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网站百科： 简介 /钛 元素原子量：47.87CASNo.：7440-32-6EINECS号：241-036-9元素在海水中的含量：（ppm)0.00048元素在太阳中的含量：（ppm)4元素类型：金属核内质子数：22核外电子数：22元素周期表钛元素周期表钛核电荷数：22外围电子层排布：3d24s2电子层：K-L-M-N质子质量：3.6806E-26质子相对质量：22.154原子体积：（立方厘米/摩尔)10．64地壳中含量：（ppm）5600以下为增加内容：氧化态：MainTi+4OtherTi-1,Ti0,Ti+2,Ti+3所属周期：4所属族数：ⅣB摩尔质量：48氢化物：TiH4氧化物：TiO*价氧化物化学式：TiO2密度：4.54g/立方厘米熔点：1660.0℃沸点：3287.0℃电离能(kJ/mol)M-M+658M+-M2+1310M2+-M3+2652M3+-M4+4175M4+-M5+9573M5+-M6+11516M6+-M7+13590M7+-M8+16260M8+-M9+18640M9+-M10+20830外围电子排布：2884核外电子排布：2,8,10,2晶体结构：晶胞为六方晶胞。晶胞参数：a=295.08pmb=295.08pmc=468.55pmα=90°β=90°γ=120°莫氏硬度：6声音在其中的传播速率：（m/S）5090颜色和状态：银灰色金属原子半径：2常见化合价：+2,+3,+4发现人：格列高尔发现年代：1791年已知的钛的同位素有13种，包括钛-41至钛-53。其中钛的稳定同位素有钛-46，钛-47，钛-48，钛-49，钛-50共五种，其余的同位素均有放射性。 发现 /钛 1791年英国格雷戈尔（W.Gregor）在研究钛铁矿时，认为其中含有一种新的金属元素。1795年奥地利科学家克拉普罗特（M.H.Klaproth）在研究金红石时，发现了这一新元素，并以希腊神话人物Titans（提坦神）命名。1910年美国人亨特四氯化钛制得较纯的金属钛。卢森堡科学家克劳尔(W.J.Kroll)1932年用钙还原四氯化钛制得钛；1940年又在氩气保护下用镁还原四氯化钛制得钛，此方法是70年代工业生产方法的基础。 历史 /钛 克拉普罗特以希腊神话的泰坦为钛命名。 1791年，钛以含钛矿物的形式在英格兰的康沃尔郡被发现，发现者是英格兰业余矿物学家格雷戈尔（ReverendWilliamGregor），当时正业为负责康沃尔郡的克里特（Creed）教区的牧师。他在邻近的马纳坎（Manaccan）教区中小溪旁找到了一些黑沙，后来他发现了那些沙会被磁铁吸引，他意识到这种矿物（钛铁矿）包含着一种新的元素。经过分析，发现沙里面有两种金属氧化物；氧化铁（沙受磁铁吸引的原因）及一种他无法辨识的白色金属氧化物(45.25%)。意识到这种未被辨识的氧化物含有一种未被发现的金属，格雷戈尔对康沃尔郡皇家地质学会及德国的《化学年刊》发表了这次的发现。 大约就在同时，米勒·冯·赖兴斯泰因（Franz-JosephMüllervonReichenstein）也制造出类似的物质，但却无法辨识它。直到1795年，德国化学家克拉普罗特（MartinHeinrichKlaproth）独立地从匈牙利的金红石中再度发现到这种氧化物。克拉普罗特发现到它含有一种新的物质，并以希腊神话中的泰坦（Titans）为其命名。当他听闻到格雷戈尔较早前的发现之后，克拉普罗特取得了一些马纳坎矿物的样本，并证实它含钛。 从各种含钛矿物中提炼钛的过程既费工又昂贵；不能像对其他金属地用碳去还原钛，因为钛与碳加热时会生成碳化钛。历史上最早制备出纯钛(99.9%)，一直要到1910年，美国伦斯勒理工学院的亨特（MatthewA.Hunter）将四氯化钛和钠一起加热至700－800摄氏度，提炼出高纯度的钛，这种方法被称为亨特法。但是这时钛的应用仍只限于实验室，直到1932年克罗尔（WilliamJustinKroll）证明出可以利用镁将四氯化钛还原以提炼出钛。八年后他改良了这个过程，当中使用镁甚至是钠来还原钛，后来被称为克罗尔法。尽管研究如何能更有效及便宜地提炼钛的工作仍然持续（例如FFC剑桥法），但是钛金属的商业提炼还在使用克罗尔法。 1925年，范·亚克（AntonEduardvanArkel）及德·波耳（JanHendrikdeBoer）发现了晶棒法（又称碘法），即与碘反应后再用热灯丝从蒸气中分离出纯金属，利用这个方法可生产出少量的超纯钛。 在1950年代至60年代年间，苏联率先将钛用于军事及潜艇用途（阿尔法级及M级），作为对冷战的部份规划。自1950年代初起，钛开始被用于各种军事航空用途，尤其是制造高性能喷射机，最初的机体包括F-100超级*及洛克希德A-12。 在美国，国防部意识到钛这种金属的战略重要性，并支持了钛早期的商业化行动。在整个冷战时期期间，钛一直被美国政府视为战略材料，国家防御储备中心内有大量海锦钛库存，直至2005年用尽为止。现时世界*钛生产商，是俄罗斯的VSMPO-Avisma，据估计这家公司的全球市场占有率达29%。 2006年美国国防部向两家公司联合拨款五百七十万美元，研发制造钛金属粉末的新方法。在热力与压力下，这种粉末可用于制作各种强度高且重量轻的物件，从装甲敷板到航天、运输、化工用元件。[1] 物理性质 /钛 钛是钢与合金中重要的合金元素，钛的密度为4.506-4.516克/立方厘米（20℃），高于铝而低于铁、铜、镍。