战争矿藏之“钛”有未来

由于钛具有比重小、耐腐蚀、导热系数低等特点，其在军工领域应用广泛，特别是高技术装备，比如核潜艇、巡航导弹、战斗机等都不乏钛的应用。而在航天领域，钛更是不可或缺的重要金属原材料，正因如此，钛也被誉为“未来金属”“太空金属”。

俄乌冲突背后的钛资源争夺

俄乌冲突至今已近两年，这其中的利益纷争可谓盘根错节，而战略性矿产也是各方关注的焦点之一。2023年1月28日，美国《新闻周刊》网站在报道中直言不讳地宣称，如果乌克兰获胜，那么美国及其盟友将能建立“开采钛的新渠道”。众所周知，美国对钛矿依赖程度很高。早在20世纪60年代，追求高空高速的SR-71侦察机就采用了大量钛合金，美军前SR-71侦察机飞行员理查德，格雷厄姆在接受访谈时曾透露：“机身内外92%的材料都是钛”。美国总共造了32架 SR-71侦察机，需要好几百吨钛合金。为搞到足够的钛，美国中情局通过第三方及空壳公司，秘密从苏联采购钛。美国最后一家生产海绵钛（钛加工原材料）的公司自2020年倒闭后，美国目前绝大部分钛都需要进口。俄乌冲突爆发后，以美国为首的西方国家虽对俄罗斯进行了全方位制裁，但对俄罗斯国营的上萨尔达冶金生产协会-阿维斯马公司仅制裁了一个月就急忙取消。这是因为该公司是世界最大的钛金属供应商，它供应了美国波音公司40%、欧洲空客公司60%的钛。为此，波音公司甚至于2009年就与这家俄国公司共同组建了“乌拉尔波音公司”，正因为西方国家严重依赖从俄罗斯进口的钛矿及相关钛金属制品，所以该公司才能一直游离于制裁黑名单之外。

SR–71“黑鸟”侦察机是用从苏联走私来的钛制造的

据美国地质调查局2015年的资料显示，乌克兰钛铁矿储量约为590万吨，约占全球5%，按储量位居世界第10位，潜在钛矿储量巨大。苏联时期，乌克兰就是海绵钛的重要生产基地，苏联解体后，乌克兰更成为全球仅有的7个出口海绵钛的国家之一，像克里米亚半岛最北部的亚尔良斯克市，就有东欧最大的二氧化钛生产企业克里米亚泰坦。若能用乌克兰替代俄罗斯作为美国钛矿的供应商，无疑会让美国摆脱对俄罗斯钛资源的严重依赖。不仅如此，乌克兰还蕴藏着大量的稀土资源，若美国能控制乌克兰并把这些资源为己所用，那就可以建立一整套稀钛产业供应链，这对美国掌控稀有金属意义重大。

然而，乌克兰的富钛矿大多集中在顿巴斯地区，现有情况下无法开采。此外，乌克兰的钛矿资源虽丰富，但其产能并不算高。2022年，乌克兰共生产了约4000吨海绵钛，而海绵钛仅仅是钛金属的半成品，主要被用于生产钛锭。美国若要棒材、板材及管材之类的钛轧制产品和机加工产品，仍要依靠俄罗斯的后期加工。

钛的军事应用

钛是一种银白色的过渡金属，它比钢轻43%，机械强度却与钢相差不多。钛的性质活泼，在液态时几乎能溶解所有的金属形成合金，常温状态下，在空气中会自然生成一层氧化膜，由于钛的氧化物极其稳定，无论是硫酸、盐酸、硝酸、烧碱甚至是硝基盐酸，只要是稀的，都腐蚀不了钛，耐腐蚀性能非常优异，即便是在高温下用电将钛分解出来，它也会马上与周围的氧、氮、氢、碳等直接激烈地化合，导致单质钛很难制取，对冶炼工艺要求高，使得人们长期以来难以制得大量的钛。因此，钛在地壳中的丰度排第10位，虽远高于许多常见金属，但仍被归类为稀有金属。

钛被人类认识的历史并不久。1791年，英国业余矿物学家格雷戈尔，在马纳坎附近的一条小溪旁发现一些会被磁铁吸引的黑沙，经分析发现里面除了氧化铁还有一种无法鉴别的金属氧化物，他很快意识到，这可能含有尚未被人类发现的金属，于是在英国康沃尔郡皇家地质学会及德国的《化学年刊》发表了这一发现。4年后，德国化学家克拉普罗特在分析匈牙利产的金红石时，也发现了这种氧化物，当时他主张引用希腊神话中泰坦神族“Titanic”的名字为这种新元素命名“Titanium”，中文音译为“钛”。

