鈦

化學元素解釋：

概述

鈦(titanium)是一種化學元素，化學符號Ti，原子序數22，是一種銀白色的過渡金屬，其特征為重量輕、強度高、具金屬光澤，亦有良好的抗腐蝕能力(包括海水、王水及氯氣)。由于其穩定的化學性質，良好的耐高溫、耐低溫、抗強酸、抗強堿，以及高強度、低密度，被美譽為“太空金屬”。鈦于1791年由格雷戈爾(William Gregor)于英國康沃爾郡發現，并由克拉普羅特(Martin Heinrich Klaproth)用希臘神話的泰坦為其命名。鈦的礦石主要有鈦鐵礦及金紅石，廣布于地殼及巖石圈之中。鈦亦同時存在于幾乎所有生物、巖石、水體及土壤中。從主要礦石中萃取出鈦需要用到克羅爾法或亨特法。鈦最常見的化合物，二氧化鈦可用于制造白色顏料[5]。其他化合物還包括四氯化鈦(TiCl4)(作催化劑及用于制造煙幕或空中文字)及三氯化鈦(TiCl3)(用于催化聚丙烯的生產)。

鈦能與鐵、鋁、釩或鉬等其他元素熔成合金，造出高強度的輕合金，在各方面有著廣泛的應用，包括航天(噴氣發動機、導彈及航天器)、軍事、工業程序(化工與石油制品、海水淡化及造紙)、汽車、農產食品、醫學(義肢、骨科移植及牙科器械與填充物)、運動用品、珠寶及手機等等。[3]。

鈦最有用的兩個特性是，抗腐蝕性，及金屬中最高的強度-重量比。在非合金的狀態下，鈦的強度跟某些鋼相若，但卻還要輕45%。有兩種同素異形體和五種天然的同位素，由46Ti到50Ti，其中豐度最高的是48Ti(73.8%)。鈦的化學性質及物理性質和鋯相似，這是因為兩者的價電子數目相同，并于元素周期表中同屬一族。

特性

元素周期表

名稱, 符號, 序號：鈦、Ti、22

系列：過渡金屬

族, 周期, 元素分區：4族, 4, d

密度、硬度：4507 kg/m3、6

顏色：銀色

Image:Ti,22.jpg

地殼含量0.41 %

原子量47.867 原子量單位

原子半徑(計算值)140(176)pm

共價半徑136 pm

范德華半徑無數據

價電子排布[氬]3d24s2

電子在每能級的排布2，8，10，2

氧化價(氧化物)4(兩性的)

晶體結構六角形

物質狀態固態

熔點1941 K(1668 °C)

沸點3560 K(3287 °C)

摩爾體積10.64×10-6m3/mol

汽化熱4.21 kJ/mol

熔化熱15.45 kJ/mol

蒸氣壓0.49 帕(1933K)

聲速4140 m/s(293.15K)

電負性1.54(鮑林標度)

比熱520 J/(kg·K)

電導率2.34×106/(米歐姆)

熱導率21.9 W/(m·K)

第一電離能658.8 kJ/mol

第二電離能1309.8 kJ/mol

第三電離能2652.5 kJ/mol

第四電離能4174.6 kJ/mol

第五電離能9581 kJ/mol

第六電離能11533 kJ/mol

第七電離能13590 kJ/mol

第八電離能16440 kJ/mol

第九電離能18530 kJ/mol

第十電離能20833 kJ/mol

同位素 豐度 半衰期 衰變模式 衰變能量

MeV 衰變產物

44Ti人造63年電子捕獲0.26844Sc

46Ti8.0 %穩定

47Ti7.3 %穩定

48Ti73.8 %穩定

49Ti5.5 %穩定

50Ti5.4 %穩定

47Ti49Ti

核自旋-5/2-7/2

靈敏度0.002090.00376

物理性質

在金屬元素中，鈦的比強度很高。它是一種高強度但低質量的金屬，而且具有相當好的延展性(尤其是在無氧的環境下)。鈦的表面呈銀白色金屬光澤[11]。它的熔點相對地高(超過1,649攝氏度)，所以是良好的耐火金屬材料。它具有順磁性，其電導率及熱導率皆甚低。