但比强度位于金属之首。[6]熔点1668±4℃，熔化潜热3.7-5.0千卡/克原子，沸点3260±20℃，汽化潜热102.5-112.5千卡/克原子，临界温度4350℃，临界压力1130大气压。钛的导热性和导电性能较差，近似或略低于不锈钢，钛具有超导性，纯钛的超导临界温度为0.38-0.4K。在25℃时，钛的热容为0.126卡/克原子·度，热焓1149卡/克原子，熵为7.33卡/克原子·度，金属钛是顺磁性物质，导磁率为1.00004。 钛具有可塑性，高纯钛的延伸率可达50-60%，断面收缩率可达70-80%，但收缩强度低（即收缩时产生的力度），不宜作结构材料。钛中杂质的存在，对其机械性能影响极大，特别是间隙杂质（氧、氮、碳）可大大提高钛的强度，显著降低其塑性。钛作为结构材料所具有的良好机械性能，就是通过严格控制其中适当的杂质含量和添加合金元素而达到的。 化学性质 /钛 钛在较高的温度下，可与许多元素和化合物发生反应。各种元素，按其与钛发生不同反应可分为四类： *类：卤素和氧族元素与钛生成共价键与离子键化合物； 第二类：过渡元素、氢、铍、硼族、碳族和氮族元素与钛生成金属间化物和有限固溶体； 第三类：锆、铪、钒族、铬族、钪元素与钛生成无限固溶体； 第四类：惰性气体、碱金属、碱土金属、稀土元素（除钪外），锕、钍等不与钛发生反应或基本上不发生反应。与化合物HF和氟化物氟化氢气体在加热时与钛发生反应生成TiF4，反应式为⑴；不含水的氟化氢液体可在钛表面上生成一层致密的四氟化钛膜，可防止HF浸入钛的内部。氢氟酸是钛的最强溶剂。即使是浓度为1%的氢氟酸，也能与钛发生激烈反应，见式⑵；无水的氟化物及其水溶液在低温下不与钛发生反应，仅在高温下熔融的氟化物与钛发生显著反应。 Ti+4HF=TiF4+2H2+135.0千卡⑴2Ti+6HF=2TiF3+3H2⑵HCl和氯化物氯化氢气体能腐蚀金属钛，干燥的氯化氢在>300℃时与钛反应生成TiCl4，见式⑶；浓度<5%的盐酸在室温下不与钛反应，20%的盐酸在常温下与钛发生瓜在生成紫色的TiCl3，见式⑷；当温度长高时，即使稀盐酸也会腐蚀钛。各种无水的氯化物，如镁、锰、铁、镍、铜、锌、汞、锡、钙、钠、钡和NH4+离子及其水溶液，都不与钛发生反应，钛在这些氯化物中具有很好的稳定性。 Ti+4HCl=TiCl4+2H2+94.75千卡⑶2Ti+6HCl=TiCl3+3H2⑷硫酸和硫化氢钛与5%的硫酸有明显的反应，在常温下，约40%的硫酸对钛的腐蚀速度最快，当浓度大于40%，达到60%时腐蚀速度反而变慢，80%又达到最快。加热的稀酸或50%的浓硫酸可与钛反应生成硫酸钛，见式⑸、⑹，加热的浓硫酸可被钛还原，生成SO2，见式⑺。常温下钛与硫化氢反应，在其表面生成一层保护膜，可阻止硫化氢与钛的进一步反应。但在高温下，硫化氢与钛反应析出氢，见式⑻，粉末钛在600℃开始与硫化氢反应生成钛的硫化物，在900℃时反应产物主要为TiS，1200℃时为Ti2S3。 Ti+H2SO4=TiSO4+H2⑸2Ti+3H2SO4=Ti2(SO4)3+3H2⑹ 2Ti+6H2SO4=Ti2(SO4)3+3SO2+6H2O+202千卡⑺Ti+H2S=TiS+H2+70千卡⑻硝酸和王水致密的表面光滑的钛对硝酸具有很好的稳定性，这是由于硝酸能快速在钛表面生成一层牢固的氧化膜，但是表面粗糙，特别是海绵钛或粉末钛，可与次、热稀硝酸发生反应，见式⑼、⑽，高于70℃的浓硝酸也可与钛发生反应，见式⑾；常温下，钛不与王水反应。温度高时，钛可与王水反应生成TiCl2。 3Ti+4HNO3+4H2O=3H4TiO4+4NO⑼3Ti+4HNO3+H2O=3H2TiO3+4NO⑽ Ti+8HNO3=Ti(NO3)4+4NO2+4H2O⑾综上所述，钛的性质与温度及其存在形态、纯度有着极其密切的关系。致密的金属钛在自然界中是相当稳定的，但是，粉末钛在空气中可引起自燃。钛中杂质的存在，显著的影响钛的物理、化学性能、机械性能和耐腐蚀性能。特别是一些间隙杂质，它们可以使钛晶格发生畸变，而影响钛的的各种性能。常温下钛的化学活性很小，能与氢氟酸等少数几种物质发生反应，但温度增加时钛的活性迅速增加，特别是在高温下钛可与许多物质发生剧烈反应。钛的冶炼过程一般都在800℃以上的高温下进行，因此必须在真空中或在惰性气氛保护下操作。金属钛的物理性质金属钛（Ti），灰色金属。原子序数为22，相对原子质量47.87。核外电子在亚层中的排布情况为1S22S22P63S23P63d24S2。金属活动性在镁、铝之间，常温下并不稳定，因此在自然界中只以化合态存在，常见的钛的化合物有钛铁矿（FeTiO3）、金红石（TiO2）等。钛在地壳中含量较高，排行第九，达5600ppm，换算成百分比为0.56%。纯钛密度为4.54×103kg/m3，摩尔体积为10.54cm3/mol，硬度较差，莫氏硬度只有4左右，因此延展性好。钛的热稳定性很好，熔点为1660±10℃，沸点为3287℃。金属钛的化学性质 金属钛在高温环境中的还原能力极强，能与氧、碳、氮以及其他许多元素化合，还能从部分金属氧化物（比如氧化铝）中夺取氧。常温下钛与氧气化合生成一层极薄致密的氧化膜，这层氧化膜常温下不与硝酸，稀硫酸，稀盐酸反应，以及酸中之王——王水。它与氢氟酸、浓盐酸、浓硫酸反应。 