钛矿产

由于单质钛提取难度过大，因而在钛被发现后的近百年里，钛提纯技术一直进展缓慢。直到1910年，伦斯勒理工学院的亨特，在700℃至800℃高温下用钠还原四氯化钛，制取了纯度达99.9%的金属钛，这种方法被称为“亨特法”。由于亨特使用的钠也非常昂贵，所以并不能大规模生产钛。1932年，美国科学家克罗尔用相对便宜的钙在超过800℃的高温下还原四氯化钛成功，并开始商业化。几年后，他又用更易于保存的镁代替钙还原反应生产出了海绵钛，这才使钛具备了工业化生产条件，而这种方法一直沿用至今，被称为“克罗尔法”。

1948年，美国杜邦公司用镁还原法制出2吨海绵钛，这才开启了钛的工业化生产。随后苏联、英国、日本相继于20世纪50年代中期建立了各自的海绵钛工业。由于钛作为结构材料被广泛应用于飞机和航天器，当时的人们把这种轻质高强的金属当作“梦幻金属”来对待。在冷战刚开始的10年里，美国投入大量资金开发这种新型金属材料，不仅将钛合金应用于军用航空器上，还将其用于制造航空发动机涡轮机的压气机盘和叶片，从而极大提升了航空发动机的性能。但好景不长由于钛的价格始终高企不下，大多数美国企业打了退堂鼓，这也导致钛的技术开发难以在美国继续推动。尽管美国曾靠生产海绵钛处于全球领先地位，但在后期的制备工艺技术开发上却没能跟进，导致产量日减，到后来竟发展到要依靠日本提供相关技术的地步。苏联虽于1957年才开始生产海绵钛，但在钛加工领域却突飞猛进，甚至在1968年建造出一艘全部使用钛合金的核潜艇K162号（后改为K222号）。此外，钛合金还被苏联用于制作防弹衣、防弹头盔等。到20世纪80年代后半期，苏联的海绵钛产能已超过10万吨，为日后俄罗斯发达的钛工业打下了基础。

F–22战斗机整机钛合金占比高达41%

钛合金不仅具有密度小、强度高、耐蚀、耐高温、无磁、可焊、使用温度范围宽（-269℃至600℃)、抗蠕变性能良好等优异性能，而且能方便地进行各种零件成形、焊接及机械加工，因此广泛应用于航空领域，比如飞机工结构件、航空发动机结构件及航空紧固件等。结构件、航空发动机结构件及航空紧固件等。20世纪50 年代初，军用飞机已开始使用工业纯钛制造后机身的隔热板、机尾罩、减速板等受力较小的结构件。到60年代，飞机襟翼滑轨、承力隔框、中翼盒形梁、起落架梁等主要受力结构件也开始使用钛合金制造。作为机身材料，钛合金比铝合金更适合飞机减重，而在飞机骨架中，钛合金用量最多的是铆钉、螺栓和紧固件，一架飞机所用的紧固件及弹性元件少则几十万件多则几百万件，用钛合金制作的紧固件看似微小，但累积起来也能达到不错的减重效果，像C-17运输机就使用了42.3 万个钛合金销钉和 24.1万个钛合金螺栓，F-15 战斗机用钛合金紧固件占全机紧固件的73%。为提高军用航空发动机推重比，钛合金还被用于发动机的风扇、高压压气机盘件、高压压气机转子、叶片等转动部件和燃烧室、尾喷管等静止部件，像美国第4代航空发动机F119 的钛合金用量已达40%。就飞机整体而言，现代军用飞机的钛合金用量占比相当可观。以F-14为例，其钛合金用量占结构重量的26%。F-22战斗机的机身主承力梁和框架，均采用钛合金整体锻造，整机钛合金占比达41%。

使用钛合金制作耐压壳的塞拉级核潜艇

不仅如此，钛合金还应用于火箭发动机壳体、火箭喷嘴导管、人造卫星外壳、载人飞船的船舱及低温液体储存箱、液氢输送泵叶轮等。像美国“阿波罗”飞船的50 个压力容器约有85%是采用钛制成的，而俄罗斯“能源”号运载火箭上则使用了3.5吨重的钛合金大型模锻件。在导弹武器系统中，导弹的发动机也会跟飞机发动机类似，使用钛合金制作压气机盘、机匣、叶片等结构部件。还有一些导弹为了在保证弹体强度的前提下有更大的贯穿能力，其战斗部也使用钛合金材料制造，如美国的AGM-84H巡航导弹等。

