55種金屬的基本知識

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55種金屬的基本知識簡介
銅基本知識介紹 1、自然屬性    銅是人類最早發現的古老金屬之一,早在三千多年前人類就開始使用銅。    金屬銅,元素符號Cu,原子量63.54,比重8.92,熔點1083oC。純……
55種金屬的基本知識正文


銅基本知識介紹
1、自然屬性

銅是人類最早發現的古老金屬之一,早在三千多年前人類就開始使用銅。

金屬銅,元素符號Cu,原子量63.54,比重8.92,熔點1083oC。純銅呈淺玫瑰色或淡紅色,表面形成氧化銅膜后,外觀呈紫銅色。銅具有許多可貴的物理化學特性,例如其熱導率和電導率都很高,化學穩定性強,抗張強度大,易熔接,具抗蝕性、可塑性、延展性。純銅可拉成很細的銅絲,製成很薄的銅箔。能與鋅、錫、鉛、錳、鈷、鎳、鋁、鐵等金屬形成合金。

銅冶鍊技術的發展經歷了漫長的過程,但至今銅的冶鍊仍以火法冶鍊為主,其產量約佔世界銅總產量的85%。1)火法冶鍊一般是先將含銅百分之幾或千分之幾的原礦石,通過選礦提高到20-30%,作為銅精礦,在密閉鼓風爐、反射爐、電爐或閃速爐進行造鋶熔煉,產出的熔鋶(冰銅)接著送入轉爐進行吹煉成粗銅,再在另一種反射爐內經過氧化精鍊脫雜,或鑄成陽極板進行電解,獲得品位高達99.9%的電解銅。該流程簡短、適應性強,銅的回收率可達95%,但因礦石中的硫在造鋶和吹煉兩階段作為二氧化硫廢氣排出,不易回收,易造成污染。近年來出現如白銀法、諾蘭達法等熔池熔煉以及日本的三菱法等、火法冶鍊逐漸向連續化、自動化發展。2)現代濕法冶鍊有硫酸化焙燒-浸出-電積,浸出-萃取-電積,細菌浸出等法,適於低品位複雜礦、氧化銅礦、含銅廢礦石的堆浸、槽浸選用或就地浸出。
2、銅及銅產品分類

①、 按自然界中存在形態分類

  自然銅------銅含量在99%以上,但儲量極少;

  氧化銅礦-----為數也不多

  硫化銅礦-----含銅量極低,一般在2--3%左右,世界上80%以上的銅是從硫化銅礦精鍊出來的。

②、按生產過程分類

  銅精礦----冶鍊之前選出的含銅量較高的礦石。

  粗銅------銅精礦冶鍊后的產品,含銅量在95-98%。

  純銅------火煉或電解之後含量達99%以上的銅。火煉可得99-99.9%的純銅,電解可以使銅的純度達到99.95-99.99%。

③、按主要合金成份分類

  黃銅-----銅鋅合金

  青銅-----銅錫合金等(除了鋅鎳外,加入其他元素的合金均稱青銅)

  白銅-----銅鈷鎳合金

④、按產品形態分類:銅管、銅棒、銅線、銅板、銅帶、銅條、銅箔等
3、銅的主要用途

銅是與人類關係非常密切的有色金屬,被廣泛地應用於電氣、輕工、機械製造、建築工業、國防工業等領域,在我國有色金屬材料的消費中僅次於鋁。

銅在電氣、電子工業中應用最廣、用量最大,佔總消費量一半以上。

鋁基本知識介紹
1、自然屬性

鋁是一種輕金屬,其化合物在自然界中分佈極廣,地殼中鋁的含量約為8%(重量),僅次於氧和硅,具第三位。在金屬品種中,僅次於鋼鐵,為第二大類金屬。鋁具有特殊的化學、物理特性,是當今最常用的工業金屬之一,不僅重量輕,質地堅,而且具有良好的延展性、導電性、導熱性、耐熱性和耐核輻射性,是國民經濟發展的重要基礎原材料。

鋁的比重2.7,密度約為一般金屬的1/3。而常用鋁導線的導電度約為銅的61%,導熱度為銀的一半。雖然純鋁極軟且富延展性,但仍可靠冷加工及做成合金來使它硬化。鋁土礦是鋁的重要來源,製造一鎊氧化鋁約需要兩磅鋁土礦,而製造一磅金屬鋁也需要兩磅氧化鋁。
2、鋁的品種分類

根據鋁錠的主成份含量可以分成三類:高級純鋁(鋁的含量99.93%-99.999%)、工業高純鋁(鋁的含量99.85%-99.90%)、工業純鋁(鋁的含量98.0%-99.7%)。
3、鋁的質量標準

鋁錠質量必須符合國標GB/1196-1993標準。其中,AL99.80和AL99.70的鋁含量規定不得小於99.80和99.70。按國家標準(GB/T1196-93)應叫“重熔用鋁錠”,不過大家叫慣了“鋁錠”。它是用氧化鋁-冰晶石通過電解法生產出來的。 鋁錠進入工業應用之後有兩大類:鑄造鋁合金和變形鋁合金。鑄造鋁及鋁合金是以鑄造方法生產鋁的鑄件;變形鋁及鋁合金是以壓力加工方法生產鋁的加工產品:板、帶、箔、管、棒、型、線和鍛件。按照重熔用鋁錠國家標準,“重熔用鋁錠按化學成分分為6個牌號,分別是Al99.85、Al99.80、Al99.70、Al99.60、Al99.50、Al99.00”(註:Al之後的數字是鋁含量)。 目前,有人叫的“A00”鋁,實際上是含鋁為99.7%純度的鋁,在倫敦市場上叫“標準鋁”。大家都知道,我國在五十年代技術標準都來自前蘇聯,“A00”是蘇聯國家標準中的俄文牌號,“A”是俄文字母,而不是英文“A”字,也不是漢語拼音字母的“A”。和國際接軌的話,稱“標準鋁”更為確切。 標準鋁就是含99.7%鋁的鋁錠,在倫敦市場上註冊的就是它。
4、鋁的主要用途
近五十年來,鋁已成為世界上最為廣泛應用的金屬之一。在建築業上,由於鋁在空氣中的穩定性和陽極處理后的極佳外觀而受到很大應用;在航空及國防軍工部門也大量使用鋁合金材料;在電力輸送上則常用高強度鋼線補強的鋁纜;此外,汽車製造、集裝箱運輸、日常用品、家用電器、機械設備等都需要大量的鋁。
隨著國民經濟快速發展,我國已逐漸成為“全球加工基地”,鋼鐵、有色等基礎工業蓬勃發展,近幾年來,電解鋁產量猛增,使中國成為全球最大的鋁生產國。