商業等級的鈦(純度為99.2%)具有約為434兆帕斯卡的極限抗拉強度，與低等級的鋼合金相若，但比鋼合金要輕45%。鈦的密度比鋁高60%，但強度是常見的6061-T6鋁合金的兩倍。鈦可被用于各種用途。某些鈦合金(例如βC)的抗拉強度達1,400帕斯卡。然而，當鈦被加熱至430攝氏度以上時，強度會減弱。

它具有相當的硬度，盡管比不上高等級的熱處理鋼。它不具磁性，同時是不良的導熱及導電體。用機械處理時需要注意，因為如不采用鋒利的器具及適當的冷卻手法，鈦會軟化，并留有壓痕。像鋼結構體一樣，鈦結構體也有疲勞極限，因此在某些應用上可保證持久耐用。鈦合金的比勁度一般不如鋁合金及碳纖維等其他物料，所以較少應用于需要高剛度的結構上。

鈦是一種雙型的同素異形體，在882攝氏度時，就會從六邊形的α型轉變成體心立方(晶格)的β型。在到達臨界溫度前，α型的比熱會隨著升溫而暴增，但到達后會下降，然后在β型下不論溫度地保持基本恒定。跟鋯和鉿類似，鈦還存在一種ω態，在高壓時熱力學穩定，但也可能在常壓下以介穩態存在。此態一般是六邊形(理想)或三角形(扭曲)，在軟性縱波聲頻光子導致β型(111)原子平面倒塌時能被觀測到。

化學性質

鈦的特性中，最為人稱道的就是它優良的抗腐蝕能力——它的抗蝕性幾乎跟鉑一樣好，鈦不受稀硫酸、稀鹽酸、氯氣、氯溶液及大部份有機酸的腐蝕，但仍可被濃酸溶解。雖然以下的電位-pH圖指出鈦在熱力學上是一種活性很高的金屬，但是它與水及空氣的反應是非常緩慢的。

在純水、高氯酸或氫氧化鈉中的鈦電位-pH圖

鈦在曝露在高溫空氣中時，會生成一層鈍氧化物保護膜，阻止氧化持續。在最初形成時，保護層只有一至二納米厚，但會緩慢地持續增厚;四年間可達25納米厚。但當鈦被置于高溫空氣中時，便很容易與氧產生反應。

這個反應在空氣溫度達1200攝氏度時便會發生，而在純氧中最低只需610攝氏度，生成二氧化鈦。因此不能在空氣中熔掉鈦，因為在到達熔點前鈦會先燃燒起來，所以只能在惰性氣體或真空中熔化鈦。在550攝氏度時，鈦會與氯氣結合。鈦亦會與其他鹵素結合，并吸收氫氣。

鈦也是少數會在純氮氣中燃燒的元素，達800攝氏度就會燃燒起來，生成一氮化鈦，導致脆化。

實驗指出，天然鈦在受到氘核轟擊后會具有放射性，主要釋放出正電子及硬性γ射線。

化合物

氧化態+4在鈦化學中占首要地位，但氧化態為+3的化合物亦屬常見。正因為這樣的高氧化態，許多鈦化合物中的共價鍵高度密集。

星彩藍寶石及紅寶石的星彩來自于它們所含的二氧化鈦雜質。鈦酸鹽是以二氧化鈦為原料的化合物。鈦酸鋇具有壓電性，因此可以被用于制造聲光轉換器。酒精與四氯化鈦反應會生成鈦酯，可被用于制作防水纖維。

一氮化鈦(TiN)具有與藍寶石及金剛砂相當的硬度(摩氏硬度9.0)，因此可作為各種切割工具的涂層，例如鉆頭。它的其他應用還包括裝飾用金色涂料及半導體器件制造用的圍墻金屬。

