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钛是地壳中第九大丰富元素,但纯钛产品并不常见,因为从钛矿石中去除氧气的成本很高。降低成本将鼓励制造商在其产品中充分利用钛的极高实用性。
现在,在《自然通讯》杂志发表的一项研究中,东京大学工业技术研究所的研究人员开发出了一种可以降低生产几乎完全不含氧的钛的成本的工艺。这种除氧方案可能有利于技术发展和环境可持续性。
钛是一种用途极为广泛的材料,因为它不仅通常能抵抗化学损伤,而且坚固而轻便。例如,与其他金属相比,钛的重量较轻,这就是为什么现代 iPhone 的底座框架采用钛合金制成,尽管成本较高。
不幸的是,由于制备高纯度钛需要大量能源和资源,生产超纯钛的成本比制造钢(一种铁合金)和铝高得多。开发一种廉价、简单的制备方法,并促进工业和普通消费者的产品开发,是研究人员想要解决的问题。
“工业界大量生产铁和铝金属,但不会大量生产钛金属,因为从矿石中去除氧气的成本太高,”这项研究的主要作者 Toru H. Okabe 解释道。“我们使用一种基于稀土金属的创新技术,将钛中的氧气含量降低到单位质量的 0.02%。”
研究人员方案中的一个关键步骤是将熔融的钛与钇金属和三氟化钇或类似物质反应。最终结果是低成本、固体、脱氧的钛合金。反应后的钇可以回收再利用。研究人员工作的亮点是,即使是含有大量氧气的钛废料也可以用这种方式处理。
Toru H. Okabe 表示:“我们对我们的方案的多功能性感到非常兴奋。中间化合物的缺乏和简单的程序将有利于该方案在工业中的应用。”
这项研究是提高高纯度钛利用率的重要一步。这项研究的局限性在于,所得脱氧钛含有高达 1% 质量分数的钇;钇会影响钛合金的机械和化学性能。解决钇污染问题后,将其应用于工业制造将变得非常简单。
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