長江有色金屬網(wǎng) > 有色知識 > 比稀土黃金更珍貴的四大核心金屬

比稀土黃金更珍貴的四大核心金屬

   來源:

銻,呈現(xiàn)銀白色有光澤硬而脆的金屬。有鱗片狀晶體結(jié)構(gòu)。

  一、金屬銻——銻在地殼中的含量為0.0001%
  
  銻,呈現(xiàn)銀白色有光澤硬而脆的金屬。有鱗片狀晶體結(jié)構(gòu)。在潮濕空氣中逐漸失去光澤,強(qiáng)熱則燃燒成白色銻的氧化物。易溶于王水,溶于濃硫酸。相對密度6.68。熔點(diǎn)630℃。沸點(diǎn)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,世界衛(wèi)生組織規(guī)定,對水中銻含量和日攝入量應(yīng)小于0.86微克/千克每日。日本限定寶特瓶中的銻含量應(yīng)小于200ppm,對熱灌裝用的飲料,則禁用含銻的寶特瓶。歐盟則規(guī)定,食品中的銻含量應(yīng)小于20ppb,環(huán)保級PET纖維中的銻含量不得大于260ppm。
  
  銻是一種有毒的化學(xué)元素,元素符號為Sb,原子序數(shù)為51。它是一種有金屬光澤的類金屬,在自然界中主要存在于硫化物礦物輝銻礦(Sb2S3)中。已知銻化合物在古代就用作化妝品,金屬銻在古代也有記載,但那時卻被誤認(rèn)為是鉛。約17世紀(jì)時,人類知道了銻是一種化學(xué)元素。
  
  中國已成為世界上最大的銻及其化合物生產(chǎn)國,而其中大部分又都產(chǎn)自湖南省冷水江市的錫礦山。銻的工業(yè)制法是先焙燒,再用碳在高溫下還原,或者是直接用金屬鐵還原輝銻礦。
  
  銻的作用非常明顯,比如鉛酸電池中所用的鉛銻合金板。銻與鉛和錫制成合金可用來提升焊接材料、子彈及軸承的性能。銻化合物是用途廣泛的含氯及含溴阻燃劑的重要添加劑,銻在新興的微電子技術(shù)中也有廣泛用途,比如AMD顯卡制造。
  
  銻是氮族元素(15族),電負(fù)性為2.05。根據(jù)元素周期律,它的電負(fù)性比錫和鉍大,比碲和砷小銻在室溫下的空氣中是穩(wěn)定的,但加熱時能與氧氣反應(yīng)生成三氧化二銻。
  
  銻是一種帶有銀色光澤的灰色金屬,其莫氏硬度為3。因此,純銻不能用于制造硬的物件。比如貴州省曾在1931年發(fā)行銻制的硬幣,但因?yàn)殇R很容易磨損,在流通過程損失嚴(yán)重。銻在一般條件下不與酸反應(yīng)。
  
  重要生產(chǎn)國:據(jù)英國地質(zhì)調(diào)查局早在2005年的報告,中國是世界上銻產(chǎn)量最大的國家,占了全球的84%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出南非、玻利維亞和塔吉克斯坦。尤其是湖南省冷水江市的錫礦山是世界最大銻礦,當(dāng)時估計儲量為210萬噸。而根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局的報告(2010),中國生產(chǎn)的銻占全球的88.9%
  
  根據(jù)英國洛斯基礦業(yè)咨詢公式之前估計。俄羅斯(占4.14%,產(chǎn)量6,500噸)、緬甸(占3.76%,產(chǎn)量5,897噸)、加拿大(占3.61%,產(chǎn)量5,660噸)、塔吉克斯坦(占3.42%,產(chǎn)量5,370噸)和玻利維亞(占3.17%,4,980噸)。
  
  重要用途:主要應(yīng)用在新能源電池,航天材料。銻在合金中的主要作用是增加硬度,常被稱為金屬或合金的硬化劑。在金屬中加入比例不等的銻后,金屬的硬度就會加大,因此,可以用來制造軍火銻及銻化合物。是十分重要的戰(zhàn)略物資。它也用于玻璃纖維復(fù)合材料(俗稱玻璃鋼)工業(yè)中聚酯樹脂的添加劑,比如輕型飛機(jī)的發(fā)動機(jī)蓋。
  