四氯化鈦(氯化鈦(IV)，TiCl4)是一種無色液體，也是二氧化鈦顏料制造過程的中間體[25]。作為一種路易斯酸，四氯化鈦在有機化學反應中有廣泛應用，例如向山羥醛反應。鈦另有一種氧化數較低的氯化物，三氯化鈦(氧化鈦(III)，TiCl3)，用作還原劑。

二氯化二茂鈦是一種重要的碳-碳鍵形成催化劑。異丙醇鈦用于夏普萊斯不對稱環氧化反應。其他化合物還包括溴化鈦(用于冶金術、超合金及高溫用電線線路及涂層)和碳化鈦(用于高溫切割工具及涂層)。

天然含量

2003年二氧化鈦的產量出產地 產量(千噸) 占總產量%

澳大利亞 1291.0 30.6

南非 850.0 20.1

加拿大 767.0 18.2

挪威 382.9 9.1

烏克蘭 357.0 8.5

其他國家 573.1 13.6

全世界 4221.0 100.0

由于四舍五入的關系，數值總和并不等于100%。

自然中的鈦總是與其他元素結合成化合物。它是地殼中含量第九高的元素(質量占地殼0.63%)，同時也是第七高的金屬。大部份的火成巖及由其演變成的沉積巖都含有鈦(生物及天然水體也含有鈦)。 實際上，在美國地質調查局分析過的801種火成巖中，784種含有鈦 鈦大約占土壤的0.5至1.5%。。

分布

它分布很廣，主要礦物為銳鈦礦、板鈦礦、鈦鐵礦、鈣鈦礦、金紅石、榍石及大部分鐵礦石。這些礦物中，只有金紅石和鈦鐵礦具有經濟價值，但即使是這兩種礦物，它們的高濃度礦源仍是很難找。鐵鈦礦的重要礦源主要分布于澳洲西部、加拿大、中國、印度、莫桑比克、新西蘭、挪威及烏克蘭[17]。北美洲及南非亦有大量開采金紅石，促使鈦金屬的年產量至九萬噸及二氧化鈦至四百三十萬噸[17]。據估計，鈦的貯藏量超過六億噸。

鈦可以在隕石中找到，并且已在太陽及M型恒星處偵測到鈦[4];M型恒星是溫度最冷的恒星，表面溫度為3,200攝氏度[30]。在阿波羅17號任務從月球帶回的巖石中，二氧化鈦含量達12.1%。鈦還可以在煤灰、植物，甚至人體中找到。

亞利桑那州立大學的專家馬克·羅賓遜(Mark Robinson)稱，一張新的月球地圖顯示，月球上有大量的鈦鐵礦資源，能夠從中提煉高純度的鈦，其儲藏量超過地球上的10倍。

同位素

天然生的鈦有五種穩定的同位素：46Ti、47Ti、48Ti、49Ti及50Ti，其中最常見的是48Ti(天然豐度為73.8%)。現時已知鈦共有十一種放射性同位素，其中比較穩定的有44Ti(半衰期63年)、45Ti(半衰期184.8分鐘)、51Ti(半衰期5.76分鐘)及52Ti(半衰期1.7分鐘)。而剩下的其他放射性同位素，半衰期最長只有33秒，而大部份的半衰期更在半秒以下。

鈦各同位素的原子重量，最輕有39.99u(40Ti)，最重有57.966u(58Ti)。最常見的穩定同位素，48Ti，其主要衰變模式為電子捕獲，衰變產物為元素21(鈧)的同位素;而其次的衰變模式為β衰變，產物為元素23(釩)的同位素。

