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第23章 资源(3)

【轻金属】一般指比重小于5的金属。可分为(1)有色轻金属,包括铝、镁、钙、钠、钾、钡、锶等。铝的化学性质稳定,且很轻(只有铁重量的13),坚韧性强,主要用来制造飞机外壳、坦克和铸造各种机器零件,火箭和机动车辆也用它代替某些钢材以减轻重量。铝导电率大、传热,国防和电气工业上大量以铝代铜,制造电线和各种机器零件。还用于人民日常生活用具。镁在空气中易与氧化合并燃烧发出强光。镁粉在国防上用作燃烧弹、照明弹的原料。镁还用来制取单晶硅、钛、锆、铀的还原剂,以及汽车零件和球墨铸铁的添加剂等。镁和铝、锌、锰、镉的合金具有特殊的机械性能,是制造飞机、汽车、轮船、火车零件的重要材料。(2)稀有轻金属,包括锂、铍、铷、铯等。

【贵金属】在地壳中含量很少,但能富集形成独立的金属矿物,包括金、银和铂族金属(铂、钯、铑、锒、钌、锇)。金具有不氧化和不容易与其他元素构成化合物的特性。金与银、铜合金用于制造高级仪器、仪表中的零件,钢笔尖;在照相上用金的盐类(氯化物)做调色剂和在玻璃上染颜色,在国际市场上通常以黄金代表货币价值,还可制成硬币和装饰品。银具有不容易氧化、导电性强、延展性好的特性。主要用以制电子工业和发电设备中的零件(其导电性比铜优越),可制造物理、化学的实验仪器、工具等。此外在医药、化工、餐具、工艺品和包镶金属制品方面也要用一定数量的银和银的合金。银的卤化物可制成感光乳胶剂,用于照相、电影等方面。铂族金属(铂、钯、铑、锒、钌、锇)在性质上有很多共同点,并常常共生在一起,故称铂族金属,它们都具有优良的抗腐蚀性、稳定的热电性、抗电火花蚀耗性、高温抗氧化性能和良好的催化作用等。如铂在化学工业上用作制造硝酸和氨的催化剂,在石油工业上用它作催化剂生产高质量的航空汽油,在飞机、汽车发动机中用铂锒合金作火花塞电极。在国防工业上,作为制造导弹发射燃料—过氧化氢的催化剂及宇宙飞行器的燃料电池中的电极。

【稀有金属】在地壳中含量较少、分布较分散、提炼较难或应用较晚的金属。按其物理和化学性质、在矿床中共生情况及生产方法,可分为五类:(1)高熔点稀有金属,如钨、钼、钽、铌、锆等;(2)稀散金属,如镓、铟、铊、锗等;(3)稀有轻金属,如铍、锂等;(4)稀土金属,如镧、钇等;(5)放射性稀有金属,包括天然放射性元素(如铀、钍、镭、钋、锕等)和人造超铀元素(如镎、钚等)。稀有金属及其合金是原子能、航空等工业和半导体、特种钢、耐热合金等生产所必需的原材料。

【高熔点稀有金属】亦称“难熔金属”。通常指钨、钼、钽、铌、钒、锆,也可以包括铼、铪。这类金属的特点为:熔点高、硬度大、抗蚀性强。多数能同碳、氮、硅、硼等生成高熔点、高硬度、化学性稳定的化合物,钨加入钢中可以使钢在高温下保持高强度、高硬度、耐磨性、磁性,还能提高钢的耐酸性、弹性和韧性。钨的合金钢主要用于制造高速切削工具、枪管、炮筒、装甲钢板、内燃机气阀、喷气式飞机的引擎,以及弹簧、钟表等。钨铝合金用于汽车和航空工业。碳化钨强度大、硬度高,耐磨性好,可作切削工具和钻探工具。金属钨可制成各种灯泡的灯丝,由于火箭技术的发展,使用了新的固体燃料,火焰温度超过3315℃,它的燃料喷管是用掺入10%~15%银的钨来制造的。钼主要用于生产各种具有优良机械性能的合金钢。钼、镍、铬的合金用于制造飞机的金属构件、机车和汽车上的耐蚀零件。钼、钨、铬、钒的合金钢适于制造高速切削刃具、军舰的甲板、坦克、炮身、枪膛的零件等。钽是电子工业和发展空间技术不可缺少的重要金属原料,也是原子反应堆的结构材料和保护带。由于钽具有超导性和单极导电性能,故在无线电和电器工业中主要用来制造高级微型电容器,用于控制火箭、宇宙飞船和人造卫星的电路图,以及强力发射管、放大管的屏极,整流器、电位器、无线电控制仪器、电子计算机上的小型电子记忆装置等。钽合金可制造火箭喷嘴和导弹的喷嘴。碳化钽的硬度接近金刚石。铌用于原子燃料的外壳和制造火箭、喷气式飞机以及燃气轮机等的部件。由于铌具有单极导电性能,故在无线电、电气工业上用来生产整流器、无线电探测仪器、无线电管的阳极材料、超导管、强力发射管及放大管的屏极以及辐射测量计、半导体仪器等。锆耐高温、抗腐蚀、易加工、机械性能好,并有优良的核性能,是原子能工业的重要材料。锆的热中子捕获截面小,广泛用于原子反应堆、核潜艇和铀棒保护外壳的结构材料。锆具有相当好的电子放射性能,被认为是无线电和电工技术中最有前途的金属,用于无线电、电气工业中生产X光管、电子管、回转加速器及其他特种电子仪器等。锆的合金可用于火箭喷嘴和喷气发动机叶片、钟表轴承。锆可生产特种用途的火药、照明弹等。