发展历程钛元素发现于1789年，1908年挪威和美国开始用硫酸法生产钛白，1910年在试验室中*次用钠法制得海绵钛，1948年美国杜邦公司才用镁法成吨生产海绵钛---这标志着海绵钛即钛工业化生产的开始。 中国钛工业起步于20世纪50年代。1954，北京有色金属研究总院开始进行海绵钛制备工艺研究，1956年国家把钛当作战略金属列入了12年发展规划，1958年在抚顺铝厂实现了海绵钛工业试验，成立了中国*海绵钛生产车间，同时在沈阳有色金属加工厂成立了中国*钛加工材生产试验车间。 20世纪60-70年代，在国家的统一规划下，先后建设了以遵义钛厂为代表的10余家海绵钛生产单位，建设了以宝鸡有色金属加工厂为代表的数家钛材加工单位，同时也形成了以北京有色金属研究总院为代表的科研力量，成为继美国、前苏联和日本之后的第四个具有完整钛工业体系的国家。 1980年前后，中国海绵钛产量达到2800吨，然而由于当时大多数人对钛金属认识不足，钛材的高价格也限制了钛的应用，钛加工材的产量仅200吨左右，中国钛工业陷入困境。在这种情况下，由当时国务院副总理方毅同志倡导，朱镕基和袁宝华同志支持，于1982年7月成立了跨部委的全国钛应用推广领导小组，专门协调钛工业的发展事宜，促成了20世纪80年代至90年代初期中国海绵钛和钛加工材产销两旺、钛工业快速平稳发展的良好局面。 综上所述，中国钛工业大致经历了三个发展期：即20世纪50年代的开创期，60-70年代的建设期和80-90年代的初步发展期。在新世纪，得益于国民经济的持续、快速发展，中国钛工业也进入了一个快速成长期。 钛耐腐蚀，所以在化学工业上常常要用到它。过去，化学反应器中装热硝酸的部件都用不锈钢。不锈钢也怕那强烈的腐蚀剂——热硝酸，每隔半年，这种部件就要统统换掉。用钛来制造这些部件，虽然成本比不锈钢部件贵一些，但是它可以连续不断地使用五年，计算起来反而合算得多。 在电化学中，钛是单向阀型金属，电位很负，通常无法用钛作为阳极进行分解。 钛的*缺点是难于提炼。主要是因为钛在高温下化合能力极强，可以与氧、碳、氮以及其他许多元素化合。因此，不论在冶炼或者铸造的时候，人们都小心地防止这些元素“侵袭”钛。在冶炼钛的时候，空气与水当然是严格禁止接近的，甚至连冶金上常用的氧化铝坩埚也禁止使用，因为钛会从氧化铝里夺取氧。人们利用镁与四氯化钛在惰性气体——氦气或氩气中相作用，来提炼钛。 人们利用钛在高温下化合能力极强的特点，在炼钢的时候，氮很容易溶解在钢水里，当钢锭冷却的时候，钢锭中就形成气泡，影响钢的质量。所以炼钢工人往钢水里加进金属钛，使它与氮化合，变成炉渣一—氮化钛，浮在钢水表面，这样钢锭就比较纯净了。 当超音速飞机飞行时，它的机翼的温度可以达到500℃。如用比较耐热的铝合金制造机翼，一到二三百度也会吃不消，必须有一种又轻、又韧、又耐高温的材料来代替铝合金而钛恰好能够满足这些要求。钛还能经得住零下一百多度的考验，在这种低温下，钛仍旧有很好的韧性而不发脆。 利用钛和锆对空气的强大吸收力，可以除去空气，造成真空。比方，利用钛制成的真空泵，可以把空气抽到只剩下十万亿分之一。 钛的氧化物——二氧化钛，是雪白的粉末，是*白色颜料，俗称钛白。以前，人们开采钛矿，主要目的便是为了获得二氧化钛。钛白的粘附力强，不易起化学变化，永远是雪白的。特别可贵的是钛白无毒。它的熔点很高，被用来制造耐火玻璃，釉料，珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。 二氧化钛是世界上最白的东西，1克二氧化钛可以把450多平方厘米的面积涂得雪白。它比常用的白颜料一—锌钡白还要白5倍，因此是调制白油漆的*颜料。世界上用作颜料的二氧化钛，一年多到几十万吨。二氧化钛可以加在纸里，使纸变白并且不透明，效果比其他物质大10倍，因此，钞票纸和美术品用纸就要加二氧化钛。此外，为了使塑料的颜色变浅，使人造丝光泽柔和，有时也要添加二氧化钛。在橡胶工业上，二氧化钛还被用作为白色橡胶的填料。 四氯化钛是种有趣的液体，它有股刺鼻的气味，在湿空气中便会大冒白烟——它水解了，变成白色的二氧化钛的水凝胶。在军事上，人们便利用四氯化钛的这股怪脾气，作为人造烟雾剂。特别是在海洋上，水气多，一放四氯化钛，浓烟就象一道白色的长城，挡住了敌人的视线。在农业上，人们利用四氟化钛来防霜。 钛酸钡晶体有这样的特性：当它受压力而改变形状的时候，会产生电流，一通电又会改变形状。于是，人们把钛酸钡放在超声波中，它受压便产生电流，由它所产生的电流的大小可以测知超声波的强弱。相反，用高频电流通过它，则可以产生超声波。几乎所有的超声波仪器中，都要用到钛酸钡。除此之外，钛酸钡还有许多用途。例如：铁路工人把它放在铁轨下面，来测量火车通过时候的压力；医生用它制成脉搏记录器。用钛酸钡做的水底探测器，是锐利的水下眼睛，它不只能够看到鱼群，而且还可以看到水底下的暗礁、冰山和敌人的潜水艇等。 冶炼钛时，要经过复杂的步骤。把钛铁矿变成四氯化钛，再放到密封的不锈钢罐中，充以氩气，使它们与金属镁反应，就得到“海绵钛”。这种多孔的“海绵钛”是不能直接使用的，还必须把它们在电炉中融化成液体，才能铸成钛锭。但制造这种电炉又谈何容易。除了电炉的空气必须抽干净外，更伤脑筋的是，简直***盛装液态钛的坩埚，因为一般耐火材料都含有氧化物，而其中的氧就会被液态钛夺走。后来，人们终于发明了一种“水冷铜坩埚”的电炉。这种电炉只有中央一部分区域很热，其余部分都是冷的，钛在电炉中熔化后，流到用水冷却的铜坩埚壁上，马上凝成钛锭。用这种方法已经能够生产几吨重的钛块，但它的成本就可想而知了。 