歷史

克拉普羅特以希臘神話的泰坦為鈦命名。

1791年，鈦以含鈦礦物的形式在英格蘭的康沃爾郡被發現，發現者是英格蘭業余礦物學家格雷戈爾(Reverend William Gregor)，當時正業為負責康沃爾郡的克里特(Creed)教區的牧師。他在鄰近的馬納坎(Manaccan)教區中小溪旁找到了一些黑沙，后來他發現了那些沙會被磁鐵吸引，他意識到這種礦物(鈦鐵礦)包含著一種新的元素[5]。經過分析，發現沙里面有兩種金屬氧化物;氧化鐵(沙受磁鐵吸引的原因)及一種他無法辨識的白色金屬氧化物(45.25%)[29]。意識到這種未被辨識的氧化物含有一種未被發現的金屬，格雷戈爾對康沃爾郡皇家地質學會及德國的《化學年刊》發表了這次的發現。

大約就在同時，米勒·馮·賴興斯泰因(Franz-Joseph Müller von Reichenstein)也制造出類似的物質，但卻無法辨識它[5]。直到1795年，德國化學家克拉普羅特(Martin Heinrich Klaproth)獨立地從匈牙利的金紅石中再度發現到這種氧化物[31]。克拉普羅特發現到它含有一種新的物質，并以希臘神話中的泰坦(Titans)為其命名。當他聽聞到格雷戈爾較早前的發現之后，克拉普羅特取得了一些馬納坎礦物的樣本，并證實它含鈦。

從各種含鈦礦物中提煉鈦的過程既費工又昂貴;不能像對其他金屬地用碳去還原鈦，因為鈦與碳加熱時會生成碳化鈦。歷史上最早制備出純鈦(99.9%)，一直要到1910年，美國倫斯勒理工學院的亨特(Matthew A. Hunter)將四氯化鈦和鈉一起加熱至700-800攝氏度，提煉出高純度的鈦，這種方法被稱為亨特法。但是這時鈦的應用仍只限于實驗室，直到1932年克羅爾(William Justin Kroll)證明出可以利用鎂將四氯化鈦還原以提煉出鈦。八年后他改良了這個過程，當中使用鎂甚至是鈉來還原鈦，后來被稱為克羅爾法。盡管研究如何能更有效及便宜地提煉鈦的工作仍然持續(例如FFC劍橋法)，但是鈦金屬的商業提煉還在使用克羅爾法。

1925年，范·亞克(Anton Eduard van Arkel)及德·波耳(Jan Hendrik de Boer)發現了晶棒法(又稱碘法)，即與碘反應后再用熱燈絲從蒸氣中分離出純金屬[33]， 利用這個方法可生產出少量的超純鈦。

在1950年代至60年代年間，蘇聯率先將鈦用于軍事及潛艇用途(阿爾法級及M級)[34]，作為對冷戰的部份規劃[35]。自1950年代初起，鈦開始被用于各種軍事航空用途，尤其是制造高性能噴射機，最初的機體包括F-100超級軍刀及洛克希德A-12。

在美國，國防部意識到鈦這種金屬的戰略重要性，并支持了鈦早期的商業化行動。在整個冷戰時期期間，鈦一直被美國政府視為戰略材料，國家防御儲備中心內有大量海錦鈦庫存，直至2005年用盡為止。現時世界最大的鈦生產商，是俄羅斯的VSMPO-Avisma，據估計這家公司的全球市場占有率達29%。

2006年美國國防部向兩家公司聯合撥款五百七十萬美元，研發制造鈦金屬粉末的新方法。在熱力與壓力下，這種粉末可用于制作各種強度高且重量輕的物件，從裝甲敷板到航天、運輸、化工用元件。

發現

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，并以希臘神話人物Titans(提坦神)命名。1910年美國人亨特四氯化鈦制得較純的金屬鈦。盧森堡科學家克勞爾 (W.J.Kroll)1932年用鈣還原四氯化鈦制得鈦;1940年又在氬氣保護下用鎂還原四氯化鈦制得鈦，此方法是70年代工業生產方法的基礎。

制備

硝酸鋯與氫氧化鈦處理鈦金屬主要分四個步驟[41]：

一、把鈦礦石還原成“海綿體”(一種透氣的形態);

二、制造鑄錠，熔化海綿體(或用海綿體加一種母合金)來形成鑄錠;