同時,我國在全球鋁市中也正發揮著重大的作用,由於近年來我國的需求增長勢頭強勁,所以中國供需基本面的變化,通過國際貿易直接影響世界的鋁市平衡狀況。

但我國的原鋁供應卻存在較多不確定因素,這一不確定性來自氧化鋁供應的持續吃緊、部分原因是中國體制弊端而引發的電力短缺。由於受自身資源的限制,以及採礦、初級礦產品開發等領域一段時期內投資不足的影響,使得我國這幾年相繼出現嚴重的原材料短缺,每年需要從國外購買大量的氧化鋁,2004年進口587萬噸氧化鋁。

除了原料氧化鋁和電能問題外,政府對於高於國內消費增長部分的原鋁供應,已開始施行限制政策,目的是控制目前有些過熱的電解鋁行業。但無論是電力短缺還是氧化鋁供應問題,對中國鋁生產的整體影響是有限的。

 

鉛基本知識介紹

鉛是一種化學元素,其化學符號是Pb(拉丁語Plumbum),原子序數為82。鉛是一種軟的重金屬,它有毒性,是一種有延伸性的主族金屬。鉛的本色是青白色的,在空氣中它的表面很快被一層暗灰色的氧化物覆蓋。鉛被用作建築材料,用在乙酸鉛電池中,用作槍彈和炮彈,焊錫、獎盃和一些合金中也含鉛。鉛是所有穩定的化學元素中原子序數最高的。沒有氧化層的鉛色澤光亮,密度高,硬度非常低,延伸性很強。它的導電性能相當低,抗腐蝕性能很高,因此它往往用來作為裝腐蝕力強的物質(比如硫酸)的容器。加入少量銻或其它金屬可以更加提高它的抗腐蝕力。早在7000年前人類就已經認識鉛了。它分佈廣,容易提取,容易加工,即有很高的延展性,又很柔軟,而且熔點低。在《聖經-出埃及記》中就已經提到了鉛。

鍊金術士以為鉛是最古老的金屬並將它與土星聯繫到一起。在人類歷史上鉛是一種被廣泛應用的金屬。

從1980年代中開始,鉛的應用開始驟然下降。主要原因是鉛的生理作用和它對環境的污染。今天汽油、染料、焊錫和水管一般都不含鉛了。

自然界中純的鉛很少見。今天鉛主要與鋅、銀和銅等金屬一起冶鍊和提取。最主要的鉛礦石是方鉛礦(PbS),其含鉛量達86.6%。其它常見的含鉛的礦物有白鉛礦(PbCO3)和鉛礬(PbSO4)。世界上最大的產鉛國是中國、美國、澳大利亞、俄羅斯和加拿大。今天半數以上的鉛是回收來的。

鉛礦一般用鑽或爆破的手段被開採。礦石被開採后被磨碎,然後於水和其它化學藥品混合。在這個混合液的容器中有氣泡上升,含鉛的礦物隨氣泡上升到表面形成一層泡沫。這層泡沫可以被收集。這個過程可以多次進行,其結果含50%的鉛。收集后的泡沫被烤乾熔化后得到含97%的鉛。這個熔液被慢慢冷卻,雜質比較輕上升到表面可以被移去。剩下的鉛被再次熔化。冷空氣被吹入熔液,更多的雜質上升被移除后得到99.9%的鉛。



鎢基本知識介紹

鎢是銀白色金屬,熔點高達3400。C;鎢的硬度大、密度高、高溫強度好。鎢主要用於生產硬質合金和鎢鐵。鎢與鉻、鉬、鈷等組成耐熱耐磨合金用於製作刀具、金屬表層硬化材料、燃起拉機葉片。鎢與鉭、鈮、鉬等組成難熔合金。鎢銅和鎢銀合金用於製作電燈泡、電子管的部件和電弧焊的電極。鎢的一些化合物可作熒光劑、顏料、染料等。鎢廣泛應用於石油和天然氣、礦業、電子、金屬加工、機器設備、重型製造業,這些部門使鎢的應用達到總量的85%,其他應用于軍事、核能和航空航天工業等。隨著經濟的發展,科技的進步,中國鎢的應用範圍正在逐步擴大,產品品種日益增加,極大地滿足了國民經濟建設和國防軍事建設的需要。

美國、日本、西歐是世界鎢的主要消費國,合計佔世界總消費量的60%~65%,但這些國家鎢精礦產量只能滿足需求量的12%~15%,大多靠進口滿足需要,因而也是最重要的鎢進口國。中國是世界上最大的鎢供應國。

鉬基本知識介紹

鉬是銀灰色的難熔金屬,主要用於鋼鐵工業,其中大部分以工業氧化鉬形式壓塊后直接用於鍊鋼或鑄鐵,少部分熔煉成鉬鐵后再用於鍊鋼。低合金鋼中鉬含量不大於1%,但這方面的消費卻占鉬消費量的50%左右。不鏽鋼中加入鉬,能改善鋼的耐腐蝕性。鑄鐵中加入鉬,能提高鐵的強度和耐磨性能。含鉬18%的鎳基超合金具有熔點高、密度低和熱脹係數小的特性,用於製造航空和航天的各種高溫部件。金屬鉬在電子管、晶體管及整流器等電子器件方面應用廣泛。氧化鉬和鉬酸鹽是化學和石油工業中的優良催化劑。二硫化鉬是一種重要的潤滑劑,用於航天和機械工業部門。鉬還是人體必須的微量元素之一,缺少鉬會引起腎結石和齲齒。根據《中國科技百科全書》第544頁保健篇記載:“鉬對防治心血管病和癌症方面有著特殊的功能。”