【稀散元素】自然界中不易形成独立矿床而以杂质状态分散于其他矿物中的元素,如镓、铟、铊、锗、硒、碲。镓是新型半导体材料,砷化镓可作电发光和莱塞二极管,以及用于通讯、计算机及外层空间用的雷达。在军事上用制追踪目标、导弹导航用的检波器,也可用作太阳能电池。铟是制造半导体、焊料、无线电工业、整流器、热电偶的重要材料。镉铜银合金还可作原子反应堆控制棒等。锑化铟可用以制造红外线探测器。铊常用来制造在红外光区域内工作的光学仪器的棱镜、透镜,具有强反射力和高折射率的光学玻璃,以及红外作用很灵敏的光电管。铊还是生产电阻温度计、无线电传真、原子钟的脉冲传送器的重要材料。锗是半导体的重要材料,用来生产低功率半导体二极管、三极管,做雷达相位调整、电视调谐器、电子计算机、交流及微波整流器等;在无线电导向,导弹、火箭及红外线远距离探测技术上也有应用,同时可作光电池、助听器的元件。硒主要用于制造整流器、光电管、光度计、讯号装置、谐振放电器、电视及自动控制元件。碲的性质及用途与硒相似,主要用来制作薄膜半导体和半导体温差元件材料。在宇宙飞船上用作热电致冷机和热发电机。

【稀有轻金属】包括铍、锂、铷、铯等。铍是国防工业重要原料。在X射线作用下放出较强的中子,故用来制造原子反应堆和氢弹引爆剂的中子源。在原子反应堆的部件中,用铍作为中子反射器和减速器,能提高反应堆的功率。同时铍可作宇宙飞船、导弹、火箭的保护壳及一些部件,飞机的圆盘制动器等,也是火箭、喷气式飞机的高能燃料添加原料。锂是最轻的金属,比重为0.534,它能生产热核所需的6Li,是氢弹、火箭、核潜艇和新型喷气飞机的重要燃料。锂能吸收中子,在现代原子能技术上用以制造闪烁计数器,在原子反应堆中作控制棒。军事上还用锂作信号弹、照明弹的红色发光剂和飞机用的稠润滑剂。铯质软,具有很高的光电效应——在很微弱的光源下能放射出电子,因此主要用来制造光电池,它还广泛应用于电视、无线电传真、计数装置、自动传送信号、光电比色计等。铯的化学性很活泼,常温下能燃烧,可用来制造发光管和点火装置。铷的特性类似铯,可制造光电池,应用于无线电、自动控制、计数装置和化学分析中。

【稀土元素】原子序数从57—71的镧系元素及钪、钇同属周期系第Ⅲ族(类)副族,习惯上把钇与镧系元素总称为“稀土元素”。分类如下:常见矿物有褐钇锕矿、黑稀金矿(钇组为主)和独居石、氟碳铈镧矿(铈组为主)。稀土元素的化学性质十分相似,化合价主要是正三价(也有四价铈、较稳定,钐、铕、镱有正二价化合物)。都是银白色、金属光泽的金属。化学性质活泼。重要的化合物有氧化物、卤化物、草酸盐、硝酸盐、硫酸复盐、碳酸盐等。目前已能制备较纯的单一稀土金属及氧化物。主要应用于磁性材料(例如钐钴合金)、荧光材料(氧化钇、氧化铕作彩色电视红色荧光粉)、激光材料(钇铝石榴石)、冶金添加剂、原子能工业、玻璃陶瓷工业、石油化学工业、医学、农业等。

【放射性元素】如铀、钍等。铀是一种银灰色的金属,具有放射性,主要用于原子能工业和制造原子弹。通过原子反应堆能将铀的原子能转化为热能,所释放的能量巨大,1公斤铀所含的能量大约等于2500吨优质煤的能量。可用来发电或做各种能源(飞机、火箭、火车、舰船的动力)。由于原子核的分裂所产生的原子核辐射线和人工制取的放射性同位素,已成为现代许多科学、技术部门最新和最有效的研究工具。如在钢铁工业中用来测定炉料通过时间和下降速度,高炉底侵蚀和损坏情况。钍是银白色的金属,性柔,能延展,具放射性,是原子能的重要能源之一。在冶金工业上用以炼制各种优质合金。如钍铝合金除可增大延展性外,还能耐海水侵蚀。在铁、钴、铜、银、铂金、钨等金属中加入钍,可以使合金获得良好的结构和耐热性。

【原生矿物】内力作用过程中,在形成岩石或矿石的时期内,直接从岩浆熔融体或热水溶液中形成的矿物。如岩浆结晶过程中所形成的花岗岩中的长石和石英、橄榄岩中的橄榄石,热液成矿作用过程中所形成的方铅矿、方解石等,均是原生矿物。

【次生矿物】指原生矿物经受化学变化后产生的新矿物,如正长石风化后形成高岭石,橄榄石经热液蚀变形成蛇纹石、方铅矿经氧化形成铅矾等。

【共生矿物】同一成因、同一成矿期(或成矿阶段)中所形成的出现在一起的不同种矿物。如在金伯利岩中,有岩浆作用期所形成的共生矿物橄榄石、铬透辉石、镁铝榴石、金刚石等;在热液矿床中,有热液作用所形成的共生矿物方铅矿和闪锌矿等。矿物的共生关系取决于组成这些矿物本身的化学元素的性质和成矿时的物理化学条件。根据共生矿物,有可能找到有用的矿产资源,如金伯利岩风化所形成的砂矿中,镁铝榴石的存在,就指示着有发现金刚石的可能。

【伴生矿物】在自然界共同出现于同一空间范围内的不同种矿物。伴生矿物只考虑空间上在一起,而不管彼此间在形成时间上和成因上是否有一定联系。

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