发现过程钛是英国化学家格雷戈尔（GregorRW，1762—1817。）在1791年研究钛铁矿和金红石时发现的。四年后，1795年，德国化学家克拉普罗特(KlaprothMH，1743—1817。）在分析匈牙利产的红色金红石时也发现了这种元素。他主张采取为铀（1789年由克拉普罗特发现的）命名的方法，引用希腊神话中泰坦神族“Titanic”的名字给这种新元素起名叫“Titanium”。中文按其译音定名为钛。 格雷戈尔和克拉普罗特当时所发现的钛是粉末状的二氧化钛，而不是金属钛。因为钛的氧化物极其稳定，而且金属钛能与氧、氮、氢、碳等直接激烈地化合，所以单质钛很难制取。直到1910年才被美国化学家亨特(HunterMA）*次制得纯度达99.9%的金属钛。 元素描述具有金属光泽，有延展性。密度为4.5克/立方厘米。熔点1660±10℃。沸点3287℃。化合价+2、+3和+4。电离能为6.82电子伏特。钛的主要特点是密度小，机械强度大，容易加工。钛的塑性主要依赖于纯度。钛越纯，塑性越大。有良好的抗腐蚀性能，不受大气和海水的影响。在常温下，不会被7%以下盐酸、5%以下硫酸、硝酸、王水或稀碱溶液所腐蚀；只有氢氟酸、浓盐酸、浓硫酸等才可对它作用。 主要特性 /钛 工业纯钛：工业纯钛的杂质含量较化学纯钛要多，因此其强度、硬度也稍高，其力学性能及化学性能与不锈钢相近，比起钛合金纯钛强度较好，在抗氧化性方面优于奥氏体不锈钢，但耐热性较差，TA1、TA2、TA3依次杂质含量增高，机械强度、硬度依次增强，但塑性韧性依次下降。 β型钛：β型钛合金属可热处理强化，合金强度高、焊接性、压力加工性良好，但性能不稳定，且熔炼工艺复杂。A、β钛板：0.5-4.0mm B、眼镜板（纯钛）：0.8-8.0mm C、标板（纯钛）：1x2m厚度：0.5-20mm D、电镀及其它行业用板（纯钛）：0.1-50mm 用途：电子、化工、钟表、眼镜、首饰、体育用品、机械设备、电镀设备、环保设备、高尔夫球及精密加工等行业。钛管规格：φ6-φ120mm壁厚：0.3-3.0mm 钛管用途：环保设备、冷却管、钛发热管、电镀设备、戒指及各种精密电器用管等行业。A、β钛丝规格：φ0.8-φ6.0mm B、眼镜钛丝规格：φ1.0-φ6.0mm专用钛丝 C、钛丝规格：φ0.2-φ8.0mm挂具专用 钛丝用途：军工、医用、体育用品、眼镜、耳环、头饰、电镀挂具、焊丝等行业。A、方棒规格：方条：8-12mm B、磨光圆棒：φ4-φ60mm C、毛棒、黑皮棒：φ6-φ120mm钛棒用途：主要用于机械设备、电镀设备、医用、各种精密机件等行业。 元素来源 /钛 钛属于稀有金属，实际上钛并不稀有，其在地壳中的丰度占第七位，占0.45%，远远高于许多常见的金属。但由于钛的性质活泼，对冶炼工艺要求高，使得人们长期无法制得大量的钛，从而被归类为“稀有”的金属。用于冶炼钛的矿物主要有钛铁矿（FeTiO3）、金红石（TiO2）和钙钛矿等。矿石经处理得到易挥发的四氯化钛，再用镁还原而制得纯钛。 元素用途 /钛 钛的强度大，纯钛抗拉强度*可达180kg/mm2。有些钢的强度高于钛合金，但钛合金的比强度（抗拉强度和密度之比）却超过优质钢。钛合金有好的耐热强度、低温韧性和断裂韧性，故多用作飞机发动机零件和火箭、导弹结构件。钛合金还可作燃料和氧化剂的储箱以及高压容器。已有用钛合金制造自动步枪，迫击炮座板及无后座力炮的发射管。在石油工业上主要作各种容器、反应器、热交换器、蒸馏塔、管道、泵和阀等。钛可用作电极和发电站的冷凝器以及环境污染控制装置。钛镍形状记忆合金在仪器仪表上已广泛应用。在医疗中，钛可作人造骨头和各种器具。钛还是炼钢的脱氧剂和不锈钢以及合金钢的组元。*是颜料和油漆的良好原料。碳化钛，碳（氢）化钛是新型硬质合金材料。氮化钛颜色近于黄金，在装饰方面应用广泛。 钛和钛的合金大量用于航空工业，有\"空间金属\"之称；另外，在造船工业、化学工业、制造机械部件、电讯器材、硬质合金等方面有着日益广泛的应用。 此外，由于钛合金还与人体有很好的相容性，所以钛合金还可以作人造骨。钛的抗腐蚀性锆是一种应用于原子能工业和在高温高压下用作耐蚀化工材料，但在溶液中其活泼性仅次于钠。那么，在氢氧化钛溶液里加入活波的硝酸锆溶液，会发现钛把硝酸锆拒之门外。 可以看到，图中有明显的分层，上面是硝酸锆，下面是氢氧化钛。 我们知道，氢氧化钛的密度小于硝酸锆，但依然能保持明显的分层，并把硝酸锆停留在上层，这证明了钛的抗腐蚀性。 根据实验，钛放入海底20~50年均不会被腐蚀。 地理分布 /钛 中国钛资源总量9.65亿吨，居世界之首，占世界探明储量的38.85%，主要集中在四川、云南、广东、广西及海南等地，其中攀西（攀枝花西昌）地区是中国*钛资源基地，钛资源量为8．7亿吨。 中国探明的钛资源分布在21个省（自治区、直辖市）共108个矿区（图3.5.1及表3.5.4）。主要产区为四川，次有河北、海南、广东、湖北、广西、云南、陕西、山西等省（区）。 钛磁铁矿岩矿：主要矿床分布在四川省攀枝花的盐边红格和米易白马，西昌的太和；河北省承德的大庙、黑山，丰宁的招兵沟，崇礼的南天门；山西省左权的桐峪；陕西省洋县的毕机沟；新疆的尾亚；河南省舞阳的赵案庄；广东省兴宁的霞岚；黑龙江省的呼玛；北京市昌平的上庄和怀柔的新地。其中四川省表内储量（TiO244256.32万t）占全国同类储量（TiO246522.83万t）的95.1%，河北省（TiO21544.46万t）占3.3%，陕西省占0.46%，山西省占0.35%。 