤好，是優質的白色顏料。鈦白近年大量用於油漆、造紙、塑料、橡膠、化纖、搪瓷、電焊條等工業。鈦白的工業生產方法有硫酸法和氯化-氧化法兩種。
硫酸法
原料為鈦鐵礦或高鈦渣。鈦鐵礦含TiO2約50％，鈦渣含72～85％。因此用高鈦渣可以減少酸耗和環境保護費用。硫酸法生產鈦白的流程見圖2。
將原料磨細至－200到－325目，以濃硫酸在約200℃下分解，加水得TiOSO4溶液。加鐵屑使Fe3+還原成Fe2+，除去不溶殘渣後，冷凍至-3到-5℃以分離FeSO4·7H2O，濃縮後加入晶種進行水解，得TiO2的水合物。經固液分離，加鹽處理劑，煅燒、研磨和表面處理後得鈦白粉。
硫酸法的主要缺點是廢酸量大，處理困難，副產品FeSO4·7H2O用途不大。用高鈦渣作原料，雖減少了FeSO4和廢酸量，但環境保護費用仍大。
氯化-氧化法
以金紅石為原料，通過氯化精製得到的精TiCl4，經氧化和後處理即可得優質鈦白。其反應式如下：TiCl4+O2—→TiO2+2Cl2
反應副產品氯氣可送回氯化工段使用。上述反應所發生的熱量不足以維持反應所需的溫度(900～1200℃)，必須外加熱。氯化氧化法所得鈦白質量好，成本較硫酸法略低。近來新建的鈦白工廠大多采用氯化氧化法。
1979年工業國家鈦白的年產量約為220萬噸，70％左右用硫酸法生產，30％左右用氯化氧化法生產。美國的產量為67萬噸，60％以上用氯化氧化法生產。(見彩圖)
