2007年4月25日 星期三

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金属钽(Ta)是一种略呈蓝色的浅灰色金属,由于具有许多奇异的特性,有着广泛的应用领域,因此,被誉为“金属王国”的多面手。
在低于150℃的条件下,钽是化学性质最稳定的金属之一。与钽能起反应的只有氟、氢氟酸、含氟离子的酸性溶液和三氧化硫。
钽的质地十分坚硬,硬度可以达到6-6.5。它的熔点高达2996℃,仅次于钨和铼,位居第三。钽富有延展性,可以拉成细丝或制成薄箔。其热膨胀系数很小,每升高一摄氏度只能膨胀百万分之六点六。除此之外,它的韧性很强,比铜还要优异。
在制取各种无机酸的设备中,钽可用来替代不锈钢,寿命可比不锈钢提高几十倍。此外,在化工、电子、电气等工业中,钽可以取代过去需要由贵重金属铂承担的任务,使所需费用大大降低。钽所具有的特性,使钽在电容器、高温合金、化工和原子能工业、医学等领域有十分广阔的应用前景。锂(Li)是自然界最轻的金属,银白色。中国有丰富的锂资源,其中仅青海湖柴达木盆地的盐湖锂资源储量就约占世界盐湖资源的1/3。
锂能与多种元素制成合金,用于原子能、航空、航天、焊接等工业。民用锂主要用于锂电池、铝电解、玻璃、陶瓷、吸收式空调机和润滑脂等领域。锂盐在电解铝工业中的应用成为锂产品的主要消费市场之一。锂在受控核聚变反应堆中的应用,是锂的最大应用领域。锂盐做为电解质的熔融碳酸盐电池可望成为继磷酸盐型燃料电池后的第二代燃料电池。不同规格和类型的锂电池使锂的消耗有着显著的增长。最值得一提的是可充电锂电池的应用,预期是在电动汽车(EV)领域的应用。在电动汽车当中,其先进与否在于它的动力系统,而锂离子在电池化学领域成了首选。
银(Ag)白色金属,是较早使用的金属之一。银广泛分布于自然界,呈单质状态的较少,多以硫化物状态伴生于其它有色金属矿石中。
主要提取银的方法是通过选矿使银富集于重金属硫化精矿中,在冶炼这些重金属过程中提取。与金共生的银,在金的氰化过程中回收。银的另一种提取的途径就是从废料中回收银。
在所有金属中,银具有最好的导电性、导热性和对可见光的反射性,并有良好的延展性。贵金属中银的化学性质最活泼。最有工业价值的银化合物是硝酸银和卤化银。
银的用途很广,在古代银及其合金大量用于制造货币和装饰品,近代主要用于制造感光材料和电工器材、电镀、医疗器械、镶牙等方面也大量用银。铋(Bi)灰白粉红色金属,在希腊、罗马时代人们就使用铋,只是不把它们看作一个元素,很长时间误认为是铅、锡、银、锑等。
铋性脆,富有光泽。铋在凝固时体积增大,膨胀率为3.3%。铋是逆磁性最强的金属,在磁场作用下电阻率增大而热导率降低。除汞外,铋是热导率最低的金属。铋及其合金具有热电效应。铋主要以金属开矿用于配制易熔合金,熔点范围为47℃-262℃,最常用的是铋同铅、锡、锑、铟等金属组成合金,铋合金具有冷凝不收缩的特点。
铋还是超导材料的主要成员,目前对铋系高温超导材料的需求日益增加。
铋以化合物的形态可用于医药。钴(Co)为银白色铁磁性金属,表面抛光后有淡蓝光泽。
1735年瑞典化学家布兰特制出金属钴。1780年瑞典化学家伯格曼确定钴为元素。长期以来钴的矿物或钴的化合物一直用作陶瓷、玻璃、珐琅的釉料。到20世纪,钴及其合金在电机、机械、化工、航空和航天等工业部门得到广泛的应用,并成为一种重要的战略金属,消费量逐年增加。中国于50年代开始从钴土矿、镍矿和含钴黄铁矿中提钴。铜是人类最早发现和使用的金属之一,它的问世要比铁早1500年,比锌早1600多年,比铝早3000多年,因此,有人把铜管称为金属中的“元老”。
铜是一种重金属,其熔点为摄氏1083度,沸点是2310度,纯净的铜为紫红色。铜金属具有良好的导电、导热性能,其导电性在所有金属中居第二位,仅次于银;其导热性居每三位,次于银和金。纯铜的延展性极好,一滴水大小的纯铜,可以被拉成长达2000米的细丝,或者被压延成比床面还要宽的几乎透明的箔片。
铜可以制成多种合金,最常见的是黄铜、青铜和白铜。黄铜是铜与锌的合金,由于它呈黄色而得名;青铜是铜与锡的合金,由于它呈青色而得名;青铜是铜与锡的合金,由于它呈青色而得名;白铜是铜与镍的合金,由于它银光闪闪而得名。
