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比稀土黄金更珍贵的四大核心金属

发布时间:2022-11-08 15:17 浅夏韵歌

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一、金属锑——锑在地壳中的含量为0.0001%

锑,呈现银白色有光泽硬而脆的金属。有鳞片状晶体结构。在潮湿空气中逐渐失去光泽,强热则燃烧成白色锑的氧化物。易溶于王水,溶于浓硫酸。相对密度6.68。熔点630℃。沸点1635℃(1440℃)。有毒,最小致死量(大鼠,腹腔)100mg/kg。有刺激性。值得一提的是,世界卫生组织规定,对水中锑含量和日摄入量应小于0.86微克/千克每日。日本限定宝特瓶中的锑含量应小于200ppm,对热灌装用的饮料,则禁用含锑的宝特瓶。欧盟则规定,食品中的锑含量应小于20ppb,环保级PET纤维中的锑含量不得大于260ppm。

金属锑

锑是一种有毒的化学元素,元素符号为Sb,原子序数为51。它是一种有金属光泽的类金属,在自然界中主要存在于硫化物矿物辉锑矿(Sb2S3)中。已知锑化合物在古代就用作化妆品,金属锑在古代也有记载,但那时却被误认为是铅。约17世纪时,人类知道了锑是一种化学元素。

中国已成为世界上最大的锑及其化合物生产国,而其中大部分又都产自湖南省冷水江市的锡矿山。锑的工业制法是先焙烧,再用碳在高温下还原,或者是直接用金属铁还原辉锑矿。

锑的作用非常明显,比如铅酸电池中所用的铅锑合金板。锑与铅和锡制成合金可用来提升焊接材料、子弹及轴承的性能。锑化合物是用途广泛的含氯及含溴阻燃剂的重要添加剂,锑在新兴的微电子技术中也有广泛用途,比如AMD显卡制造。

锑是氮族元素(15族),电负性为2.05。根据元素周期律,它的电负性比锡和铋大,比碲和砷小锑在室温下的空气中是稳定的,但加热时能与氧气反应生成三氧化二锑。

锑是一种带有银色光泽的灰色金属,其莫氏硬度为3。因此,纯锑不能用于制造硬的物件。比如贵州省曾在1931年发行锑制的硬币,但因为锑很容易磨损,在流通过程损失严重。锑在一般条件下不与酸反应。

重要生产国:据英国地质调查局早在2005年的报告,中国是世界上锑产量最大的国家,占了全球的84%,远远超出南非、玻利维亚和塔吉克斯坦。尤其是湖南省冷水江市的锡矿山是世界最大锑矿,当时估计储量为210万吨。而根据美国地质调查局的报告(2010),中国生产的锑占全球的88.9%。

金属锑矿山

根据英国洛斯基矿业咨询公式之前估计。俄罗斯(占4.14%,产量6,500吨)、缅甸(占3.76%,产量5,897吨)、加拿大(占3.61%,产量5,660吨)、塔吉克斯坦(占3.42%,产量5,370吨)和玻利维亚(占3.17%,4,980吨)。

重要用途:主要应用在新能源电池,航天材料。锑在合金中的主要作用是增加硬度,常被称为金属或合金的硬化剂。在金属中加入比例不等的锑后,金属的硬度就会加大,因此,可以用来制造军火锑及锑化合物。是十分重要的战略物资。它也用于玻璃纤维复合材料(俗称玻璃钢)工业中聚酯树脂的添加剂,比如轻型飞机的发动机盖。

另外,铅锑合金可以用于给NPN型合金结晶体管的发射器和接收器上漆。锑化铟同时是用于制作中红外探测仪的材料。锑的硫化物已被证实可以稳定汽车刹车片材料的摩擦系数。锑也用于制造子弹和子弹示踪剂。

二、金属铼——具有重要的"铼效应"

可以从和它性质相似的元素的矿物中寻找到,因此,科学家们一直致力于从锰矿、铂矿以及铌铁矿(钽和铌的矿物)中寻找这两个元素。直到1925年才由德国的诺达克、塔克和贝格利用X光谱从大量的矿物和岩石的浓缩产物中发现命名75号元素为rhenium,元素符号定为Re。

金属铼

在自然界中,铼分布在辉钼矿、稀土矿和铌钽矿中,含量都很低。在辉钼矿中可能以二硫化铼ReS2或七硫化二铼Re2S7形式存在,含量略高些。铼有两种天然同位素:Re-185稳定,Re-187 有放射性。

铼能够同时提高钨、钼、铬的强度和塑性,这种现象称为"铼效应".添加少量(3%~5%)的铼能够使钨的再结晶起始温度升高300℃~500℃---铼(Re)的上述作用被称为铼效应W-Re和Mo-Re合金具有良好的高温强度和塑性,可加工成板、片、线、丝、棒,用于航天、航空的高温结构件(喷口、喷管、防热屏等)、弹性元件及电子元件等。

重要生产国:在1978年和1979年期间,全球铼的总产量分别为7210和7260公斤。其中联邦德国、智利、加拿大和前苏联是铼的主要生产国。全球铼资源主要分布在美洲和欧洲。据美国地质调查局2015年发布的数据,全球铼探明资源储量约为1100吨,其中美国铼探明资源储量约为500吨,其他国家为600吨。

