钛（Ti）被誉为“万能金属”，其被广泛应用在航空航天（机身和发动机）、石油化工（冷凝器、换热管）、国防军工（导弹火箭）以及医疗生物（人造骨头）等高端领域，同时因多重壁垒造就高端钛材具有极高的经济价值。

前不久，世界知识产权组织（WIPO）发布了以钛铁矿为原料的钛和二氧化钛制备与应用的专利态势报告，其概述了2002至2022年从钛铁矿中提取二氧化钛或钛金属相关工艺的专利活动，介绍了二氧化钛和钛金属的特定工业应用，如陶瓷、医疗技术、电池电极、化妆品、涂料和水处理。报告旨在帮助政策制定者和决策者明确钛铁矿加工和应用的机会。德高行数据研究院将其中的关键信息做出了梳理。

一、报告核心要点

1.与钛铁矿生产以及二氧化钛相关的专利活动正在迅速增加

从2002年到2022年，共有459个专利家族描述了用钛铁矿生产二氧化钛的情况，并且这个数字正在迅速增长。这些专利中的大多数描述了预处理过程，例如使用熔炼和磁选来提高低品位矿石中的钛浓度，从而获得钛精矿或钛渣。其他专利描述了通过直接湿法冶金工艺或通过两种工业开发工艺（硫酸盐工艺和氯化物工艺）获得二氧化钛的工艺。

酸浸可以用作预处理或湿法冶金过程的一部分，以直接获得二氧化钛或合成金红石（>90%的二氧化钛，TiO2）。硫酸盐法占世界二氧化钛产量的40%，在23%的专利家族中受到保护。氯化物工艺仅在8%的专利家族中被提及，尽管它提供了全世界60%的二氧化钛工业生产。鉴于本专利概况报告的结果，WIPO预计在未来几年内，工业氯化物工艺的使用将逐步减少，直接湿法冶金工艺的使用将会增加，其需要更少的步骤，也更加方便。

二氧化钛生产相关专利的贡献者主要来自中国、澳大利亚和美国，这也反映了这些国家对工业生产的主要贡献。中国的攀钢、龙佰集团是其主要贡献者，持有涵盖预处理和最终产品生产过程的多样化专利组合。

2.与钛铁矿生产钛金属有关的专利活动保持稳定

2002年至2022年，已有92个专利家族描述了钛铁矿生产钛金属的相关技术，这一数字保持相当稳定。这些专利描述了从矿石（如钛铁矿）、二氧化钛、四氯化钛（一种在氯化法中获得的中间体）中生产钛金属的方法，如果需要的话也可以先对原料进行净化，然后使用还原剂通过化学还原过程转化为钛金属。在还原剂的工艺方面存在差异，其中镁是工业生产中最常用的，也是开发最多的还原剂。

该领域专利的关键参与者是日本公司，特别是东宝钛业和大阪钛技术公司，这两家公司都专注于利用镁进行还原。攀钢也是钛金属专利的重要参与者，拥有熔盐电解还原法的相关专利。

3.二氧化钛和钛金属广泛的工业应用

报告分析了2012年至2022年二氧化钛和钛的工业应用专利，认为重点关注的是六个技术领域：陶瓷、电池电极、医疗技术、化妆品、涂料和水处理。

有2027个专利家族描述二氧化钛和钛复合材料在陶瓷中的应用。这些材料在电子产品中被用作绝缘体，也用于消费品（烤箱涂层）、建筑和装饰（瓷砖）。几家领先的工业公司，如TDK、LG和三星，都是主要的专利贡献者，显示了这项技术的成熟度及其在工业上的广泛应用。

有1874个专利家族保护二氧化钛在电极中的应用，且这一数字正在迅速增长，部分原因是电动汽车的迅速发展。相关专利主要集中在电子或车用锂二次电池中使用钛基化合物作为阴极的相关技术。排名靠前的几家公司包括LG、三星、东芝、丰田和日产。

有1182个专利家族描述了钛金属和合金在医疗技术中的应用，而且数量正在迅速增加。骨假体、皮质板、支架和夹具等可植入产品是最常见的应用，一些专利还描述了此类植入式产品和非植入式手术器械（导向器、机器人）的涂层。中国公司和大学主导了这一应用领域的专利，上海交通大学医学院是最主要的专利贡献者。

有953个专利家族保护含有二氧化钛的化妆品化合物。由于二氧化钛的不透明性和高遮盖力，以及紫外线（UV）过滤器，二氧化钛在化妆品领域得到广泛应用。专利涵盖了染发/化妆、防晒霜、牙膏、皮肤美白和皮肤或唇部化妆产品。法国跨国公司欧莱雅（L'Oréal）拥有53项有效专利，位居榜首，其次是资生堂（Shiseido）和花王（Kao）等几家日本公司。

有908个专利家族描述了二氧化钛及其复合材料在涂料中的应用。该领域的专利由中国学术机构和公司主导，从专利中看，江丰电子材料聚焦于半导体涂层材料，肇庆宏旺金属实业有限公司侧重钢铁制造，广州市尤特新材料有限公司侧重玻璃、光伏和装饰产品涂层制造。

有719个专利家族保护水处理中使用二氧化钛。这项技术正在迅速发展，并有望在未来几年内进一步发展。专利描述了使用电化学法等水处理的方法，其中二氧化钛或钛复合材料用作电极，或通过紫外线照射进行净化，二氧化钛用作光催化剂。此领域的其他专利描述了一种基于杂质沉淀的净化技术，其中四氯化钛用作混凝剂。此领域专利的主要参与者中国石油化工，除此之外是中国的大学。缺乏足够的工业贡献者反映了这项技术的可能尚不成熟。