  另外,鉛銻合金可以用于給NPN型合金結(jié)晶體管的發(fā)射器和接收器上漆。銻化銦同時是用于制作中紅外探測儀的材料。銻的硫化物已被證實(shí)可以穩(wěn)定汽車剎車片材料的摩擦系數(shù)。銻也用于制造子彈和子彈示蹤劑。
  
  二、金屬錸——具有重要的"錸效應(yīng)"
  
  錸是一個真正稀有元素。它在地殼中的含量比所有的稀土元素都小,僅僅大于鏷和鐳這些元素。再加上它不形成固定的礦物,通常與其他金屬伴生。就使它成為存在于自然界中被人們發(fā)現(xiàn)的最后一個元素。錸,作為錳副族中的一個成員,早在門捷列夫建立元素周期系之時,就曾預(yù)言它的存在,把它稱為dwi-manganese(次錳),而把這個族中的另一個當(dāng)時也沒有發(fā)現(xiàn)的成員稱為eka-manganese(類錳)。后來莫斯萊確定了這兩個元素的原子序數(shù)分別是75和43。由于某個未知元素往往可以從和它性質(zhì)相似的元素的礦物中尋找到,因此,科學(xué)家們一直致力于從錳礦、鉑礦以及鈮鐵礦(鉭和鈮的礦物)中尋找這兩個元素。直到1925年才由德國的諾達(dá)克、塔克和貝格利用X光譜從大量的礦物和巖石的濃縮產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)命名75號元素為rhenium,元素符號定為Re。
  
  在自然界中,錸分布在輝鉬礦、稀土礦和鈮鉭礦中,含量都很低。在輝鉬礦中可能以二硫化錸ReS2或七硫化二錸Re2S7形式存在,含量略高些。錸有兩種天然同位素:Re-185穩(wěn)定,Re-187 有放射性。
  
  錸能夠同時提高鎢、鉬、鉻的強(qiáng)度和塑性,這種現(xiàn)象稱為"錸效應(yīng)".添加少量(3%~5%)的錸能夠使鎢的再結(jié)晶起始溫度升高300℃~500℃---錸(Re)的上述作用被稱為錸效應(yīng)W-Re和Mo-Re合金具有良好的高溫強(qiáng)度和塑性,可加工成板、片、線、絲、棒,用于航天、航空的高溫結(jié)構(gòu)件(噴口、噴管、防熱屏等)、彈性元件及電子元件等。
  
  重要生產(chǎn)國:在1978年和1979年期間,全球錸的總產(chǎn)量分別為7210和7260公斤。其中聯(lián)邦德國、智利、加拿大和前蘇聯(lián)是錸的主要生產(chǎn)國。全球錸資源主要分布在美洲和歐洲。據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局2015年發(fā)布的數(shù)據(jù),全球錸探明資源儲量約為1100噸,其中美國錸探明資源儲量約為500噸,其他國家為600噸。
  
  全球錸資源量約為2500噸,智利的錸資源量最為豐富,為1300噸,其次為美國(390噸)、俄羅斯(310噸)、哈薩克斯坦(190噸)、亞美尼亞(95噸)、秘魯(45噸)以及加拿大(32噸),世界其他國家錸資源儲量的總和約為91噸。
  
  智利同時為錸的最大生產(chǎn)國,2014年錸產(chǎn)量(26噸)約占全球產(chǎn)量的53%,其次為美國(7.9噸)、波蘭(7.6噸)、烏茲別克斯坦(5.0噸)和亞美尼亞(0.3噸)。美國是全球最大的錸消費(fèi)國,智利和波蘭則是美國錸金屬的主要供應(yīng)國。
  
  我國錸資源的保有儲量為237噸(2013),錸礦有11處,分布在陜西(占全國錸儲量的44.3%)、黑龍江(31.6%)、河南(12.7%)、湖南、湖北、遼寧、廣東、貴州和江蘇9省。我國錸資源幾乎全部伴生于鉬礦床中,主要分布在陜西金堆城鉬礦、河南欒川鉬礦、吉林大黑山鉬礦和黑龍江多寶山(鉬)礦等礦床中,這些礦床中錸的儲量約占全國錸總儲量的90%。中國的錸產(chǎn)量不高,每年兩噸左右。
  