美國、中國和智利是世界三大產鉬國,合計產量佔世界總產量近80%。主要進口國有日本、德國、法國、英國、義大利和比利時。

 

鎂基本知識介紹

鎂是一種應用較晚的金屬。鎂的化學性質活潑,主要用於製造鋁合金,鎂作為合金元素可提高鋁的機械強度,改善機械加工性能以及對鹼的抗腐蝕性能。由於鎂基合金(含鋁、錳、鋅、鋰等)的結構件和壓鑄件的比強度大,在汽車、航天、航空等領域中,用鎂代替部分鋁,可減輕結構件的質量。鎂和鹵素的親和力強,是用金屬熱還原法生產鈦、鋯、鈾、鈹等的重要還原劑。鎂可作生產球墨鑄鐵的球化劑。在鋼鐵冶鍊中用鎂替代碳化鈣脫硫。

世界鎂的產銷兩旺,中國是世界第一大鎂生產國,約佔世界原鎂產量的80%。

碲基本知識介紹

碲是一種稀有的元素,在地殼中的含量和金、銠差不多,化學性質和硒差不多,而毒性較小。在空氣中將碲加熱熔融,會生成氧化碲的白煙。它使人噁心飛頭痛飛眩暈飛口渴、皮膚搔癢、呼吸短促和心悸。人體吸入碲后,在呼氣、汗、尿中產生一種令人不愉快的大蒜臭氣。這種臭氣很容易被別人感覺到而本人往往感覺不到。若口服適量的維生素C,即以消除氣味。較大劑量的碲能抑制汗腺的分泌,損害皮膚,並能妨礙消化機能等。

鍺基本知識介紹

鍺是1886年文克勒用光譜分析的方法發現的,但 是它“失業”了五十多年。化學家哥德斯密特曾經感慨地說過這樣的話:哈特萊煤礦的煤灰里有千分之十六的氧化鍺,這種煤灰1噸就可以生產16公斤的氧化鍺。假如這是金塊的話,那麼運送車輛就得嚴密戒備。可是鍺卻是連小偷也不注意的東西。直到1942年,特別是最近以來,人們發現用鍺可以製造晶體管來代替電子管,用作雷達和電子計算機的主要元件,鍺才變為重要的尖端材料。

鍺在地殼中的含量為1.5%,比金、銀、碘等常見的元素多得多。不過,它太分散了,屬於稀散稀有金屬。在大自然中,沒有鍺礦。在煤礦中,大約含有十萬分之一左右的鍺,也就是說,在1n電煤中,大約含l0克的鍺。然而,在煙道灰中卻含有千分之一,甚至百分之一的鍺。含鍺的礦物有硫鍺鐵礦,淺色閃鋅礦等,其中鍺都以雜質存在。

鍺是一種淺灰色的金屬。據x光的研究證明;鍺晶體里的原子排列,與金剛石相同。所以它硬而脆。

鍺用來製造晶體整流器(二極體)、晶體放大器(三極體)、檢波器等,比通常的電子管壽命長、體積小、耐震、耐撞,所以被廣泛地用於電子計算機、雷達設備、遙控儀器上。

用作半導體材料的鍺,必須非常純,含鍺要在 99.999999%以上(簡稱八個九)。現在,人們用區域熔煉法,已經制出了十一個九以上的純鍺,也就是說,在一千億個原子中,只有一個雜質原子。
現在,全世界鍺的年產量只有幾十噸。你別以為這個數字很小,要知道每個半導體器件所需要的鍺,只有極少極少的一點兒,幾十噸的鍺,可以製成幾十億個半導體器件

鍺的電阻在溫度改變的時候,會立即發生靈敏的變化,所以鍺還被用來製造熱敏電阻,來測定溫度。這種熱敏電阻,甚至可以覺察到1公里以外人體所射出的****線。這種熱敏電阻還被廣泛地應用於尋找地下水,尋找千米以外的飛行目標,因為它可以測出萬分之五攝氏度的微小變化。

鍺可以用來製造光電池。光照射到經過特殊處理的半導體上,能夠不斷地放出電來。光照越強,發電能力越大。鍺光電池把光能直接變成電能,既不需要鍺燃料,又不需要成套設備,為我們從太陽光那裡取得無窮無盡的廉價電力開闢了新途徑。
在醫學上,由於鍺能刺激紅血球的生成,所以鍺的化合物可用來治療貧血病與嗜眠症。

 

銻基本知識介紹

銻單質在自然界中偶有存在,但數量微乎其微。

輝銻礦在空氣中焙燒時,可以得到白色的氧化銻。若將氧化銻用炭還原,很容易得到單質銻。但是由於銻的熔點低,僅為631℃,而且銻為灰色的金屬,所以古代中外各民族都曾把銻誤認為鉛或錫。

我國是富產輝銻礦的國家,但古代從未提到過銻這種金屬。湖南新化縣是有名的富藏銻礦的地方,早在明代就開採過,但都稱那裡為錫礦山。

銻在地殼中的含量不算多,大約佔地殼總重量的 0.0001%。它的主要礦物是輝銻礦(Sb2S3)和方銻礦 (Sb2O3)。我國的湖南省盛產銻礦,儲藏量佔世界第一位。

一般的金屬是熱脹冷縮,而銻卻熱縮冷脹。印刷書刊的鉛字如果採用純鉛澆鑄,由於鉛熱脹冷縮,鑄出的字不清晰,而且質軟不耐磨。如果在鉛里加入一些銻,澆鑄出的字筆劃十分清楚,經久耐用。

銻的一些化合物可以用來治療疾病。如酒石酸銻鉀注射液常用於治療血吸蟲病。沒食子酸銻鈉是我國首創的藥物,主要用於治療慢性血吸蟲病。葡萄糖酸銻鈉針劑供靜脈或肌肉注射,可以治療黑熱病。