使用钛制造船体，不仅不会受海水腐蚀 而且抗压，于是钛也广泛应用于舰船的螺旋桨推进器、海水管路、冷凝器、热交换器等设备，以及破冰船、深潜器、水翼船、气垫船、扫雷艇的船体上。此外，钛具有无磁性，因而对磁性水雷可以免疫，在对抗磁性探测时也效果明显。像苏联的阿库拉级、塞拉级攻击型核潜艇、都是用钛合金制作了耐压艇壳，以获取更大的潜深。

随着战争模式的转变，地面装备的快速机动能力显得愈发重要。陆军的轻量化趋势使钛合金得到更广泛运用。像美国的 M777榴弹炮，全炮使用了960千克的钛合金材料，约占全炮重量的26%，令整炮战斗全重降至3.42吨，可用直升机吊运。

钛资源背后的力量角逐

钛在地球上的储量十分丰富，主要以氧化物和硅酸盐的形式存在。地壳中含钛矿物有140多种，常见的有钛铁矿、金红石、钙钛矿、镁钛矿、红钛锰矿等，但工业应用的主要是钛铁矿和金红石。据美国地质调查局统计，全球钛矿储量8.17亿吨，分布在除南极洲外的其余6大洲30多个国家中。其中，钛铁矿资源储量为7.7亿吨，约占全部钛矿的94.2%，主要由中国、澳大利亚、加拿大、莫桑比克、南非、印度、巴西、挪威8个国家生产，这8国合计年产量为556万吨，约占全球总产量79.2%。金红石资源储量0.47亿吨，约占全部钛矿的5.8%，主要由澳大利亚、印度、肯尼亚、莫桑比克、塞内加尔、塞拉利昂 南非 乌克兰、马达加斯加生产，其中澳大利亚、塞拉利昂、南非、乌克兰这 4国合计年产量为 46.4万吨，约占全球总产量77.5%。

目前，全球钛工业产业链有两条不同的分支，即钛材工业和钛白粉工业。钛材工业是从钛铁矿和金红石采选开始，制造海绵钛或钛白粉，然后制成各种金属产品，用于航空航天、化工、船舶等领域。钛白粉工业则是在钛铁矿和金红石采选后，通过化学过程生成钛白粉，用于涂料、塑料和造纸等行业。

与波音公司合资的钛加工企业

由于熔炼技术复杂、加工难度大，目前仅有美国、俄罗斯、日本、中国掌握完整的钛工业生产技术。欧洲的钛材加工和应用技术虽处于领先地位，但并没有海绵钛工业，而乌克兰虽继承了苏联的部分海绵钛产业，但在钛材加工和应用方面偏弱。俄罗斯与乌克兰同为钛的主要供应国，主要为全球客户提供海绵钛或钛材，上文中提到的俄罗斯上萨尔达冶金生产协会-阿维斯马公司，就是全球最大的海绵钛生产商，年产能为3.4万吨，其也是全球最大的钛金属生产商，占全球钛材市场份额的20%以上。乌克兰的扎波罗热钛镁联合公司，年产1.2万吨海绵钛。由于俄乌冲突持续导致全球市场上钛金属一度出现供应紧张，鉴于局势恶化的预期，部分下游采购商也因恐慌出现了采购囤积行为再加上当前生产钛金属的主要原料镁价格始终居高不下，钛金属的价格在今球范围内大幅上涨 像海绵钛（纯度=99.6%）价格在2020年10月时报价为55元/千克。但到2023年3月初已涨到70元/千克至84元/千克。

据外媒报道：乌克兰的钛加工厂Velta已在捷克开设分公司，用于展示钛金属生产工艺，未来，他们还希望在美国建立工厂，这样美国就能获得稳定的钛产品了。不过，Velta公司只占全球钛市场的2%，产量太小难以满足美国庞大的需求。此外，美国更需要的是轧制及加工过的钛产品，而非初级产品和钛锭。这就使得以生产钛初级产品和钛锭为主的乌克兰，难以让美国吃上“定心丸”。