金红石岩矿主要矿床分布在湖北省枣阳的大阜山；山西省代县的碾子沟；河南省新县的杨冲；山东省莱西县的刘家庄。其中湖北省金红石（TiO2）表内储量（534.43万t）占全国同类储量（750.86万t）的71.2%，山西省（154.79万t）占20.6%，陕西省（44.4万t）占5.9%。 辅助资料 /钛 钛的主要矿石是金红石TiO2和钛铁矿FeTiO3，它的发现也正是从这两种矿石的分析而来。早在1791年英国英格兰西南端康沃尔（Cornwall）郡门拉陈（Menacan）教区的牧师格累高尔，也是一位科学家，分析出产在他教区内的一种黑色矿砂，也就是今天成为钛铁矿的矿石时发现了一种新的金属物质并命名为menacenite。三年后，1795年，克拉普罗特分析了匈牙利布伊尼克（Boinik）地区出产的金红石，认识到它是一种新金属的氧化物，具有抵抗酸、碱溶液的特性，借用希腊神话中大地的*代儿子们泰坦神族Titans，命名这个金属为titanium，元素符号定为Ti。两年后，克拉普罗特证实格累高尔发现的menacenite就是钛。 钛对于酸、碱具有较强的耐腐蚀性，已成为化工生产中重要的材料。 钛一般被认为是稀有金属，其实它在地壳中的含量相当大，比一般的常用的金属锌、铜、锡等都大，甚至比氯、磷都大。 总体状况 /钛 截至1995年底，世界金红石（包括锐钛矿）储量和储量基础分别为3330万t和16440万t，资源总量约2.3亿t（TiO2含量，下同），主要集中在南非、印度、斯里兰卡、澳大利亚。世界钛铁矿（TiO2）储量和储量基础分别为2.743亿t和4.353亿t，资源总量约10亿t；主要集中在南非、挪威、澳大利亚、加拿大和印度。 截至1996年底中国保有原生钛（磁）铁矿（折TiO2）储量35704.09万t（其中A+B+C级23191.50万t）；钛铁矿（砂矿）矿物储量3803.19万t（其中A+B+C级2147.17万t）；金红石矿物储量256.86万t（其中A+B+C级73.73万t）；金红石TiO2储量750.86万t（其中A+B+C级242.43万t）。 若将中国1996年保有钛铁矿砂矿的A+B+C级矿物储量2147.17万t，按含TiO248%折算，则其TiO2储量为1030.64万t，仅占同年世界钛铁矿（TiO2)27000万t的3.83%；若再将其与原生钛磁铁矿岩矿（TiO2）的A+B+C级储量（23191.50万t）中可利用的约占50%以粒状钛铁矿产出的（TiO2）储量11595.75万t相加，其TiO2总储量为12626.4万t，则占世界钛铁矿（TiO2）储量27000万t的47.76%，从这个意义上说，中国可称为世界钛铁矿资源最丰富的国家。 若将中国1996年保有金红石矿物的A+B+C级储量73.73万t按含TiO294%折算成TiO2储量为69.31万t，再加上同年金红石（TiO2）的A+B+C级储量242.43万t，合计为311.74万t，则占同年世界金红石（TiO2）储量3330万t的9.36%，由此可见中国金红石资源并不丰富。 冶炼方法 /钛 制取金属钛的原料主要为金红石，其中含TiO2大于96%。缺少金红石矿的国家，例如苏联，则采用钛铁矿制成的\"高钛渣\"，其中含TiO290%左右。因天然金红石涨价和储量日减，各国都趋向于用钛铁矿制成富钛料，即高钛渣和人造金红石。钛在1791年被发现，而*次制得纯净的钛却是在1910年，中间经历了一百余年。原因在于：钛在高温下性质十分活泼，很易和氧、氮、碳等元素化合，要提炼出纯钛需要十分苛刻的条件。工业上常用硫酸分解钛铁矿的方法制取二氧化钛，再由二氧化钛制取金属钛。浓硫酸处理磨碎的钛铁矿（精矿），发生下面的化学反应：FeTiO3+3H2SO4==Ti(SO4)2+FeSO4+3H2OFeTiO3+2H2SO4==TiOSO4+FeSO4+2H2OFeO+H2SO4==FeSO4+H2OFe2O3+3H2SO4==Fe2(SO4)3+3H2O为了除去杂质Fe2(SO4)3，加入铁屑，Fe3+还原为Fe2+，然后将溶液冷却至273K以下，使得FeSO4·7H2O（绿矾）作为副产品结晶析出。Ti(SO4)2和TiOSO4水解析出白色的偏钛酸沉淀，反应是：Ti(SO4)2+H2O==TiOSO4+H2SO4TiOSO4+2H2O==H2TiO3+H2SO4锻烧偏钛酸即制得二氧化钛：H2TiO3==TiO2+H2O工业上制金属钛采用金属热还原法还原四氯化钛。将TiO2（或天然的金红石）和炭粉混合加热至1000～1100K，进行氯化处理，并使生成的TiCl4，蒸气冷凝。TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO在1070K用熔融的镁在氩气中还原TiCl4可得多孔的海绵钛：TiCl4+2Mg=2MgCl2+Ti这种海绵钛经过粉碎、放入真空电弧炉里熔炼，较后制成各种钛材。也可以通过反应：Ti+2CI2=TiCI4得到的TiCI4经过高温（1250℃左右）情况下分解：TiCI4=Ti+2CI2由此得到纯钛棒。钛及钛合金的特性、用途纯钛是银白色的金属，它具有许多优良性能。钛的密度为4.54g/立方厘米，比钢轻43%，比久负盛名的轻金属镁稍重一些。机械强度却与钢相差不多，比铝大两倍，比镁大五倍。钛耐高温，熔点1942K，比黄金高近1000K，比钢高近500K。钛属于化学性质比较活泼的金属。加热时能与O2、N2、H2、S和卤素等非金属作用。