全球铼资源量约为2500吨,智利的铼资源量最为丰富,为1300吨,其次为美国(390吨)、俄罗斯(310吨)、哈萨克斯坦(190吨)、亚美尼亚(95吨)、秘鲁(45吨)以及加拿大(32吨),世界其他国家铼资源储量的总和约为91吨。

智利同时为铼的最大生产国,2014年铼产量(26吨)约占全球产量的53%,其次为美国(7.9吨)、波兰(7.6吨)、乌兹别克斯坦(5.0吨)和亚美尼亚(0.3吨)。美国是全球最大的铼消费国,智利和波兰则是美国铼金属的主要供应国。

我国铼资源的保有储量为237吨(2013),铼矿有11处,分布在陕西(占全国铼储量的44.3%)、黑龙江(31.6%)、河南(12.7%)、湖南、湖北、辽宁、广东、贵州和江苏9省。我国铼资源几乎全部伴生于钼矿床中,主要分布在陕西金堆城钼矿、河南栾川钼矿、吉林大黑山钼矿和黑龙江多宝山铜(钼)矿等矿床中,这些矿床中铼的储量约占全国铼总储量的90%。中国的铼产量不高,每年两吨左右。

重要用途:由于价格昂贵,直到1950年才由实验室珍品变为重要的新兴金属材料。铼广泛用于现代工业各部门,主要用作石油工业和汽车工业催化剂,石油重整催化剂,电子工业和航天工业用铼合金等。

铼矿石

铼的重要应用还包括以下几个领域:

1、铼主要用作石油工业的催化剂。

2、铼具有很高的电子发射性能,广泛应用于无线电、电视和真空技术中。

3、铼具有很高熔点,是一种主要的高温仪表材料;同时含铼合金也用于航空发动机耐热部件的制造,全球约80%的铼用于生产航空发动机。

4、铼和铼的合金还可作电子管元件和超高温加热器以蒸发金属。

5、钨铼热电偶在3100℃也不软化,钨或钼合金中加25%的铼可增加延展性能;铼在火箭、导弹上用作高温涂层用,宇宙飞船用的仪器和高温部件如热屏蔽、电弧放电、电接触器等都需要铼。

6、金属铼及其合金可制自来水笔尖和高温热电偶;在醇类脱氢、合成氨等化工中作催化剂;含铼的合金可耐高温;由于铼的存在分散,价格昂贵,实际应用尚待开发。还用来制造电灯丝、人造卫星和火箭的外壳、原子反应堆的防护板等。

三、金属钨——钨是熔点最高的难熔金属

钨是一种金属元素。原子序数74,原子量183.84。钨的硬度高,熔点高,常温下不受空气侵蚀。中国是世界上最大的钨储藏国。

钨原子质量为183.85,原子半径为137皮米,密度为19.35克/每立方厘米,属于元素周期表中第六周期(第二长周期)的VIB族。经过冶炼后的钨是银白色有光泽的金属,熔点极高,硬度很大,蒸气压很低,蒸发速度也较小,化学性质也比较稳定。

金属钨

钨通常人们根据金属的颜色和性质把金属分成两大类:黑色金属和有色金属。黑色金属主要指铁、锰、铬及其合金,比如钢、生铁、铁合金、铸铁等。黑色金属以外的金属称为有色金属。钨则属于有色金属范畴。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高,电阻比纯金 属大,电阻温度系数小,具有良好的综合机械性能。因此,作为一种有色金属,钨的强度和硬度非常高。由于这种特性,具有硬度高、耐磨性强的钨硬质合金被大规模应用于切削工具、矿山工具中。

钨是熔点最高的难熔金属。一般熔点高于1650℃并有一定储量的金属以及熔点高于锆熔点(1852℃)的金属称为难熔金属。典型的难熔金属有钨、钽、钼、铌、铪、铬、钒、锆和钛。作为一种难熔金属,钨最重要的优点是有良好的高温强度,对熔融碱金属和蒸气有良好的耐蚀性能,钨只有在1000℃以上才出现氧化物挥发和液相氧化物。但是,它同时也具有塑性-脆性转变温度较高,在室温下难以塑性加工的缺点。

钨是一种稀有金属。稀有金属通常指在自然界中含量较少或分布稀散的金属。钨是一种分布较广泛的元素,几乎遍见于各类岩石中,但含量较低。钨在地壳中的含量为0.001%,在花 岗岩中含量平均为1.5×10,这种特性导致其提取难度非常大,通常只能用有机溶剂萃取法及离子交换法分离提取。钨是一种战略金属。众所周知,稀有金属是国家的重要战略资源,而钨是典型的稀有金属,具有极为重要的用途。钨是当代高科技新材料的重要组成部分,比如一系列电子光学材料、特殊合金、新型功能材料及有机金属化合物等均需使用独特性能的钨。用量虽说不大,但至关重要,缺它不可。