  重要用途:由于價格昂貴,直到1950年才由實(shí)驗(yàn)室珍品變?yōu)橹匾男屡d金屬材料。錸廣泛用于現(xiàn)代工業(yè)各部門,主要用作石油工業(yè)和汽車工業(yè)催化劑,石油重整催化劑,電子工業(yè)和航天工業(yè)用錸合金等。錸的重要應(yīng)用還包括以下幾個領(lǐng)域:
  
  1、錸主要用作石油工業(yè)的催化劑。
  
  2、錸具有很高的電子發(fā)射性能,廣泛應(yīng)用于無線電、電視和真空技術(shù)中。
  
  3、錸具有很高熔點(diǎn),是一種主要的高溫儀表材料;同時含錸合金也用于航空發(fā)動機(jī)耐熱部件的制造,全球約80%的錸用于生產(chǎn)航空發(fā)動機(jī)。
  
  4、錸和錸的合金還可作電子管元件和超高溫加熱器以蒸發(fā)金屬。
  
  5、鎢錸熱電偶在3100℃也不軟化,鎢或鉬合金中加25%的錸可增加延展性能;錸在火箭、導(dǎo)彈上用作高溫涂層用,宇宙飛船用的儀器和高溫部件如熱屏蔽、電弧放電、電接觸器等都需要錸。
  
  6、金屬錸及其合金可制自來水筆尖和高溫?zé)犭娕?在醇類脫氫、合成氨等化工中作催化劑;含錸的合金可耐高溫;由于錸的存在分散,價格昂貴,實(shí)際應(yīng)用尚待開發(fā)。還用來制造電燈絲、人造衛(wèi)星和火箭的外殼、原子反應(yīng)堆的防護(hù)板等。
  
  三、金屬鎢——鎢是熔點(diǎn)最高的難熔金屬
  
  鎢是一種金屬元素。原子序數(shù)74,原子量183.84。鎢的硬度高,熔點(diǎn)高,常溫下不受空氣侵蝕。中國是世界上最大的鎢儲藏國。
  
  鎢原子質(zhì)量為183.85,原子半徑為137皮米,密度為19.35克/每立方厘米,屬于元素周期表中第六周期(第二長周期)的VIB族。經(jīng)過冶煉后的鎢是銀白色有光澤的金屬,熔點(diǎn)極高,硬度很大,蒸氣壓很低,蒸發(fā)速度也較小,化學(xué)性質(zhì)也比較穩(wěn)定。
  
  鎢通常人們根據(jù)金屬的顏色和性質(zhì)把金屬分成兩大類:黑色金屬和有色金屬。黑色金屬主要指鐵、錳、鉻及其合金,比如鋼、生鐵、鐵合金、鑄鐵等。黑色金屬以外的金屬稱為有色金屬。鎢則屬于有色金屬范疇。有色合金的強(qiáng)度和硬度一般比純金屬高,電阻比純金 屬大,電阻溫度系數(shù)小,具有良好的綜合機(jī)械性能。因此,作為一種有色金屬,鎢的強(qiáng)度和硬度非常高。由于這種特性,具有硬度高、耐磨性強(qiáng)的鎢硬質(zhì)合金被大規(guī)模應(yīng)用于切削工具、礦山工具中。
  
  鎢是熔點(diǎn)最高的難熔金屬。一般熔點(diǎn)高于1650℃并有一定儲量的金屬以及熔點(diǎn)高于鋯熔點(diǎn)(1852℃)的金屬稱為難熔金屬。典型的難熔金屬有鎢、鉭、鉬、鈮、鉿、鉻、釩、鋯和鈦。作為一種難熔金屬,鎢最重要的優(yōu)點(diǎn)是有良好的高溫強(qiáng)度,對熔融堿金屬和蒸氣有良好的耐蝕性能,鎢只有在1000℃以上才出現(xiàn)氧化物揮發(fā)和液相氧化物。但是,它同時也具有塑性-脆性轉(zhuǎn)變溫度較高,在室溫下難以塑性加工的缺點(diǎn)。
  