銻的一些化合物如銻化銦、銻化鋁,是很好的半導體材料。它們能感受到人眼看不見的****線,因此,可做****線探測器,在軍事上用來探測夜間敵人的動向。

銦基本知識介紹

銦是稀散元素之一。銀白色金屬,熔點只有156.61℃,質軟,易溶於酸、鹼之中。銦元素主要以雜質的形式存在於錫石和閃鋅礦中。銦常用作低熔點的合金、軸承合金、半導體、光電源等的原料。

美國科學家研製成一種能把水分解為氫和氧的獨特高效的太陽能電化學裝置。其陰極就是由鍍有一層1000Pm厚的銠的磷化銦製成。電極全部浸在高氯酸溶液中。當太陽光照射在這個裝置上時,便可提供一個較低的電壓,這時陰極釋放氫氣,陽極便有氧氣放出。

科學家用銻化銦材料製造的光開關,能在l微微秒時間內完成接通或斷開動作,這個速度比普通硅開關快1000倍。

錫基本知識介紹

錫是古代較早發現的金屬之一。在自然界中沒有單質狀態的錫存在,它的發現比銅稍晚。

錫是熔點比較低的金屬,它的低熔點使它成為焊料的主要成分。

錫元素有白錫、灰錫、脆錫三種同素異形體。在不同環境下,錫可以有不同的結晶狀態。在室溫和高於室溫的條件下,最穩定的形態是白錫,白錫是一種可鍛金屬。當溫度在13℃以下時,錫的結晶點陣就會重新排列,原子之間的空隙就會加大,形成一種新的結晶形態,即灰錫。灰錫就失去了金屬特性而成為一種半導體。在不同結晶點陣之間的,接觸處發生的內應力使金屬錫碎裂成粉末。周圍介質的溫度愈低,晶體形態轉變的速度就愈快。這種轉變在零下33℃時速度最快:溫度一降到零下,白錫就失去光澤,變成暗灰色,最後碎裂成粉末。人們稱這種現象為“錫疫”。附帶要說明的是,未染上“錫疫”的錫板,一旦和有“錫疫”的錫板接觸,也會產生灰色的斑點而逐漸“腐爛”掉。
科學家們已經找到了預防“錫疫”的物質,其中的一種就是鉍。鉍原子中有多餘的電子可供錫的結晶點陣,使其狀態穩定化,完全消除產生“錫疫”的可能性。

含有52%的鉍與32%的鉛和16%的錫的合金,在開水裡就能熔化,它的熔點只有95℃。與此形成鮮明對照的是:錫的熔點是232℃;鉍的熔點是271℃;鉛的熔點是327℃。合金的熔點大大低於組成它的每種純金屬的熔點。含鎵和銦的錫合金熔點更低,其中一種合金的熔點為10.6℃。低熔點合金可用來製作電熔絲。

二氯化錫和氧化錫可用作棉布和絲綢的媒染劑,二氯化錫還可作還原劑,脫色劑,電鍍時用它鍍錫。為了給瓷器和玻璃著上紅色,可採用一種叫做卡修斯的紫色染料,它是在二氯化錫中加入氯化金溶液時形成的。硫酸錫,即彩色金,可用作金色顏料。

白錫可製成家用器皿,也可以鍍在銅和鐵的表面上。鍍錫的鐵片常稱為“馬口鐵”,鐵表面的錫層保護了鐵,使之不受腐蝕。但是一旦錫層出現了破損,鐵被腐蝕的速度就會加快。這是因為鐵比錫活潑,在它們共同接觸電解質溶液時,就形成了原電池,鐵作為原電池的負極逐漸被氧化,這在化學上稱為電化腐蝕。

錫是毒性極小的金屬,錫的鹽類對人體完全無害,與食品接觸也不會產生有害物質,可以抵抗氧、水和有機酸的腐蝕。於是,錫的這種性能得到了充分的發揮,現在,世界上錫的總產量的一半左右是用來生產製造罐頭用的鐵皮,很薄的一層鍍錫鐵皮就可以為人們貯藏上百萬噸的肉、魚飛水果和蔬菜。錫當之無愧地贏得了“罐頭金屬”的稱號。

科學家們進行了大量的分析和反覆的試驗得出結論證實:氟的存在就表明可能有錫礦。在史前期,錫是以一種複雜的物質形式存在的,在這種複雜的物質中氟是必不可少的成分。後來,錫和錫的化合物逐漸形成一種沉積物,即後來的礦床。而氟就滯留在沉積物附近。這一發現不僅有助於測定錫很可能出現的地區,而且也可預示錫的儲量的大小。

 

銀基本知識介紹

銀是古代發現的金屬之一。銀在自然界中雖然也有單質存在,但絕大部分是以化合態的形式存在。

純銀是一種美麗的白色金屬,它的拉丁文名字來自梵文,意思是淺色的。

銀具有很高的延展性,因此可以碾壓成只有0.00003厘米厚的透明箔,1克重的銀粒就可以拉成約兩公里長的細絲。

銀的導熱性和導電性在金屬中名列前茅。銀絲可用來製作靈敏度極大的物理儀器元件;各種繼電器中重要的接觸點的接頭就是用銀製做的,無線電系統中重要的元件在焊接時也要用銀作焊料。各種自動化裝置、火箭、潛水艇、計算機、核裝置以及通訊系統,所有這些設備中都有大量的接觸點。在使用期間,每個接觸點要工作上百萬次。為了能承受這樣嚴格的工作要求,接觸點必須耐磨,性能可靠,還必須能滿足許多特殊的技術要求。這些接觸點一般就是用銀製造的,人們很願意使用銀,就是因為它完全能滿足種種要求。如果在銀中加入稀土元素,性能就更加優良。用這種加稀土元素的銀製作的接觸點,壽命可以延長好幾倍。

硝酸銀見光或遇有機物就分解出銀。銀如果是極小顆粒就呈灰黑色。這種化合物用於鍍銀或製造其他銀的化合物,也是製作照相底片感光層的主要原料。硝酸銀隨濃度不同,可起收斂、殺菌或腐蝕作用。用硝酸銀棒戎其濃溶液可以腐蝕過度增生的肉芽組織,其稀溶液可用於眼結膜炎的治療。