三、初部制造，把鑄錠制成一般機械制品，如坯、棒、板、片、條及管;

四、加工制造，把機械制品進一步加工成型。

由于鈦在高溫時會與氧氣反應的關系，所以不能用還原反應來從氧化物中提煉鈦[11]。因此商業上提煉鈦金屬要用到克羅爾法，一種既繁復又昂貴的分批處理法。(鈦的市價相對地高，是因為在提煉的過程中，需要犧牲另一種昂貴的金屬——鎂。)在克羅爾法中，氧化物首先經過碳氯化，轉化成氯化物，過程中氯氣會在有碳的情況下，通過紅熱的金紅石或鈦鐵礦，生成四氯化鈦(TiCl4)。氯化物經分餾法濃縮及提純后，在800攝氏度的氬氣中被熔鎂還原成鈦。

一種最近開發的提煉法，FFC劍橋法，日后有可能完全取代克羅爾法。此法的原料是粉末狀的二氧化鈦(一種精煉過的金紅石)，而最后成品則會是鈦粉末或海綿體。假如在原料的粉末中混入粉末狀的氧化物，那么成品就會是廉價鈦合金，這樣做比使用一般的多步熔化法要便宜得多。FFC劍橋法使鈦不像從前那樣的如此稀少和昂貴，可為航天工業及奢侈品市場提供更多的選擇，同時可取代一些制品中的鋁或特殊等級的鋼。

一般鈦合金是由還原反應所造出來的。例如，銅鈦合金(把加了銅的金紅石還原而成)、碳鈦鐵合金(把鈦鐵礦和焦炭用電爐還原而成)和錳鈦合金(金紅石加錳或氧化錳)都是經還原而成的。

2FeTiO3 + 7Cl2 + 6C (900 °C) → 2TiCl4 + 2FeCl3 + 6CO

TiCl4 + 2Mg (1100 °C) → 2MgCl2 + Ti

現時鈦與鈦合金共有大約50種指定品位，盡管市面上能容易買到的就只有六種。美國材料試驗協會(ASTM)承認31種鈦金屬及合金品位，其中1至4號品位在商業上屬純鈦(非合金)。這四種品位以它們不同的抗拉強度區分，也就是含氧百分比，其中1號品位韌性最佳(抗拉強度低，含氧量0.18%)，4號最差(抗拉強度高，含氧量0.40%)。其余品位皆為合金，每一種配方都有其特定的用途，例如韌性、強度、硬度、電阻、抗蠕變及抗腐蝕(特定某種介質或同時多種)。

美國材料試驗協會所指定的品位及其他合金，亦會按照各種規格生產，例如航天及軍事規格(SAE-AMS, MIL-T)、ISO標準、各國的特定標準以及用家所需的規格(航天、軍事、醫學及工業用)。

至于加工方面，鈦的所有焊接必需在氬或氦其中一種惰性氣體中進行，否則鈦會被空氣中的氧、氮或氫等氣體污染。污染會引起各種情況，包括脆化，而脆化會減低焊接后的整體性，并導致連接失敗。商業純鈦的扁平產品(片、板)制造起來很容易，但處理時必須注意鈦金屬有“記憶”特性，有彈回原形的傾向。有幾種高強度合金更尤其如此。鈦金屬一般可以用跟不銹鋼一樣的機器及方法處理。

用途

鈦是鋼的一種合金用元素(鈦鐵)，鈦會縮小鋼的晶粒大小，同時作為脫氧劑的鈦會減低鋼的含氧量;在不銹鋼中加鈦會減低含碳量[3]。鈦常與其他金屬制成合金，這些金屬有鋁(改良晶粒大小)、釩、銅(硬化)、鎂及鉬等。鈦的機械制品(片、