  鎢是一種稀有金屬。稀有金屬通常指在自然界中含量較少或分布稀散的金屬。鎢是一種分布較廣泛的元素,幾乎遍見于各類巖石中,但含量較低。鎢在地殼中的含量為0.001%,在花 崗巖中含量平均為1.5×10,這種特性導(dǎo)致其提取難度非常大,通常只能用有機(jī)溶劑萃取法及離子交換法分離提取。鎢是一種戰(zhàn)略金屬。眾所周知,稀有金屬是國家的重要戰(zhàn)略資源,而鎢是典型的稀有金屬,具有極為重要的用途。鎢是當(dāng)代高科技新材料的重要組成部分,比如一系列電子光學(xué)材料、特殊合金、新型功能材料及有機(jī)金屬化合物等均需使用獨(dú)特性能的鎢。用量雖說不大,但至關(guān)重要,缺它不可。
  
  鎢屬于有色金屬,是十分重要的戰(zhàn)略金屬,鎢礦在古代被稱為"重石"。1781年由瑞典化學(xué)家卡爾·威廉·舍勒發(fā)現(xiàn)白鎢礦,并提取出新的元素酸-鎢酸,1783年被西班牙人德普爾亞發(fā)現(xiàn)黑鎢礦也從中提取出鎢酸,同年,用碳還原三氧化鎢第一次得到了鎢粉,并命名該元素。鎢在地殼中的含量為0.001%。已發(fā)現(xiàn)的含鎢礦物有20種。鎢礦床一般伴隨著花崗質(zhì)巖漿的活動而形成。經(jīng)過冶煉后的鎢是銀白色有光澤的金屬,熔點(diǎn)極高,硬度很大。鎢是熔點(diǎn)最高的金屬。
  
  1900年在巴黎世界博覽會上,首次展出了高速鋼。因此,鎢的提取工業(yè)從此得到了迅猛發(fā)展。這種鋼的出現(xiàn)標(biāo)志了金屬切割加工領(lǐng)域的重大技術(shù)進(jìn)步。鎢成為最重要的合金元素。
  
  1900年,俄國發(fā)明家А.Н.Ладыгин首先建議在照明燈泡中應(yīng)用鎢。在1909年Кулидж制定基于粉末冶金法,采用壓力加工的工藝方法之后,鎢才有可能在電真空技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用。
  
  1927--1928年采用以碳化鎢為主成分研制出硬質(zhì)合金,這是鎢的工業(yè)發(fā)展史中的一個重要階段。
  
  鎢是稀有高熔點(diǎn)金屬,可提高鋼的高溫硬度,屬于元素周期表中第六周期(第二長周期)的ⅥB族。鎢是一種銀白色金屬,外形似鋼。鎢的熔點(diǎn)高,蒸氣壓很低,蒸發(fā)速度也較小。鎢的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定,常溫時不跟空氣和水反應(yīng),不加熱時,任何濃度的鹽酸、硫酸、硝酸、氫氟酸以及王水對鎢都不起作用,當(dāng)溫度升至80°-100°C 時,上述各種酸中,除氫氟酸外,其它的酸對鎢發(fā)生微弱作用。
  
  重要生產(chǎn)國:中國鎢礦資源十分豐富,鎢的產(chǎn)量和出口總量均占世界第一。很早以前中國的鎢產(chǎn)量就達(dá)到世界總產(chǎn)量的70%以上。
  
  鎢在熾熱的煉鋼爐里,當(dāng)溫度達(dá)到1600℃時,堅硬的鋼鐵都會化成沸騰的鋼水,金子也會變成流動的液體,而鎢卻紋絲不動,仍是固體。鎢的熔點(diǎn)為3410℃,沸點(diǎn)高達(dá)5927℃,它的熔點(diǎn)和沸點(diǎn),在金屬中都是最高的。在鋼鐵生產(chǎn)中,它是不可缺少的添加料。它的化合物用于染料、油漆和化學(xué)試劑。近些年來,鎢還加入到尖端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域,如摻入銀10-15%的鎢,可用來制造火箭的燃料噴管。
  