二、钛矿产业链专利分析数据

1.钛矿提取主要国家分析

从2020年的各国在钛矿开采、二氧化钛生产、钛生产的产能预估数据来看，中国主导了钛矿开采与加工领域，占全球钛矿开采的33%，几乎占钛和二氧化钛总产量的50%。

美国、澳大利亚、加拿大、乌克兰和印度也在积极参与钛矿开采和加工。南非、莫桑比克、挪威、肯尼亚和马达加斯加只提供矿石来源，不参与钛加工。日本、俄罗斯、哈萨克斯坦、德国、沙特阿拉伯和英国未参与开采天然矿石，但其是矿石或矿渣的加工以及二氧化钛和/或钛金属生产领域的重要参与者。

图1：2020年各国钛矿开采、二氧化钛及钛生产的产能占比数据

图2：2020年各国二氧化钛生产能力(千吨)

图3：矿山产量（千吨TiO2当量）

2.钛的来源、加工和最终产品专利分析

与每个专利族相关的最早优先权年的第一个申请年是专利活动的常用度量标准。过去15年，钛的来源、加工和最终产品相关专利活动稳步增长，2014-2019年的专利活动年复合增长率超过8%，表明人们对该主题的兴趣越来越大。从有效性上来看，大约44%的相关专利家族已被授予，19%的专利正在申请中，37%的专利已经失效。

根据使用的钛源和最终钛产品对相关专利进行分类，可以发现，有29%的专利描述了钛铁矿转化为二氧化钛，27%的专利描述其转化为炉渣，8%的专利中最终产品为合成金红石。有四分之一的创新是将普通矿石、矿渣或尾矿作为起始原料，并将其转化为合成金红石、二氧化钛或升级矿渣。

从所用工艺和最终钛产品对相关专利进行分类，可以发现有43%的专利族中提到了熔炼，它与磁选结合使用，主要产生炉渣。37%的专利家族中提到了酸浸，无论是作为预处理还是作为获得二氧化钛或合成金红石的直接方法。在23%的专利家族中，硫酸盐法受到保护，几乎专门用于制备二氧化钛，而氯化物法仅在8%的专利家族被提及。

3.地理覆盖范围和主要参与者专利分析

在钛生产二氧化钛的过程中，中国占据了专利申请的主导地位，73%的专利是以中国为优先申请国——即每个专利家族的第一个专利申请国，紧随其后的是澳大利亚（5%）和美国（4%）。

从主要参与者来看，无论是工业界还是学术界，几乎也主要来自中国。不过大多数中国专利都是由单个申请人申请的，且大多数仅在中国国内申请，未进入国际，尽管也有一些中国企业和学者之间的台作。另外，尽管德国有相当大的生产能力，但没有德国企业参与者出现在顶级玩家中。

4.金属钛的生产相关专利分析

从专利（族）申请数量上来看，在过去的20年中，钛金属生产的专利活动保持稳定，表明对该主题的兴趣持续，但没有显著增长。

报告对生产金属钛的起始材料与制备方法、钛金属产品的最终形式进行了分析。数据显示，专利中制备金属钛所用的起始材料主要是钛铁矿（占比23%）、金红石（占比18%）、二氧化钛（13%）、含钛矿石或矿渣（20%）。使用四氯化钛（TiCl4）或其他未指定的原材料的也占比较高（23%）。

从钛金属的最终形态来看，有42%的专利家族是以钛金属海绵为最终产物，16%的专利族的最终产物为钛金属粉末或颗粒，7%的专利族的最终产物为需要进一步加工以获得锭、棒或坯料形式的致密钛。

5.二氧化钛和钛在陶瓷中的工业应用发展趋势

在过去10年，二氧化钛和钛应用在陶瓷中的专利数量大幅增加，2014年至2019年的年复合增长率高达15%。这体现出相关应用的发展十分迅速。

从应用方向上来看，在二氧化钛应用于陶瓷领域的2027个专利家族中，与纳米技术相关的有337个，包括纳米结构、纳米粉末或纳米颗粒等。

从专利的主要申请人来看，领先者主要为中、日、韩。其中中国的主要申请人主要为大学与研究机构，如广东工业大学、武汉科技大学、天津大学等，日、韩的领先企业主要是TDK（日本）、LG（韩国）和三星（韩国）等跨国巨头。

6.二氧化钛和在电池电极中的应用

自2012年以来，在电池电极上使用钛和二氧化钛有关的专利活动有所增加，其专利年复合增长率为+11%，这与电动汽车的迅速增长有关。这些专利主要集中在电子或汽车领域，在锂基二次电池中使用钛基化合物作为阴极。

在二氧化钛应用于电池电极的1875个有效专利家族中，与纳米技术相关的有808件，包括纳米粒子，纳米管，纳米片和纳米纤维等，表明纳米化合物在电池电极中的广泛应用。

从IPC分类来看，相关发明主要分为两类：以二氧化物和羟基为基础的活性成分和不基于二氧化物和羟基的成分。

从主要参与者来看，中南大学（中国）、LG（韩国）、三星（韩国）、东芝（日本）、银隆（中国）、丰田（日本）、国轩高科（中国）和日产（日本）是领先者。

7.钛金属和合金在医疗技术的应用

自2012年以来，有1,182个有效专利家族描述了二氧化钛和钛在医疗技术领域的使用。其专利数量年复合增长率高达+23%。这主要是由于钛有高强度重量比和较高的化学稳定性，骨假体、皮质板、支架和夹具等可植入产品是最常见的应用。

从专利的申请人来看，中国主导了这一应用领域，上海交通大学医学院是最大的申请人。

明德高行·知情郎