氧化銀極易溶解在氨水中,溶液久置后,有時會析出有強烈爆炸性的黑色晶體。氧化銀在玻璃工業中用作著色劑。

溴化銀的感光作用,用來製造照相底片的感光層。

鈀基本知識介紹

鈀是一種會“呼吸”的金屬。它能吸收比自己體積大2800倍的氫氣,需要時,它還能一下“呼出”所有的氫氣,並可以反覆地吸氫和呼氫。由於鈀具有呼吸氫氣的功能,在工業中人們用它做加氫反應的催化劑和還原劑,此外還用它做除氣劑,除去真空管中殘存的微量氣體。

鈀的化學性質不活潑,但它可以溶解在硝酸、王水以及熔融的鹼中。

銠基本知識介紹

銠是一種銀白色的金屬,質極硬,非常耐磨。在中等溫度下,銠可以抵抗大多數普通酸(包括王水在內);在200— 600℃可與熱濃硫酸、熱氫溴酸、次氯酸鈉和鹵素起化學反應。

銠常用來製造加氫催化劑、熱電偶,鉑銠合金等。

鈮基本知識介紹

鈮在一般溫度下不與空氣里的氧發生化學反應,即使在空氣中擱置15年之久,鈮的表面也只是稍稍有些變暗。王水能把白金、黃金消溶,有人把鈮放在濃熱硝酸里兩個月或在王水裡六個月,結果,鈮安然無恙。

鈮是鋼的“維生素”。在鉻鋼中加入鈮可增加鋼的延展性和抗腐蝕性;將鈮加入不鏽鋼和結構鋼中,能防止碳化鉻沿晶粒邊界析出,從而大大增加抗低溫衝擊性能。這種鈮鋼能經受交變負荷的作用,對航空工業意義重大。

在有色冶金中,鈮合金也有廣泛的用途。例如,鋁在鹼中容易溶解,但只要加入0.05%的鈮,就不再和鹼反應。在銅和銅合金中,加入鈮可增加其強度,再加入鈦、鉬和鋯可變得更堅韌耐熱。在低溫下,有許多合金和鋼材會變得象玻璃一樣脆,但加入0.7%的鈮就可以使金屬在零下80℃的低溫中保持原來的強度。

鈮是具有超導性能的元素中臨界溫度最高的一種。鈮和鈮的合金,如鈮鈦合金,鈮鋯合金,鈮鉭合金,特別是鈮錫合金和鈮錫鍺合金,臨界溫度在18K到21K(—255℃到—252℃)之間。鈮錫合金和鈮錫鍺合金是目前最重要的超導材料,有了它們,輸電效率大大提高。

 

鉻基本知識介紹

鉻在地殼中的丰度為0.018%。含鉻的礦物以鉻鐵礦 (FeCr2O4或FeO?Cr2O3)最為重要。鉻鐵礦呈鐵黑色或棕黑色,與磁鐵礦相似,但磁性很弱,一般呈塊狀,點狀,豆狀,條帶狀等。這種礦在陽光下觀察,顯得特別亮,有時表面有黃色斑點,小刀可以刻動,常產在綠色火成岩(橄欖石、蛇紋石)中。

鉻的化合物色彩繽紛,五光十色。金屬鉻是銀白雪亮的,硫酸鉻是綠色的,鉻酸鎂是黃色的,重鉻酸鉀是桔紅色的,鉻酸是猩紅色的,氧化鉻是綠色的,鉻礬是藍紫色的,鉻酸鉛是黃色的……

鉻鐵礦的熔點高達1900℃—2050 ℃,在高溫下能保持體積不變,而且跟任何礦渣不起反應。因此它可作為耐火材料,鍊鋼爐及有色金屬冶鍊爐的爐襯。

在所有的金屬中,鉻是最硬的一個。人們常常把鉻摻進鋼里,製成又硬又耐腐蝕的合金。世界上大部分的鉻,都是被用來製造各種合金。鉻鋼是製造機械、槍炮筒、坦克和裝甲車的好材料。在大自然中,鉻常和鐵一起存在鉻鐵礦里,直接用鉻鐵礦來冶鍊,煉出來的鋼便是鉻鋼。

在鍊鋼的時候加入12%以上的鉻,或18%的鉻和8%的鎳,煉出來的鋼就是不鏽鋼。不鏽鋼在遇到具有腐蝕性的物質時,就會在它的表面形成一種細緻而堅實的氧化鉻薄膜,保護內部的金屬不繼續受腐蝕,有些不鏽鋼甚至在800℃的高溫中,還能保持其優良的性能。

1974年,在陝西臨潼發現了秦始皇的從葬陶俑坑,出土了三把寶劍,劍身烏亮,寒光逼人。這幾把劍在五六米深的潮濕土壤中埋了兩千多年,出土時不但毫無銹跡,還鋒利得能一下子劃破十幾張報紙。經過有關方面專家檢測分析,原來三把寶劍的表面處理用的是鉻鹽氧化法。鉻酸鹽是一種非常強的氧化劑,它可以使劍的表層金屬生成一層緻密而穩定的氧化膜,因而保護了內部的金屬。要知道,這種鉻鹽鈍化處理技術,在國外直到20世紀30年代才開始應用於金屬的抗蝕。

金屬鉻主要用於電鍍。鍍鉻的時候,鉻層愈薄,愈是緊貼在金屬的表面。一些炮筒,槍管的內壁,所鍍的鉻層僅有千分之五毫米厚,但是發射了千百發炮彈、子彈以後,鉻層依然存在。

重鉻酸鉀是重要的鉻化合物。在製革工業上,重鉻酸鉀常被用來代替鞣酸鞣製皮革。在化學實驗室里,常把它溶解在濃硫酸或濃硝酸中,配製成“洗液”,可以洗去玻璃儀器上的油跡和污斑。在分析化學上,重鉻酸鉀常用來做氧化劑,來測定鐵礦中的含鐵量,這種方法叫做“重鉻酸鉀法”。

