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第14章 有趣的有色金属

1.古老而“年轻”的金属—镍

在纯镍发现以前,含镍合金就已得到了应用。中国在史前就生产“锌自铜”,其中含镍32%、铜40%、锌25%的镍铜锌合金。公元前235年,巴克特亚人也使用了含镍20.04%、含铜77.68%的铜镍合金铸制硬币。但是,镍矿石的存在直到1694年才被确认。1751年,瑞典科学家克龙斯捷特首次制出了不纯的金属镍,之后到1804年才制造出了纯金属镍,从而揭开了现代镍冶金学的发展历史。随着人们对镍认识的深化,镍已逐渐地被用于国民经济各个部门,成为当今不可缺少的战略物资之一。

镍是一种银白色的磁性金属,在元素周期表中属于疆族,主要物理常数为:比重8.902,熔点1453℃,沸点2732℃。镍具有耐高温、抗磨损、耐腐蚀等特性,与铬、钻、铜、锰、铌等组成的合金或铁基合金钢,更具有良好的性能,是一种重要的高级特殊合金原料,已被广泛地用于运输、机械制造、石油、化工、冶金、原子能、宇航、火箭、电镀等民用工业与军事工业,在钱币铸制中应用也极为普遍,至今有100多个国家用镍或镍合金铸制钱币。

目前全世界镍的消耗有90%用于生产不锈钢和合金钢,20%用于低铁或无铁合金,10%用于电镀。近年来,中国镍的消耗量大幅度增加。

镍在地壳中的蕴藏量,在金属元素中占笫24位,比铜、锌、铅元素之和还要多。但是,在已发现的60余种镍矿物中可供工业利用的却非常少。从资源上划分,镍矿物分为硫化矿和氧化矿两大类。硫化矿中平均镍为1.5%,主要镍矿物为镍黄铁矿、镍磁硫铁矿和黄铜矿,其中一般都伴生有钴、铜、金、银和铂族金属等,是价值很高的矿种;氧化矿平均含镍品位为1.25%,主要含镍矿物为含水镍镁硅酸盐,一般伴生有钴,而几乎不与铜、铂族金属共生。

世界上已探明的镍储量为1.1亿吨,其中20%为硫化镍矿,80%为氧化矿。镍资源主要集中在新喀里多尼亚、印尼、加拿大、澳大利亚等国。中国镍储量居世界第七位,其特点是硫化矿占60%以上,主要集中在甘肃金川,有丰富的铜、钴、金、银和铂族金属等19种有价元素。

镍的提取方法主要有火湿联合法,全湿法和气化冶金法等。由于硫化矿易于选矿富集,为冶炼创造了有利条件,因此,世界镍产量的60%从硫化矿中提炼。镍的氧化矿虽然取提技术比较复杂,但是储量丰富,随着科学技术的发展,氧化矿将会引起重更大的重视。此外,据估计,海底锰结核中含镍约70亿吨,这将是未来人类开发镍资源的丰富领域。(胡祖鉴)

2.前途广阔的轻金属—镁

镁是一种银白色的轻金属,化学符号为Mg。

镁比较年轻,至今只有几十年大规模工业生产的历史。过去,镁主要用于军事工业。如美国在侵越战争中每年消耗的金属镁就达1.3~1.5万吨。因此,世界镁的产量曾几次随着大规模战争的爆发与结束而相应地增长与减少。但近年来,镁在民用工业中得到了日趋广泛的应用。镁可用于配制各种轻合金,主要是铝合金。镁比大家所熟悉的轻金属铝还要轻1/3,镁基合金又具有良好的铸造性能,可铸成大型复杂构件。因此,镁和镁基合金被广泛应用于汽车制造工业,以及飞机和各种航天飞行器上。镁的化学性质活泼,对氧表现有极强的亲合力,常作为还原剂用于生产钛、锆,铀、铍、铪等金属。为此,一些镁厂和钛厂索性建为一体。镁又是生产球墨铸铁的球化剂,以及在钢铁冶金中作为脱氧剂、脱硫剂。在化工方面,镁还可用于一些化工设备的防腐,可作为乙醇等有机物的脱水剂等。

和钢铁及铝相比,世界上镁的产量还很少,只有几十万吨。目前镁的消耗量大约为铝占3%,钢占0.03%。镁仍然是一种大有前途的金属。一是镁的资源极为丰富。菱镁矿、自云石、光卤石分布广,储量大。尤其是浩瀚的海洋中蕴藏着取之不尽的镁资源。每1米的海水中约含有1300克镁。二是应用上述这些原料生产金属镁,已经有了成功的生产方法,并且都已形成了现代化的工业规模。目前,镁的冶炼方法有两种。一种是熔盐电解法,即首先利用上述原料制得氯化镁。然后,在电解槽中,在直流电的作用下,将温度约为700℃左右的熔融状态的氯化镁进行电化学分解,得到金属镁和氯气。这是目前世界各产镁国所应用的主要的生产方法。另一种是热还原法,即以硅、铝、碳、碳化钙等做为还原剂,在高温下将煅烧白云石或由海水等原料制得的氧化镁中的镁置换出来。当然,要使镁工业大规模发展,还需要努力改进现行的生产方法,减少投资,降低能耗,降低成本,为其发展扫除障碍。努力扩展镁的应用范围,为其发展拓宽道路。

中国镁的资源十分丰富,且品种全,质量好,储量大。有优质的菱镁矿;有绵长的海岸线以提供海水;尤其是青海省的盐湖,氯化镁含量高,数量多,是难得的镁资源宝库。我国已于20世纪50年代开始有了自己的镁工业。它是以菱镁矿为原料,用电解法生产镁。对于海水炼镁,硅热法炼镁,都做了大量地研究、试生产工作,并取得了初步成果。(郎柏林)

3.柔软活泼的金属—钡

钡,是瑞典化学家社勒在1774年发现的。1808年,英国化学家戴维第一次制得金属钡。

钡有一副银白色的光辉外表,质地柔软,化学性质活泼,硬度和铅差不多,熔点为710℃。把钡放在空气中,会很快失去光泽,变成氧化钡。氧化钡是白色固体,遇水可发生激烈的化学反应,生成氢氧化钡,同时放出大量热。

钡从钡矿中提取。常见的钡矿石是重晶石。重晶石一般呈块状或纤维状,密度为4300~4600千克/米3.有的重晶石外貌很象土,俗称“重土”。中国有丰富的重晶石资源,生产钡有充足的原料和宽广的前途。

钡是铜精炼时的优良去氧剂。钡的重要化合物是硫酸钡。硫酸钡可作“钡剂”,供医疗诊断用。钡还可作白色颜料,造纸时使高级纸张增自。著名的颜料“钡白”,就是用硫酸钡制成的。钡的其它化合物,如氯化钡,碳酸钡,可分别用于制造焰火、钢的表面硬化剂等。(文羽)原载《中国有色金属报》

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