上天入海，“泰坦尼克”牌元素功不可没！

它比钢硬，不怕强酸和强碱。没有它，人类不能下海。它是稀有金属之一，很难提纯。它的氧化物结构非常稳定，甚至它的名字也和泰坦尼克的英语相似。从发现到提纯花了200年。

它可以追溯到18世纪末。

要找到答案并不容易

1791年，英格兰康沃尔克里特教区的牧师格雷格在康沃尔的马纳坎教区布道时，捡起了河边的一块黑白相间的沙石。

29岁时，格雷格还是一名地质学家，不时研究矿石。通过实验，他发现沙子中有两种氧化物:黑色颗粒是可以被磁铁吸引的氧化铁，而白色颗粒不知道它们是什么。经过许多天的学习，他仍然找不到答案。"这是一种新元素的氧化物吗？"格雷格挑出白色的颗粒，并试图把它们磨成粉末。他发现白色粉末很轻，不容易熔化。他写了一篇关于这一发现过程的文章，并发表在英国皇家地质学会学报和德国化学年鉴上。

英国矿物学家格雷格。(网络图)

1895年。德国化学家克拉普·洛特在研究匈牙利金红石时发现这种褐红色的石头含有白色结晶粉末。进一步的测试表明，这些晶体粉末具有极强的附着力。

"这些白色粉末太强了，甚至不能使煤块变黑一点？"克拉普·洛特研究了各种材料，最终在《化学年鉴》中发现了几年前格雷格写的一篇关于未知氧化物的文章，这让他得出结论，白色晶体含有新元素。

克拉普斯特的形象。(网络图)

在确认白色粉末中的未知元素无法通过实验恢复后，klapp Lott决定给该元素命名，因为命名不仅有利于记录和传播，也有利于后来科学家的研究。经过仔细考虑，他决定用古希腊仙女“泰坦尼克”的名字来命名这种新元素“钛”。几年后，中国科学家根据发音将“钛”翻译成“钛”。泰坦尼克号最初的英语意思是巨大或强烈的。这个词主要描述钛元素保持白色的能力。

泰坦尼克号？是的，把泰坦尼克号翻译成中文。100多年后的1912年，最豪华的英国游轮以它命名。然而，令人遗憾的是，号称最强的泰坦尼克号，因为撞上了冰山，造成了当时最大的海难悲剧。

净化更加困难

在klapp Lott命名钛之后不久，西方人惊奇地发现二氧化钛，即金红石矿石中的白色粉末，可以添加到钞票或绘画中的白纸中，使它们变得更白和不透明，这是其他物质所无法替代的。后来，他们进一步发现二氧化钛不仅熔点高，而且是制作搪瓷等器皿的理想原料。此外，它无毒，可用作油画和水彩画的白色颜料，效果优于锌白(氧化锌)，且不易发生化学变化。

值得一提的是，古代中国人总是用粉笔和蛤蜊粉作为白色颜料。直到20世纪50年代，二氧化钛才真正用于中国传统绘画，直到*大量生产钛。

白色颜料之王——粉末“钛白”。(网络图)

因此，在克拉普的洛特命名钛一百多年后，商人试图开采钛矿并通过获得二氧化钛来获利。科学家试图分解二氧化钛、四氯化钛等。以获得高纯度的钛。然而，这项技术工作对许多人来说是困难的，因为钛化合物极其稳定，并且金属钛在提纯过程中容易与氧、氮、氢、碳等发生剧烈反应。

日历转到了1887年，在分离纯钛方面终于取得了实质性的进展。瑞典科学家尼尔森和彼得森在一个密封的钢瓶里用金属钠还原四氯化钛，通过多次实验获得纯度为95%的钛。跟随两位瑞典科学家的脚步，法国科学家莫伊桑在1895年提炼了97%的纯钛。

1910年，美国化学家亨特改进了尼尔森的方法，最终生产出纯度为99%的钛，但质量只有1克。后世称他的方法为制造钛的亨特法和钠还原法。

亨特，美国化学家。(网络图)

不同于铁、铜等金属纯度达到99%时，完全可以应用于工业。杂质含量超过1%的钛是易碎的，不能经受机械加工，没有多大用处。只有含量为99.999%的超高纯钛才能满足航空航天用高端钛合金和半导体芯片溅射靶等先进技术的原料要求。

亨特的钛产量再次表明提炼纯钛是多么困难。同时，他们更相信高纯度或超高纯度的钛会给人类带来巨大的帮助。

充分利用

给予总是有回报的。亨特生产99%纯钛15年后，钛的提纯取得了实质性进展。荷兰科学家Van Akel和Derbord在加热的钨丝上还原四氯化钛，最终获得纯度为99.2%的钛。1940年，卢森堡科学家克罗尔首次用镁还原四氯化钛，获得纯度为99.7%的钛。具体方法是将四氯化钛放入密封的不锈钢罐中，充入氩气，使四氯化钛和氩气与金属镁反应，最后还原成纯钛。后世称克罗尔法为制造钛的克罗尔法，也称镁还原法。

镁还原法生产钛的一般流程示意图。(来自互联网)

用亨特法和克罗尔法从钛铁矿或金红石矿石中还原的钛是海绵状的，所以人们称之为海绵钛。海绵钛作为生产精制金属钛的基本原料，其纯度一般为99.1% ~ 99.7%。通过再次精炼海绵钛可以获得纯钛。一种方法是机械制造金属材料，如钛棒和钛锭，另一种方法是机械研磨和生产钛粉。钛粉用于铸造精密仪器零件和机械设备的表面涂层。

工人们正在加工海绵钛。(网络图)

从此，人们终于发现了钛的优点:它是一种银白色的耐高温金属，熔点高达1725℃，耐腐蚀性强，即使是最厉害的酸，王水，也无能为力。它的强度与钢相似，但重量只有钢的一半。重量是铝的1.5倍，强度是铝的5倍。

钛的优点决定了它将在为人类服务方面大有用处。目前，科学家正在用钛代替钢制造航天器和导弹。每年，超过1000吨的钛被用于世界各地的太空导航。因此，钛被称为空间金属和空间金属。此外，由于钛的高强度及其承受高压的能力，科学家们在潜艇制造中添加了大量的钛，这种潜艇可以在4500米的深海中航行。“泰坦尼克”品牌终于展示了它的威力。

“梭鱼”级钛合金壳潜艇。(网络图)

附言

有趣的是，广泛用于航空和海洋的钛是稀有金属之一。长期以来，人们认为钛储量很小，但近年来，科学家发现钛储量非常丰富，其在地壳中的含量仅次于铝、铁、钠、钾和镁等金属。随便放一把土并不“罕见”，其中大约有2/1000的钛。

虽然我国钛资源丰富，但仅四川攀枝花地区就有大量钛铁矿，年产海绵钛17万吨。然而，高纯钛领域几乎没有空间，每吨价值100万元的高纯钛(纯度在99.8%以上)主要是进口的。我相信，通过科学家们的不断努力，在不久的将来，我国最终将从一个钛生产大国转变为钛生产大国。

[参考]

1.论文“金属钛的性能、发展和应用”，于进，2003。

2.张伦的论文《化学元素的中国命名起源》，