鈦基本知識介紹

從發現鈦元素到製得純品,歷時一百多年。而鈦真正得到利用,認識其本來的真面目,則是本世紀40年代以後的事情了。

地理表面十公里厚的地層中,含鈦達千分之六,比銅多6l倍。隨便從地下抓起一把泥土,其中都含有千分之幾的鈦,世界上儲量超過一千萬噸的鈦礦並不希罕。

海灘上有成億噸的砂石,鈦和鋯這兩種比砂石重的礦物,就混雜在砂石中,經過海水千百萬年晝夜不停地淘洗,把比較重的鈦鐵礦和鋯英砂礦沖在一起,在漫長的海岸邊,形成了一片一片的鈦礦層和鋯礦層。這種礦層是一種黑色的砂子,通常有幾厘米到幾十厘米厚。
鈦沒有磁性,用鈦建造的核潛艇不必擔心磁性水雷的攻擊。

1947年,人們才開始在工廠里冶鍊鈦。當年,產量只有2噸。1955年產量激增到2萬噸。1972年,年產量達到了 20萬噸。鈦的硬度與鋼鐵差不多,而它的重量幾乎只有同體積的鋼鐵的一半,鈦雖然稍稍比鋁重一點,它的硬度卻比鋁大2倍。現在,在宇宙火箭和導彈中,就大量用鈦代替鋼鐵。據統計, 目前世界上每年用於宇宙航行的鈦,已達一千噸以上極細的鈦粉,還是火箭的好燃料,所以鈦被譽為宇宙金屬,空間金屬。

鈦的耐熱性很好,熔點高達1725℃。在常溫下,鈦可以安然無恙地躺在各種強酸強鹼的溶液中。就連最兇猛的酸——王水,也不能腐蝕它。鈦不怕海水,有人曾把一塊鈦沉到海底,五年以後取上來一看,上面粘了許多小動物與海底植物,卻一點也沒有生鏽,依舊亮閃閃的。

現在,人們開始用鈦來製造潛艇一——鈦潛艇。由於鈦非常結實,能承受很高的壓力,這種潛艇可以在深達4500米的深海中航行。

鈦耐腐蝕,所以在化學工業上常常要用到它。過去,化學反應器中裝熱硝酸的部件都用不鏽鋼。不鏽鋼也怕那強烈的腐蝕劑——熱硝酸,每隔半年,這種部件就要統統換掉。現在,用鈦來製造這些部件,雖然成本比不鏽鋼部件貴一些,但是它可以連續不斷地使用五年,計算起來反而合算得多。

鈦的最大缺點是難於提煉。主要是因為鈦在高溫下化合能力極強,可以與氧、碳、氮以及其他許多元素化合。因此,不論在冶鍊或者鑄造的時候,人們都小心地防止這些元素“侵襲”鈦。在冶鍊鈦的時候,空氣與水當然是嚴格禁止接近的,甚至連冶金上常用的氧化鋁坩堝也禁止使用,因為鈦會從氧化鋁里奪取氧。現在,人們利用鎂與四氯化鈦在惰性氣體——氦氣或氬氣中相作用,來提煉鈦。

人們利用鈦在高溫下化合能力極強的特點,在鍊鋼的時候,氮很容易溶解在鋼水裡, 當鋼錠冷卻的時候,鋼錠中就形成氣泡,影響鋼的質量。所以鍊鋼工人往鋼水裡加進金屬鈦,使它與氮化合,變成爐渣一—氮化鈦,浮在鋼水表面,這樣鋼錠就比較純凈了。

當超音速飛機飛行時,它的機翼的溫度可以達到500℃。如用比較耐熱的鋁合金製造機翼,一到二三百度也會吃不消,必須有一種又輕、又韌、又耐高溫的材料來代替鋁合金乙鈦恰好能夠滿足這些要求。鈦還能經得住零下一百多度的考驗,在這種低溫下,鈦仍舊有很好的韌性而不發脆。

利用鈦和鋯對空氣的強大吸收力,可以除去空氣,造成真空。比方,利用鈦製成的真空泵,可以把空氣抽到只剩下十萬萬萬分之一。
鈦的氧化物——二氧化鈦,是雪白的粉末,是最好的白色顏料,俗稱鈦白。以前,人們開採鈦礦,主要目的便是為了獲得二氧化鈦。鈦白的粘附力強,不易起化學變化,永遠是雪白的。特別可貴的是鈦白無毒。它的熔點很高,被用來製造耐火玻璃,釉料,琺琅、陶土、耐高溫的實驗器皿等。

二氧化鈦是世界上最白的東西, l克二氧化鈦可以把 450多平方厘米的面積塗得雪白。它比常用的白顏料一—鋅鋇白還要白5倍,因此是調製白油漆的最好顏料。世界上用作顏料的二氧化鈦,一年多到幾十萬噸。二氧化鈦可以加在紙里,使紙變白並且不透明,效果比其他物質大10倍,因此,鈔票紙和美術品用紙就要加二氧化鈦。此外,為了使塑料的顏色變淺,使人造絲光澤柔和,有時也要添加二氧化鈦。在橡膠工業上,二氧化鈦還被用作為白色橡膠的填料。

四氯化鈦是種有趣的液體,它有股刺鼻的氣味,在濕空氣中便會大冒白煙——它水解了,變成白色的二氧化鈦的水凝膠。在軍事上,人們便利用四氯化鈦的這股怪脾氣,作為人造煙霧劑。特別是在海洋上,水氣多,一放四氯化鈦,濃煙就象一道白色的長城,擋住了敵人的視線。在農業上,人們利用四氟化鈦來防霜。