板、管、線、鍛件、鑄件)在工業、航天、休閑及新興市場上都有應用。鈦粉在煙火制造上用于提供明亮的燃燒顆粒。

顏料、添加劑及涂料

從地球表面被開采的鈦礦石中，約95%都被送往提煉成二氧化鈦(TiO2)，一種超白的持久顏料，被用于制造涂料、紙張、牙膏及塑膠[50]。二氧化鈦也被用于水泥、寶石、造紙用遮光劑[51]及石墨復合魚桿、高爾夫球桿的強化劑。

粉末狀的TiO2化學上具惰性，陽光下不褪色，而且很不透光：就是這些性質，使得它能夠為制造家用塑膠的灰色或棕色化學品帶來艷麗的純白色[5]。在自然中，二氧化鈦這種化合物可在銳鈦礦、板鈦礦及金紅石這幾種礦物中找到[3]。用二氧化鈦制成的涂料能夠耐高溫，輕度阻止塵污積聚，及抵受海洋環境帶來的影響[5]。純二氧化鈦的折射率非常高，而且對光學色散能力比鉆石還高[4]。除了作為一種很重要的顏料之外，防曬油也要用到二氧化鈦，因為它本身就能保護皮膚[11]。

最近，它還被用在空氣凈化器(過濾器涂層)，及貼在建筑物窗上的薄膜，這種薄膜在接觸到紫外線(太陽或人工)或空氣中的水份時，會產生帶高度活性的氧化還原物種，如羥基，能凈化空氣或保持窗面清潔[52]。

航天及航海

由于它的高抗拉強度-密度比[8]、優良的抗腐蝕性[4]、抗疲乏性、抗裂痕性[53]及能夠在沒有蠕變的情況下抵受適度高溫，鈦合金被用于航空器、裝甲敷板、海軍艦只、航天器與導彈[4][5]。在這些應用中，鈦與鋁、釩及其他元素所制成的合金，用于制造各種元件，包括關鍵的架構部件、防火墻、起落架、排氣管(直升機)及液壓系統。事實上，約三分二的鈦金屬生產量被用于制造航天器引擎及構架[54]。SR-71“黑鳥”是最早在架構上廣泛使用鈦的機體，為現代軍用及商用機體的鈦應用鋪好了路。據估計，生產波音777要用59噸鈦，波音747要44噸，波音737要18噸，空中客車A340要32噸，空中客車A330要18噸，空中客車A320要12噸。空中客車A380可能要用146噸，其中引擎要26噸[55]。在引擎應用上，鈦被用于轉子、壓縮機葉片、液壓系統元件及短艙。在航空應用的鈦合金中，鈦6AL-4V占幾乎50%[56]。

由于不易被海水腐蝕，鈦被用于制造螺槳軸、索具及用于海水淡化廠的換熱器[4];還被用于咸水水族館的冷熱水器、釣魚線及潛水用刀。鈦被用于制造海洋監視部署的住房及其他元件，及用于以及科學用或軍用的監察儀。前蘇聯研發出主要用鈦制造潛艇的技術[57]。

工業

化工及石油化工領域需要用到焊鈦制的管道及加工設備(換熱器、槽、加工用容器、閥)，主要原因是鈦的抗腐蝕性。井內與鎳濕法冶金應用要用到特定的幾種合金，如鈦βC，因為需要高強度、高抗腐蝕性或兩者同時。制紙業某些會面對腐蝕性介質的生產設備會用到鈦，這些腐蝕性介質包括次氯酸鈉或濕氯氣(用于漂白)。其他應用包括：超聲波焊接、熔錫波焊及濺鍍目標。

四氯化鈦(TiCl4)是一種無色液體，在生產二氧化鈦的過程中的是一種重要的中間物，可用于生產齊格勒-納塔催化劑及制造鍍銥玻璃，還由于它在濕氣中會產生濃煙，所以可以用四氯化鈦來制造煙幕。

消費品及建材

鈦金屬被用于汽車，尤其是賽車(汽車或摩托)，在這領域減低重量，但同時不失強度及剛度是極其重要的 。一般來說，鈦金屬對普羅大眾的消費市場來說太昂貴了，很難會有銷路，所以它的主要市場是高檔產品，尤其是競賽用/高性能市場。最新款的Corvette跑車可選配鈦制排氣系統 。