钨属于有色金属,是十分重要的战略金属,钨矿在古代被称为"重石"。1781年由瑞典化学家卡尔·威廉·舍勒发现白钨矿,并提取出新的元素酸-钨酸,1783年被西班牙人德普尔亚发现黑钨矿也从中提取出钨酸,同年,用碳还原三氧化钨第一次得到了钨粉,并命名该元素。钨在地壳中的含量为0.001%。已发现的含钨矿物有20种。钨矿床一般伴随着花岗质岩浆的活动而形成。经过冶炼后的钨是银白色有光泽的金属,熔点极高,硬度很大。钨是熔点最高的金属。

1900年在巴黎世界博览会上,首次展出了高速钢。因此,钨的提取工业从此得到了迅猛发展。这种钢的出现标志了金属切割加工领域的重大技术进步。钨成为最重要的合金元素。

1900年,俄国发明家А.Н.Ладыгин首先建议在照明灯泡中应用钨。在1909年Кулидж制定基于粉末冶金法,采用压力加工的工艺方法之后,钨才有可能在电真空技术中得到广泛的应用。

1927--1928年采用以碳化钨为主成分研制出硬质合金,这是钨的工业发展史中的一个重要阶段。

钨是稀有高熔点金属,可提高钢的高温硬度,属于元素周期表中第六周期(第二长周期)的ⅥB族。钨是一种银白色金属,外形似钢。钨的熔点高,蒸气压很低,蒸发速度也较小。钨的化学性质很稳定,常温时不跟空气和水反应,不加热时,任何浓度的盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸以及王水对钨都不起作用,当温度升至80°-100°C 时,上述各种酸中,除氢氟酸外,其它的酸对钨发生微弱作用。

重要生产国:中国钨矿资源十分丰富,钨的产量和出口总量均占世界第一。很早以前中国的钨产量就达到世界总产量的70%以上。

钨在炽热的炼钢炉里,当温度达到1600℃时,坚硬的钢铁都会化成沸腾的钢水,金子也会变成流动的液体,而钨却纹丝不动,仍是固体。钨的熔点为3410℃,沸点高达5927℃,它的熔点和沸点,在金属中都是最高的。在钢铁生产中,它是不可缺少的添加料。它的化合物用于染料、油漆和化学试剂。近些年来,钨还加入到尖端科学技术领域,如掺入银10-15%的钨,可用来制造火箭的燃料喷管。

金属钨的用途

重要用途:世界上开采出的钨矿大约50%用于优质钢的冶炼,约35%用于生产硬质钢,约10%用于制钨丝,约5%其他用于其他用途。钨可以制造枪械、火箭推进器的喷嘴、穿甲弹、切削金属的刀片、钻头、超硬模具、拉丝模等等,钨的用途十分广泛,涉及矿山、冶金、机械、建筑、交通、电子、化工、轻工、纺织、军工、航天、科技、各个工业领域。

钨尤其以纯金属状态和以合金系状态广泛应用于现代技术中,合金系状态中最主要的是合金钢、以碳化钨为基的硬质合金、耐磨合金和强热合金。

四、金属镓——具有“电子工业脊梁”的美誉

镓是一种低熔点高沸点的稀散金属,具有“电子工业脊梁”的美誉,镓是灰蓝色或银白色的金属,符号Ga,原子量69.723。镓的熔点很低,但沸点很高。纯液态镓有显著的过冷的趋势,在空气中易氧化,形成氧化膜。

镓是化学史上第一个先从理论预言,后在自然界中被发现验证的化学元素。1871年,门捷列夫发现元素周期表中铝元素下面有个间隙尚未被占据,他预测这种未知元素的原子量大约是68,密度为5.9 g/cm³,性质与铝相似,他的这一预测被法国化学家布瓦博得朗证实。

镓在巴黎由布瓦博得朗于1875年发现。他在闪锌矿矿石(ZnS)中提取的锌的原子光谱上观察到了一个新的紫色线。这意味着一种未知的元素出现了。在1875年11月,布瓦博得朗提取并提纯了这种新的金属,并证明了它像铝。在1875年12月,他曾经向法国科学院宣布了它。

由于镓在地壳中的浓度很低。在地壳中占总量的0.0015%。它的分布很广泛,但不以纯金属状态存在,而以硫镓铜矿(CuGaS2)形式存在,不过很稀少,经济上也不重要。

世界90%以上的原生镓都是在生产氧化铝过程中提取的,是对矿产资源的一种综合利用,通过提取金属镓增加了矿产资源的附加值,提高氧化铝的品质降低了废弃物"赤泥"的污染,因此非常符合当前低碳经济以最小的自然资源代价获取最大利用价值的原则。

重要生产国:据美国地质调查局2015年数据,全球铝土矿中镓的储量超过100万吨。其中中国、德国和乌克兰是当今世界三大粗镓生产国。值得一提的是,中国镓含量高的铝土矿资源即将耗尽,可能最多能再维持10年开采时间。

镓的用途

重要用途:镓目前主要应用于半导体、光电材料、太阳能电池、合金、医疗器械和磁性材料等领域。镓-68会发射正电子,可以用于正电子断层成像。镓铟合金可用于汞的替代品。

来源:洲际矿山

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