鈦酸鋇晶體有這樣的特性:當它受壓力而改變形狀的時候,會產生電流,一通電又會改變形狀。於是,人們把鈦酸鋇放在超聲波中,它受壓便產生電流,由它所產生的電流的大小可以測知超聲波的強弱。相反,用高頻電流通過它,則可以產生超聲波。現在,幾乎所有的超聲波儀器中,都要用到鈦酸鋇。除此之外,鈦酸鋇還有許多用途。例如:鐵路工人把它放在鐵軌下面,來測量火車通過時候的壓力;醫生用它製成脈搏記錄器。用鈦酸鋇做的水底探測器,是銳利的水下眼睛,它不只能夠看到魚群,而且還可以看到水底下的暗礁、冰山和敵人的潛水艇等。

冶鍊鈦時,要經過複雜的步驟。把鈦鐵礦變成四氯化鈦,再放到密封的不鏽鋼罐中,充以氬氣,使它們與金屬鎂反應,就得到“海綿鈦”。這種多孔的“海綿鈦”是不能直接使用的,還必須把它們在電爐中熔化成液體,才能鑄成鈦錠。但製造這種電爐又談何容易!除了電爐的空氣必須抽乾淨外,更傷腦筋的是,簡直找不到盛裝液態鈦的坩堝,因為一般耐火材料部含有氧化物,而其中的氧就會被液態鈦奪走。後來,人們終於發明了一種“水冷銅坩堝”的電爐。這種電爐只有中央一部分區域很熱,其餘部分都是冷的,鈦在電爐中熔化后,流到用水冷卻的銅坩堝壁上,馬上凝成鈦錠。用這種方法已經能夠生產幾噸重的鈦塊,但它的成本就可想而知了。

 

硅基本知識介紹

硅是比鍺更經得起當今器件工藝發展考驗的半導體材料。在1966年已經生產40000千克半導體級硅(單晶超純硅,雜質含量小於1/109),從而製造出40億個元件。到1966年,用於這方面的硅已超過鍺的用量。

由硅晶體管和其他元件組成的集成電路,集成度越來越高,規模越來越大,而元件則愈做愈小。一個直徑為75毫米的矽片,可集成幾萬至幾十萬甚至幾百萬個元件,形成了微電子學,從而出現了微型計算機、微處理機等。

在鋁襯底上,生長—層10—25微米厚的多晶硅薄膜,就是一種便宜而輕巧的太陽能電池材料,適於在太空和地面上使用。

硅是同位素電池中換能器的主要材料。換能器是將同位素熱源發出的熱能轉變為電能的裝置。硅-鍺合金做的換能器,其工作溫度可達1000℃,機械性能和抗氧化性能很好,高溫下不易蒸發和中毒,無論在真空還是空氣中都能工作。

太空梭用的耐熱而極輕的硅瓦,在太空梭返回大氣層時,它可保護機身不受超過1000℃高溫的損傷。

天然橡膠和合成橡膠的使用溫度,一般都在150℃以下,否則就會老化變質。20世紀40年代發展起來的硅橡膠,是以硅一氧一硅為主鏈的半無機高分子彈性體,兼有無機材料和有機材料的某些特點,使用溫度範圍寬廣。硅橡膠具有優異的耐臭氧、耐鹼、生理惰性(對人機體沒有不良影響,可做為某些臟器的修復材料,如人工關節)和電氣性能。某些特殊結構的硅橡膠,更具有優良的耐油、耐溶劑、耐輻射等特性,因此硅橡膠已廣泛用於航空、宇宙航行技術、電氣及電子工業部門。
用110—2甲基乙烯基硅橡膠做生膠原料,乙炔炭黑做填料可製成導電橡膠,是電子錶中連接集成電路與液晶屏的理想導電材料。
硅酸在水中能形成凝膠,因此可製得一種吸附劑---硅膠。硅膠是一種極性吸附劑,對H20等極性物質都有較強的吸附能力,工業上常用做乾燥劑和吸附劑。

硅酸鈉的水溶液叫水玻璃,工業上稱做泡花鹼。木材及織物浸過水玻璃后,可以防腐,不易著火。

硅溶膠是以Si02為基本單位的水中分散體。在羊毛紡織過程中,它可做為輕紡上漿的膠劑,以減少羊毛纖維的斷頭率,在塗層中含有硅溶膠,可提高無機纖維材料的表面抗熱強度。

在搪瓷器皿製造業中,加進硅溶膠以後,可降低膨脹係數,以改進對四氟乙烯的粘合性,在玻璃及玻璃陶瓷中亦有同樣效果。若在玻璃中摻入25—30%的硅溶膠,可製得優質的硅硼酸玻璃。

某些鈉硼硅酸鹽玻璃(含氧化鈉、氧化硼和氧化硅)經過熱處理,原子重新組合,就分為互不熔混的兩部分。一部分主要含氧化硅,另一部分主要含氧化鈉和氧化硼。如果再用酸處理,那麼二氧化硅將不受酸的影響而留下來,而氧化鈉和氧化硼則溶於酸中,剩下眾多的空洞一—微孔,於是就製成了用途廣泛的微孔玻璃。

將微孔玻璃烘乾,燒結,就得到高硅氧透明玻璃。它耐高溫,熱穩定性好,透紫外線能力強,可在多方面代替石英玻璃,適宜做高溫觀察窗,比如宇宙飛船上的觀察窗。迫過它去觀察物體,不會發生變形,因為它的光學均勻性也很好。

如果在普通的鈉鋁硼硅酸鹽玻璃中加入少量鹵化銀做感光劑,微量銅做增感劑,用玻璃常規工藝熔化,退火再經適當處理,就能製成鹵化銀光色玻璃。它會因光的強度不同而改變顏色,在強光防護、顯示裝置、光信息存儲、交通工具上的擋風玻璃等方面,都有重要用途。

純凈的二氧化硅晶體叫做石英。石英在1600℃熔化成粘稠液體,內部變為無規則形態,再遇冷時,因為粘度大而不易再結晶,成為石英玻璃。它有很多特殊的性質,如能讓可見光和紫外光通過,可用它製造紫外燈和光學儀器;它的膨脹係數小,能經受溫度的劇變,而且有很好的抗酸性(除氫氟酸外),因此,常被用來製造高級化學器皿。