但在常温下，钛表面易生成一层极薄的致密的氧化物保护膜，可以抵抗强酸甚至王水的作用，表现出强的抗腐蚀性。因此，一般金属在酸、碱、盐的溶液中变得千疮百孔而钛却安然无恙。液态钛几乎能溶解所有的金属，因此可以和多种金属形成合金。钛加入钢中制得的钛钢坚韧而富有弹性。钛与金属Al、Sb、Be、Cr、Fe等生成填隙式化合物或金属间化合物。钛合金制成飞机比其它金属制成同样重的飞机多载旅客100多人。制成的潜艇，既能抗海水腐蚀，又能抗深层压力，其下潜深度比不锈钢潜艇增加80%。同时，钛无磁性，不会被水雷发现，具有很好的反监护作用。钛具有“亲生物”性。在人体内，能抵抗分泌物的腐蚀且无毒，对任何杀菌方法都适应。因此被广泛用于制医疗器械，制人造髋关节、膝关节、肩关节、胁关节、头盖骨，主动心瓣、骨骼固定夹。当新的肌肉纤维环包在这些“钛骨”上时，这些钛骨就开始维系着人体的正常活动。钛在人体中分布广泛，正常人体中的含量为每70kg体重不超过15mg，其作用尚不清楚。但钛能刺激吞噬细胞，使免疫力增强这一作用已被证实。钛的化合物及用途重要的钛化合物有：二氧化钛（TiO2）、四氯化钛（TiCl4）、偏钛酸钡（BaTiO3）。纯净的二氧化钛是白色粉末，是优良的白色颜料，商品名称“钛白”。它兼有铅白（PbCO3）的遮盖性能和锌白（ZnO）的持久性能。因此，人们常把钛白加在油漆中，制成高级白色油漆；在造纸工业中作为填充剂加在纸桨中；纺织工业中作为人造纤维的消光剂；在玻璃、陶瓷、搪瓷工业上作为添加剂，改善其性能；在许多化学反应中用作催化剂。在化学工业日益发展的今天，二氧化钛及钛系化合物作为精细化工产品，有着很高的附加价值，前景十分诱人。四氯化钛是一种无色液体；熔点250K、沸点409K，有制激性气味。它在水中或潮湿的空气中都极易水解，冒出大量的白烟。TiCl4+3H2O==H2TiO3+4HCl因此TiCl4在军事上作为人造烟雾剂，犹其是用在海洋战争中。在农业上，人们用TiCl4形成的浓雾地面，减少夜间地面热量的散失，保护蔬菜和农作物不受严寒、霜冻的危害。将TiO2和BaCO3一起熔融制得偏钛酸钡：TiO2+BaCO3==BaTiO3十CO2人工制得的BaTiO3具有高的介电常数，由它制成的电容器有较大的容量，更重要的是BaTiO3具有显著的“压电性能”，其晶体受压会产生电流，一通电，又会改变形状。人们把它置于超声波中，它受压便产生电流，通过测量电流强弱可测出超声波强弱。几乎所有的超声波仪器中都要用到它。随着钛酸盐的开发利用，它愈来愈广泛地用来制造非线性元件、介质放大器、电子计算机记忆元件、微型电容器、电镀材料、航空材料、强磁、半导体材料、光学仪器、试剂等。钛、钛合金及钛化合物的优良性能促使人类迫切需要它们。然而，生产成本之高，使应用受到限制。我们相信在不久的将来，随着钛的冶炼技术不断改进和提高，钛、钛合金及钛的化合物的应用将会得到更大的发展。钛产品：钛及钛合金是极其重要的轻质结构材料，在航空、航天、车辆工程、生物医学工程等领域具有非常重要的应用价值和广阔的应用前景。类型：典化钛，工业纯钛，α型钛，β型钛，α+β型钛 应急处置 /钛 皮肤接触：脱去污染的衣着，用肥皂水和清水彻底冲洗皮肤。 眼睛接触：提起眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗。就医。 吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。 食入：饮足量温水，催吐。就医。 呼吸系统防护：可能接触其粉尘时，必须佩戴自吸过滤式防尘口罩。 眼睛防护：戴安全防护眼镜。 身体防护：穿透气型防毒服。 手防护：戴防毒物渗透手套。 其他防护：工作现场禁止吸烟、进食和饮水。工作完毕，淋浴更衣。注意个人清洁卫生。 泄漏应急处理：隔离泄漏污染区，限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴防尘面具（全面罩），穿防毒服。不要直接接触泄漏物。小量泄漏：避免扬尘，用洁净的铲子收集于干燥、洁净、有盖的容器中。转移回收。大量泄漏：用塑料布、帆布覆盖。使用无火花工具转移回收。 有害燃烧产物：氧化钛。 灭火方法：采用干粉、干砂灭火。严禁用水、泡沫、二氧化碳扑救。高热或剧烈燃烧时，用水扑救可能会引起爆炸。管理信息库 操作的管理：密闭操作，局部排风。操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴自吸过滤式防尘口罩，戴安全防护眼镜，穿透气型防毒服，戴防毒物渗透手套。远离火种、热源，工作场所严禁吸烟。使用防爆型的通风系统和设备。避免产生粉尘。避免与氧化剂、酸类、卤素接触。在氩气中操作处置。搬运时要轻装轻卸，防止包装及容器损坏。配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。倒空的容器可能残留有害物。 储存的管理：为安全起见，储存时常以不少于25%的水润湿、钝化。储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。库温不超过30℃，相对湿度不超过80%。保持容器密封，严禁与空气接触。应与氧化剂、酸类、卤素等分开存放，切忌混储。配备相应品种和数量的消防器材。储区应备有合适的材料收容泄漏物。 运输的管理：运输时运输车辆应配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。