鈦被用于各種體育用品：網球拍、高爾夫球桿、袋棍球棒手柄;板球、曲棍球、袋棍球及美式足球的頭盔上的護架;以及自行車的骨架及元件。盡管鈦并不是自行車生產的主流材料，但仍有運動選手及自行車冒險愛好者使用鈦制的自行車[63]。鈦合金亦被用于制造眼鏡框架[64]，雖然這種鏡框會有點昂貴，但是它重量輕又很經久耐用，而且不會造成皮膚敏感。許多野外背包客都有鈦制的裝備，包括煮食用具、餐具、提燈及帳蓬的標樁[64]。雖然比傳統的鋼或鋁制的同類稍貴，這些鈦制品要輕得多但強度不減。蹄鐵匠也偏好使用鈦，因為鈦制的馬蹄鐵比鋼制的更輕且更耐用[64] 。

由于它的耐久性，鈦制的名牌珠寶(尤其是鈦戒指)開始普遍起來[64]。鈦的惰性成了要選擇它的原因，特別是對有皮膚敏感或會在特定環境中(如游泳池)佩戴首飾的人。鈦的耐久性、輕重量、防凹性及耐腐蝕性，使它成為生產手表外殼用的理想材料。有些藝術家用鈦來制作藝術品，例如雕塑、裝飾品及家具[65]。

鈦偶爾會被用在有關建筑的應用上：位于莫斯科高40米的加加林紀念柱，為紀念第一名太空人尤里·加加林而建造，就是以鈦建成的，選用鈦的原因是因為它吸引的顏色以及跟火箭技術的關連。西班牙的畢爾包古根漢美術館及美國喜瑞都的千禧圖書館分別是歐洲和北美最早使用鈦壁板護層的建筑[54]。其他使用鈦壁板護層的建筑還有位于美國科羅拉多州丹佛藝術博物館的漢密頓樓，及位于莫斯科高107米的征服太空紀念碑。

比起槍支傳統上用的金屬(鋼、不銹鋼及鋁)，鈦的強度低質量較為優勝，加上在金屬制造上的發展，用鈦來制造槍支開始變得普遍。主要用途包括手槍支架及左輪手槍的轉輪。基于同樣的理由，筆記本電腦的主體也會用到鈦(例如蘋果的PowerBook系列)。

有些高價位市場賣的工具，既輕量又耐腐蝕，例如鏟子及手電筒，也會用鈦合金制造。

醫學

整形植入物

小型鈦片及螺絲被用于固定眼框骨折的斷骨。

由于它的生物相容性(無毒及不被人體排斥)，鈦在醫學上有廣泛應用，當中包括外科用具及植入物，例如替換髖骨框及球關節，最長可用20年。這種用途的鈦一般與4%鋁或6%鋁加4%釩制成合金。

鈦有一種固有的骨融合特性，使得鈦制的牙科植入物能在原位上逗留30年。這種特性對整形植入物而言亦相當有用[31]。使用鈦的好處還有鈦較低的彈性模量(楊氏模量)，與骨較為接近，植入物是以修補骨骼為目的而造。因此骨骼負重會更平均地分布于骨及植入物之間，這樣會減低骨質流失的機會，因為如果負重不均就會有應力遮閉(骨骼應力因植入物而減低所導致的骨質流失)，以及外科植入物與骨之間的義肢周骨折。然而，鈦合金的剛性仍是骨的兩倍，所以植入物周邊骨的受力仍是會大幅減少，并可能因此退化。

由于鈦不具鐵磁性，有鈦植入物的病人能安全地接受核磁共振成像的檢查(這對有長期植入物的人士來說是很方便的)。準備植入人體的鈦要經過等離子弧的高溫加熱，移除表面原子，新露出的表面隨即被氧化。