  重要用途:世界上開采出的鎢礦大約50%用于優(yōu)質(zhì)鋼的冶煉,約35%用于生產(chǎn)硬質(zhì)鋼,約10%用于制鎢絲,約5%其他用于其他用途。鎢可以制造槍械、火箭推進(jìn)器的噴嘴、穿甲彈、切削金屬的刀片、鉆頭、超硬模具、拉絲模等等,鎢的用途十分廣泛,涉及礦山、冶金、機(jī)械、建筑、交通、電子、化工、輕工、紡織、軍工、航天、科技、各個工業(yè)領(lǐng)域。
  
  鎢尤其以純金屬狀態(tài)和以合金系狀態(tài)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代技術(shù)中,合金系狀態(tài)中最主要的是合金鋼、以碳化鎢為基的硬質(zhì)合金、耐磨合金和強(qiáng)熱合金。
  
  四、金屬鎵——具有“電子工業(yè)脊梁”的美譽(yù)
  
  鎵是一種低熔點(diǎn)高沸點(diǎn)的稀散金屬,具有“電子工業(yè)脊梁”的美譽(yù),鎵是灰藍(lán)色或銀白色的金屬,符號Ga,原子量69.723。鎵的熔點(diǎn)很低,但沸點(diǎn)很高。純液態(tài)鎵有顯著的過冷的趨勢,在空氣中易氧化,形成氧化膜。
  
  鎵是化學(xué)史上第一個先從理論預(yù)言,后在自然界中被發(fā)現(xiàn)驗(yàn)證的化學(xué)元素。1871年,門捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周期表中鋁元素下面有個間隙尚未被占據(jù),他預(yù)測這種未知元素的原子量大約是68,密度為5.9 g/cm³,性質(zhì)與鋁相似,他的這一預(yù)測被法國化學(xué)家布瓦博得朗證實(shí)。
  
  鎵在巴黎由布瓦博得朗于1875年發(fā)現(xiàn)。他在閃鋅礦礦石(ZnS)中提取的鋅的原子光譜上觀察到了一個新的紫色線。這意味著一種未知的元素出現(xiàn)了。在1875年11月,布瓦博得朗提取并提純了這種新的金屬,并證明了它像鋁。在1875年12月,他曾經(jīng)向法國科學(xué)院宣布了它。
  
  由于鎵在地殼中的濃度很低。在地殼中占總量的0.0015%。它的分布很廣泛,但不以純金屬狀態(tài)存在,而以硫鎵銅礦(CuGaS2)形式存在,不過很稀少,經(jīng)濟(jì)上也不重要。
  
  世界90%以上的原生鎵都是在生產(chǎn)氧化鋁過程中提取的,是對礦產(chǎn)資源的一種綜合利用,通過提取金屬鎵增加了礦產(chǎn)資源的附加值,提高氧化鋁的品質(zhì)降低了廢棄物"赤泥"的污染,因此非常符合當(dāng)前低碳經(jīng)濟(jì)以最小的自然資源代價獲取最大利用價值的原則。
  
  重要生產(chǎn)國:據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局2015年數(shù)據(jù),全球鋁土礦中鎵的儲量超過100萬噸。其中中國、德國和烏克蘭是當(dāng)今世界三大粗鎵生產(chǎn)國。值得一提的是,中國鎵含量高的鋁土礦資源即將耗盡,可能最多能再維持10年開采時間。
  
  重要用途:鎵目前主要應(yīng)用于半導(dǎo)體、光電材料、太陽能電池、合金、醫(yī)療器械和磁性材料等領(lǐng)域。鎵-68會發(fā)射正電子,可以用于正電子斷層成像。鎵銦合金可用于汞的替代品。

【免責(zé)聲明】此文章僅供讀者作為參考,并請自行承擔(dān)全部責(zé)任。出于傳遞給讀者更多信息之目的,并不意味著贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其內(nèi)容的真實(shí)性。如轉(zhuǎn)載稿件涉及版權(quán)等問題,請在兩周內(nèi)來電或來函與長江有色金屬網(wǎng)聯(lián)系。