铜由于其优异的性能而具有重要的用途,因而被广泛应用。世界上每年生产的铜约有一半用于电气工业,因此铜被人们称为电气化的支柱。制造电线、电开关、电铃、电扇和电话等都需要铜。在机械工业中,铜可用于生产开关、阀门、轴承、轴瓦、泵类以及高压蒸气设备等。在军事工业中,铜广泛用于制造各种炮弹、子弹、舰船上的冷凝器、热交换器以及航空仪表中的各种弹性元件等。一台火车头需要用铜500千克,一架1万纱锭需用铜31千克,一辆卡车需用铜21千克。铜的盐类是化学、制革、染织、农药等生产部门的重要原料。
自然界中的天然铜矿石很少,它都是以化合物形态存在于多金属的矿石中。至今已经发现的铜矿物有近180种。分布最广的铜矿物主要是硫化物铜矿石和氧化物铜矿石,全世界的铜产量大部分是从处理硫化物铜矿石得到的。自然界中主要有黄铜矿、辉铜矿和孔雀石等。锆(Zr)在地壳中的丰度居第20位,含ZrO220%以上的矿物虽有十几种,但工业采用的仅有锆石和斜锆石两种。
锆有强烈的吸氢性能,可作贮氢材料。锆对于稀盐酸和稀硫酸的耐腐蚀性能很好,在50%的NaoH溶液中的耐腐蚀性比钽还好,因此在化学工业中有广阔的前途。含铪20% 对锆的耐腐蚀性能没有显著影响,但用作反应堆核燃料元件包覆材料的锆应同铪分离。
纯锆就其强度和抗腐蚀性能来说,都不能满足核燃料包壳和压力管的要求,而使用锆合金能在300℃-400℃的高温高压水和蒸汽中有良好的耐蚀性能、适中的力学性能、较低的原子热中子吸收截面,对核燃料有良好的相容性。因此可用作冷核反应堆的堆芯结构材料〔燃料包壳、压力管、支架和孔道管〕,这是锆合金的主要用途。铂、铱、锇、钯、铑、钌为铂族金属,与金、银一起通称为贵金属。铂族金属除锇为蓝灰色外,其他均为银白色金属。由于该类金属地壳丰度低,分布稀散,彼此互溶共生,富集、分离、提纯都较困难,因此价格昂贵。由于有优良的物理化学性能、电学性能、高的催化活性、强配位能力等,在工业中用途极广,可用于生物医学、航空航天、信息技术、激光技术、自动化技术、能源技术及催化剂、电接触材料等领域。钨(W)是熔点最高的金属,在2000℃-2500℃高温下,蒸汽压仍很低。钨的硬度大,密度高,高温强度好。
钨最早用于制作白炽灯丝,而钨大部分用于生产硬质合金的钨铁。钨与铬、钼、钴组成耐热合金用于制作刀具、金属表面层硬化材料、燃气轮叶片和燃烧管等。钨与钽、铌、钼等组成难熔合金。钨铜和钨银合金用作电解触点材料。高密度的钨镍合金用作防辐射的防护屏。金属钨的丝、棒、片等用于制作电灯泡、电子管的部件和电弧焊的电极。钨粉要可烧结成各种孔隙度的过滤器。钨的一些化合物可作荧光剂、颜料、染料,并用于鞣革和制作防火织物等。
钨价格较贵,在生产过程中提高回收率也是一个重要问题。钛(Ti)在自然界分布极广,在地球上的储藏量是铜、镍、铅、锌的总量的16倍。地壳中钛的含量为4400克 /吨,居第九位。钛的比重仅是铁的1/2,却像铜一样经得起锤击和拉延。在超低温世界里,钛会变得更坚硬,并有超导体的性能。以钛为基加入其它元素组成的合金与其它金属材料相比具有比强度(抗拉强度/密度)高、中温强度好、耐蚀性好、低温性能好及弹性模量低,热导率小,无铁磁性的特点,广泛应用于航空航天、汽车及一般工业领域。钛合金的人工骨关节、形状记忆合金已成为医用领域不可缺少的材料。随着新技术的发展提炼钛成本的降低,钛将渗透到我们生活的各个方面,成为21世纪的热点材料。
锑(Sb)为银白色金属,菱形晶体。
1908年湖南华昌公司从法国引进挥发焙烧法,开始炼锑。以后数十年间,中国产锑量常占世界总产量50%以上,最高达80%。
锑性脆,不能单独使用。铅、锡中加入适量的锑,能增加其硬度和强度。含锑合金和锑化合物的主要用途为蓄电池极度板、印刷铅字、铅板、铅管、枪弹、轴承。铅,灰白色金属,是人类较早提炼出来的金属之一,炼铅术与炼铜术大致始于同一历史时期。铅是最软的贵金属,也是比重大的金属之一,展性良好,易与其他金属制成合金。铅在空气中表面氧化形成氧化铅膜。在潮湿并含有二氧化碳的空气中,则生成碱式碳酸铅。这些生成物都能阻止铅的继续氧化。铅是两性金属,可形成铅酸盐。
铅广泛用于制造铅合金。铅合金用于制造蓄电池极板,铅管和铅板用作防腐材料。
铅对人类的生活生产也有其不利的一面。近几年来公众主要关心石油产品含铅问题。自来水中可接受的铅最大深度为0.05毫克/升,超过会对人体健康造成影响。生活中不应使用铅容器盛食物、饮料,就可避免铅的毒害。我们要提高对铅的认识,让铅更好地为人类的生活、生产服务。
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