穿洞

鈦的惰性以及能夠被上成各種吸引的顏色，使得用這種金屬為身體穿洞受到歡迎。鈦經陽極處理時可被制成各種顏色，這個處理過程可調較氧化層的厚度，及造出干涉條紋(明暗相間)。

其他

鈦被制成圖像導引手術用的外科器具，還有輪椅、丁形拐杖及其他需要高強度低重量的產品。

危害

蕁麻的含鈦量最高可達百萬分之八十。

鈦沒有毒性，即使大劑量時也是如此，鈦在人體中不會發生任何自然作用。據估計，人每天會攝取約0.8毫克鈦，但大部分都在沒有被吸收的情況下通過。然而，含有硅土的組織會出現生物累積鈦的傾向。在植物中，一種未知的機制可能會用鈦來刺激碳水化合物的生產并促進生長。這可能解釋到為何大部分植物的含鈦量約為百萬分之1(ppm)，而食用植物的含鈦量則約為2ppm，木賊及蕁麻更最高可達80ppm。

粉末狀的鈦及刨削下來的鈦薄片很容易引起火災，而且在空氣中會因加熱而發生爆炸[74]。水及二氧化碳類的滅火法對燃燒中的鈦無效;必須改為使用D類干粉滅火劑。

當生產或處理氯氣時，必須小心注意鈦只能用在周圍沒有干氯氣的地方，否則會引起鈦/氯火災[75]。即使是濕氯氣也是火災隱患，因為在異常的天氣狀況下濕氯氣可能會意外地變干。

鈦未經氧化的新表面與液態氧接觸后可能會起火。這種表面可以由經氧化的鈦表面跟硬物碰撞后所形成，或在力學應變導致的裂痕內形成。因此在液態氧的系統內使用鈦很可能有限制，例如航天工業就會有這種系統。

自然界分布

鈦在自然界分布極廣，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。巖礦主要產于中國、 加拿大、 美國、蘇聯、挪威等國;砂礦主要產于澳大利亞、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。

鈦的冶煉

制取金屬鈦的流程制取金屬鈦的原料主要為金紅石，其中含TiO2大于96%。缺少金紅石礦的國家,例如蘇聯,則采用鈦鐵礦制成的“高鈦渣”，其中含TiO290%左右。近年因天然金紅石漲價和儲量日減，各國都趨向于用鈦鐵礦制成富鈦料，即高鈦渣和人造金紅石。

富集 方法有電爐法、銹蝕法、酸浸法等。

經過選礦,制得鈦鐵礦精礦,其中含TiO2大致為48～62%。①鈦鐵礦精礦與石油焦、紙漿混合后，在電爐中進行熔煉,可得到生鐵和高鈦渣,其中TiO2含量視用途不同加以控制。②也可將鈦鐵礦在回轉窯內用炭還原，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溶液的銹蝕,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，宜采用酸浸法。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。鈦鐵礦經酸浸后可制得人造金紅石。

氯化 金紅石或人造金紅石,采用流態化氯化法,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。制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后，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于分離。三種方法各有利弊，工業上都有采用。

海綿鈦的制取 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。

硫酸法生產鈦白的流程

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并回收。也有用酸浸法除去的。真空蒸餾溫度為 950～1000℃，要求最后真空度為10-5托左右。

鈉熱還原過程比鎂熱還原過程易于實現連續化，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。后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)，因此制成的鈦合金加工性能好。

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。

美國的產量為67萬噸,60%以上用氯化氧化法生產

鈦白 在整個鈦工業中，制取金屬鈦耗用的金紅石和鈦鐵礦,僅占總量的10%左右，而制取鈦白耗用的,則占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??穩定性高，遮蓋性能和光澤好，是優質的白色顏料。鈦白近年大量用于油漆、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Fe還原成Fe,除去不溶殘渣后，冷凍至-3到-5℃以分離FeSO4·7H2O,濃縮后加入晶種進行水解，得TiO2的水合物。經固液分離，加鹽處理劑，煅燒、研磨和表面處理后得鈦白粉。

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,通過氯化精制得到的精TiCl4,經氧化和后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。