装运该品的车辆排气管须有阻火装置。运输过程中要确保容器不泄漏、不倒塌、不坠落、不损坏。严禁与氧化剂、酸类、卤素、食用化学品等混装混运。运输途中应防曝晒、雨淋，防高温。中途停留时应远离火种、热源。车辆运输完毕应进行彻底清扫。铁路运输时要禁止溜放。 废弃的管理：恢复材料的原状态，以便重新使用。毒理学资料库 急性毒性：金属钛、氧化钛和碳化钛属低毒类。大鼠一次气管内注入20－50mg二氧化钛和兔注入400mg后肺部无特异反应。 亚急性和慢性毒性：大鼠气管内注入氢化钛后6和12个月，只见肺纤维化效应。大鼠吸入二氧化钛尘每天4次，每周5d，历时13个月，停止吸入后7个月，肺无任何病理反应；但豚鼠反复吸入二氧化钛观察到纤维化效应和嗜酸性自细胞浸润。气管内注入金属钛无肺纤维化发生。大鼠气管内一次注入氢化钛、碳化钛、硼化钛和一氮化钛后观察到肺部轻度纤维化。大鼠吸入氢化钛16个月亦见轻度纤维化。 代谢：人体一般饮食中每日约摄入300μg钛，大部分从粪排出，其中约3%吸收入血液。进入体内的钛蓄积于脾、肾上腺、横纹肌、肺、皮肤及肝脏等部位。吸收入体内的钛主要由尿排出。正常人血浆中钛浓度约3μg/dl，尿钛浓度为10μg/L左右。 中毒机理：金属钛，氧化钛，碳化钛（titaniumcarbonide）等不溶性钛毒性低，口服吸收量少，不显示毒性反应。金属钛植入机体未见有病理反应。吸入钛的不溶性化合物，未见肺部有严重损害，其致纤维化作用甚微。用含钛饮水长期饲养动物未见对生长发育有影响，也未见肿瘤发生。 致癌性：大鼠肌肉注射溶于三辛素的钛金属粉，引起纤维肉瘤和淋巴肉瘤增加。注射有机钛，注射部位出现纤维肉瘤，发生肝细胞瘤和脾的恶性淋巴瘤。 燃爆危险：该品易燃，具刺激性。应急医疗库 主要用途及接触机会：钛用于制造特种钢、合金、钛陶瓷及玻璃纤维。金属钛也用于飞机、导弹制造及原子反应堆。还用于生产耐火材料、焊条、建筑材料和塑料等。上述工业中可接触金属钛，二氧化钛的粉尘和烟尘。四氯化钛及其部分水解物，还常夹杂氯及其氧化物。在机械处理金属钛过程中也接触钛氧化物的烟尘。 侵入途径：吸入、食入。 人体危害：吸入后对上呼吸道有刺激性，引起咳嗽、胸部紧束感或疼痛。长期吸入TiO2粉尘的工人，肺部无任何变化。在生产钛金属过程，接触四氯化钛及其水解产物对眼和上呼吸道粘膜有刺激作用。长期作用可形成慢性支气管炎。TiO2曾用作闪光灼伤的皮肤防护剂，未见产生接触性皮炎、变态反应和经皮吸收。100℃氯氮化钛的飞溅和吸入钛酸及氯氮化钛烟引起皮肤烧伤并致疤痕形成和咽、声带、气管粘膜充血，由于形成瘢痕引起喉狭窄。眼短期接触氯氮化钛引起结膜炎和角膜炎。此外，四氯化钛吸入可引起弥散性支气管内息肉。 处理原则：皮肤接触四氯化钛后应尽快用软纸或布擦掉，然后用水冲洗，防止四氯化钛遇水放出大量热及盐酸，加重及扩大灼伤范围。吸入四氯化钛应立即雾化吸入5%碳酸氢钠溶液，以中和四氯化钛水解产生的盐酸；吸氧、保持呼吸进通畅．安静休息，减少氧的消耗；早期给予足量糖皮质激素，并给抗生素预防继发感染及抗支气管痉挛药物、祛痰药对症治疗。严密观察，防治肺水肿。 预防措施：接触四氯化钛及其水解产物的工种，应注意皮肤、粘膜和呼吸道的防护。产生钛及其化合物粉尘的工作地点，亦须加强防尘措施。大量微小钛粉尘可着火爆炸，因此钛的生产、浇铸、加工应有良好通风防尘设施，及应有防火防爆设备。四氯化钛生产过程应尽量密闭，防止其烟气逸出及“跑、冒、滴、漏”。加强个人防护，四氯化钛生产设备开盖、清洗、维修时应截防毒面其、防护眼镜。穿防酸防护衣帽。定期对接触四氯化钛的生产工人进行休检，有慢性呼吸道疾病患者不能从事接触四氯化钛的工作。 设备制造 /钛 1．反应釜：由于用户因生产工艺、操作条件不尽相同，夹套加热型式分为电热棒加热、蒸汽加热、导热油循环加热；轴封装置分为填料密封和机械密封；搅拌型式有锚式、浆式、锅轮式、推进式或框式。开孔数量、规格或其它要求可根据用户要求设计、制作。 2.冷凝器：列管冷凝器，按材质分为复合钛列管冷凝、钛列管式冷凝器和碳钢与钛混合列管式冷凝三种，按形式分为固定管板式、浮头式、U型管式换热器，按结构分为单管程、双管程和多管程。传热面积0.5-500m2，可根据用户不同需要定制。 3.罐：我厂设计的发酵罐为标准式罐型，这种罐型当公称容积在6m3以下时罐采用夹套式。发酵气的冷却或加热，均由夹套来完成。公称容积为6m3以上时，发酵气的冷却由立式排管来担负，在罐内排管的连接方面我们作了改进。这主要避免在罐体上多开孔，开成死角。这种连续方式在实际使用中得到满意的效果。发酵设备罐型可分为两大类：一类是嫌气发酵的锥型（如酒精发酵），另一类是为气发酵的罐型（如标准式、伍式、自吸式等）。这类设备尤以标准式罐型使用最为普遍。我厂设计的发酵罐系列图纸资料属于标准式罐型。在设计各种规格的发酵设备时，做到设计结构严密，有足够的强度和使用寿命，力求设备内部附件少，表面光滑，注意到要有良好的气枣汽接触和汽刺固混和性能，使物质传递，气体交换有效地进行。有足够的热交换面积，以保证发酵能在最适宜的温度下进行。重视设备的密封性能以保证灭菌操作。 4.冷却器：主要用途：主要适用于制药、食品、化工等工业部门对液料的浓缩，并且亦能回收酒精和简单的回流提取。结构：本设备主要包括浓缩罐、*冷凝器、汽液分离器、第二冷凝器、冷却器、受液桶六个部件组成，全部有钛制造。浓缩罐为夹套结构，冷凝器为列管式，冷却器为蛇管式。 十大性能 /钛 密度小，比强度高 金属钛的密度为4.51g/立方厘米，高于铝而低于钢、铜、镍，但比强度位于金属之首。耐腐蚀性能钛是一种非常活泼的金属，其平衡电位很低，在介质中的热力学腐蚀倾向大。但实际上钛在许多介质中很稳定，如钛在氧化性、中性和弱还原性等介质中是耐腐蚀的。这是因为钛和氧有很大的亲和力，在空气中或含氧的介质中，钛表面生成一层致密的、附着力强、惰性大的氧化膜，保护了钛基体不被腐蚀。即使由于机械磨损也会很快自愈或重新再生。这表明了钛是具有强烈钝化倾向的金属。介质温度在315℃以下钛的氧化膜始终保持这一特性。 为了提高钛的耐蚀性，研究出氧化、电镀、等离子喷涂、离子氮化、离子注入和激光处理等表面处理技术，对钛的氧化膜起到了增强保护性作用，获得了所希望的耐腐蚀效果。针对在硫酸、盐酸、甲胺溶液、高温湿氯气和高温氯化物等生产中对金属材料的需要，开发出钛-钼、钛-钯、钛-钼-镍等一系列耐蚀钛合金。钛铸件使用了钛-32钼合金，对常发生缝隙腐蚀或点蚀的环境使用了钛-0.3钼-0.8镍合金或钛设备的局部使用了钛-0.2钯合金，均获得了很好的使用效果。耐热性能好 新型钛合金可在600℃或更高的温度下长期使用。耐低温性能好 钛合金TA7（Ti-5Al-2.5Sn），TC4(Ti-6Al-4V）和Ti-2.5Zr-1.5Mo等为代表的低温钛合金，其强度随温度的降低而提高，但塑性变化却不大。在-196-253℃低温下保持较好的延性及韧性，避免了金属冷脆性，是低温容器，贮箱等设备的理想材料。抗阻尼性能强 金属钛受到机械振动、电振动后，与钢、铜金属相比，其自身振动衰减时间最长。利用钛的这一性能可作音叉、医学上的超声粉碎机振动元件和高级音响扬声器的振动薄膜等。无磁性、无毒 钛是无磁性金属，在很大的磁场中也不会被磁化，无毒且与人体组织及血液有好的相溶性，所以被医疗界采用。 抗拉强度与其屈服强度接近 钛的这一性能说明了其屈强比（抗拉强度/屈服强度）高，表示了金属钛材料在成形时塑性变形差。由于钛的屈服极限与弹性模量的比值大，使钛成型时的回弹能力大。换热性能好 金属钛的导热系数虽然比碳钢和铜低，但由于钛优异的耐腐蚀性能，所以壁厚可以大大减薄，而且表面与蒸汽的换热方式为滴状冷凝，减少了热组，钛表面不结垢也可减少热阻，使钛的换热性能显著提高。弹性模量低 钛的弹性模量在常温时为106.4GPa，为钢的57%。吸气性能 钛是一种化学性质非常活泼的金属，在高温下可与许多元素和化合物发生反应。钛吸气主要指高温下与碳、氢、氮、氧发生反应。 钛产能过剩 /钛 我国钛工业在这10多年的高速发展过程中，严重失控，许多地方在地方保护主义的“轰轰烈烈”抢滩中发展钛项目，致使钛市场严重供大于求，尽管钛及钛材使用量连年递增，但也改变不了实际产能远远大于需求的现状。比如，2012年尽管钛材总量6万吨以上比上年明显增长，但钛锭出口大幅增加，宝钢、宝钛等多家钛材加工企业钛锭库存总量累计在5000吨以上，另外国家还收储了4000吨钛锭。由此可见，国内钛材产量大幅增长，需求并没有同步增长，相反，可以看出国外钛工业发展是比较理性的，不像国内发展在失控中“高歌猛进”。 2012年，经济开始出现复苏，我国钛工业市场依然低迷不振，但我们千万不要去责怪这是金融危机、欧债危机导致的，而要在自身失控的发展中找原因，不然，各种经济危机结束了，我国钛工业各地拼命上项目的发展危机依然存在。纵观我国10多年钛工业的发展路线，看到的是这样一个伴随阵痛的轮回：*次扩产→*次洗牌→第二次扩产→第二次洗牌……我国钛工业从上世纪六十年代发展到2004年，不管是钛及钛材加工产能都很小，比如2000年末我国的海绵钛产量2000吨，但随着2004年末期钛需求量逐步增加，到2005年海绵钛价格已从5、6万元1吨涨到20万~30万元1吨，开始出现有价无市的暴利现象，钛领域悄然之中出现*次大规模扩张，短短几年产能很快翻了60倍以上。扩张，调整，阵痛，整合后的2012年我国海绵钛实际产量在2000年基础增加40倍以上。[2] 钛的加工 /钛 工业纯钛：工业纯钛的杂质含量较化学纯钛要多，因此其强度、硬度也稍高，其力学性能及化学性能与不锈钢相近，比起钛合金纯钛强度较好，在抗氧化性方面优于奥氏体不锈钢，但耐热性较差，TA1、TA2、TA3依次杂质含量增高，机械强度、硬度依次增强，但塑性韧性依次下降。β型钛：β型钛合金属可热处理强化，合金强度高、焊接性、压力加工性良好，但性能不稳定，且熔炼工艺复杂。 钛板A、β钛板：0.5-4.0mm B、眼镜板（纯钛）：0.8-8.0mm C、标板（纯钛）：1x2m厚度：0.5-20mm D、电镀及其它行业用板（纯钛）：0.1-50mm 用途：电子、化工、钟表、眼镜、首饰、体育用品、机械设备、电镀设备、环保设备、高尔夫球及精密加工等行业。 钛管钛管规格：φ6-φ120mm壁厚：0.3-3.0mm 钛管用途：环保设备、冷却管、钛发热管、电镀设备、戒指及各种精密电器用管等行业。 钛丝A、β钛丝规格：φ0.8-φ6.0mm B、眼镜钛丝规格：φ1.0-φ6.0mm专用钛丝 C、钛丝规格：φ0.2-φ8.0mm挂具专用 钛丝用途：军工、医用、体育用品、眼镜、耳环、头饰、电镀挂具、焊丝等行业。 钛棒A、方棒规格：方条：8-12mm B、磨光圆棒：φ4-φ60mm C、毛棒、黑皮棒：φ6-φ120mm 钛棒用途：主要用于机械设备、电镀设备、医用、各种精密机件等行业。
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