醫用激光器配置的光能傳輸系統是用石英光導纖維製成的,它不僅細巧輕便,靈活自如,且可將激光能量傳入人體內臟器官進行醫治。
一種新型水泥——雙快水泥,具有快凝、快硬的特點。它澆注一天後的強度,相當於普通水泥澆注7-28天的強度,可用於滑升模板施工、預應力混凝土構件、砌塊的快速成型和脫模,也可用它做礦井巷道噴射混凝土或機械鑄件造型自硬砂。

SiC叫碳化硅,又叫金剛砂。它具有類似金剛石的結構,硬度極大,而且分解溫度又很高,所以在工業上大量用作磨料。

氮化硅陶瓷的強度和硬度很高,抗熱震性和耐化學腐蝕性好,摩擦係數小且有自潤性,是一種優越的耐磨材料。用氮化硅陶瓷製成的機械密封圈,經過幾百到幾千小時的運轉后,磨損較小,壽命較原用材料提高几倍到十幾倍。

以碳化硅陶瓷為基板的碳化硅遠****輻射板,被加熱到一定溫度后,能輻射出2—15微米以上的長波****線,它對有機物,高分子物質以及對遠****線有強烈吸收峰的含水物質等,有很高的乾燥效率。

 

鈹基本知識介紹

鈹的密度為鋁的l/3,強度幾乎與鋼相等,堅固性與鉬相似,熔點高達1300度左右,接近不鏽鋼,傳熱本領是鋼的三倍,鋁的二倍半,是金屬中最好的良導體。透x射線能力最強,比鋁強16倍,有“金屬玻璃”之稱。

鈹對銅的性能有極好的影響。含鈹1%一3.5%的鈹青銅。機械性能優良,抗拉強度比一般鋼鐵大幾倍,用鈹青銅製成的彈簧,可以壓縮幾億次以上,利用鈹青銅耐腐蝕抗高壓的性能,常用它來製造深海探測器和海底電纜,鈹青銅也常常被用來製造氣閥座、手錶的遊絲,振動片、高速軸承、軸套、耐磨齒輪、焊接電極以及其他精密儀器上的零件等。

疲勞是許多金屬和合金的一種“職業病”。如果在鋼中加入少量鈹,它就象吃了一劑“靈丹妙藥”,使鋼的“職業病”藥到病除。用這種鋼製成小汽車彈簧,可以經受1400萬次衝擊,也不會出現疲勞的痕迹。含鎳鈹青銅,不會被磁鐵吸引,不受磁場磁化,所以是製做防磁零件的好材料。

鈹的氧化物比重小、硬度大,熔點高達2450℃,而且能夠象鏡子反射光線那樣把中子反射回去。這既可以防止反應堆中肉眼看不見的射線傷害人體健康,保證工作人員的安全,又能減少中子漏跑的數量,節省“彈藥”,維持鏈式反應的順利進行,所以鈹是建造原子鍋爐“住房”的好材料。現在,幾乎各種各樣原子反應堆都要用鈹作中子反射體。建造一座大型的原子反應堆,需要金屬鈹兩噸多。

在原子核反應堆里,為了讓原子核釋放出巨大的能量,需要用極大的力量去轟擊原子核,使其發生分裂。中子被用來作轟擊原子核的“炮彈”。而鈹正是一種能夠提供大量中子炮彈且效率很高的“中子源”。原子鍋爐“點火”以後,還要進一步使它真止‘燃燒’起來。中子轟擊原子核,原子核發生分裂,放出能量,同時產生新的中子。新中子速度極快, 達到每秒幾萬公里,必須使這類快中子減慢速度,變成慢中子,才能使核裂變持續不斷地進行,使原子燃料真正燃燒起來。鈹對快中子有很強的“制動”能力。所以鈹是原子反應堆里能效很高的減速劑。在所有降低中子速度的材料中,鈹被認為是最好最可靠的材料。

鈹合金是製造飛機的方向舵、機翼箱和噴氣發動機金屬構件的好材料。現代化戰鬥機上的許多構件改用鈹製造后,由於重量減輕,使飛機的行動更加迅速靈活。有一種新設計的超音速戰鬥機——鈹飛機,飛行速度可達每小時4000公里,相當於音速的三倍多。有人作過統計,在一架現代化的大型飛機上,有1000多個零件是用鈹合金製造的。

當人造地球衛星和宇宙飛船高速穿越大氣層的時候,機體與空氣分子摩擦會產生高溫。鈹作為它們的“防熱外套”,能夠吸收大量的熱並很快散發出去,這樣就可以防止溫度過分升高,保障飛行安全。當今有許多超音速飛機的制動裝置是用鈹來製造的.因為鈹有極好的吸熱、散熱性能,飛機制動時產生的熱量,很快就會被散失。

鈹燃燒時可釋放出巨大的能量。每公斤鈹完全燃燒放出的熱量高達15000千卡,因此它可以作為高效率的火箭燃料,在航天發動機中大顯身手。

氧化鈹具有高耐熱性(熔點為2570℃)、相當強的耐化學腐蝕性和高導熱性,因此被廣泛用於工頻感應爐和製造熔煉金屬及合金的坩堝。氧化鈹坩堝可用來在真空中煉鈹,鈹可完全不和氧化鈹發生化學反應。氧化鈹還是原子反應堆釋熱元件外殼的主要材料。

鈹的化合物中以氧化鈹、氟化鈹、氯化鈹、硫酸鈹、硝酸鈹等毒性較大,而金屬鈹及鈹的復鹽毒性較小。

 

鋰基本知識介紹

鋰號稱“稀有金屬”,其實它在地殼中的含量不算“稀有”,地殼中約有0.0065%的鋰,其丰度居第二十七位。已知含鋰的礦物有150多種,其中主要有鋰輝石、鋰雲母、透鋰長石等。海水中鋰的含量不算少,總儲量達2600億噸,可惜濃度太小,提煉實在困難。某些礦泉水和植物機體里,含有豐富的鋰。如有些紅色、黃色的海藻和煙草中,往往含有較多的鋰化合物,可供開發利用。我國的鋰礦資源豐富,以目前我國的鋰鹽產量計算,僅江西雲母鋰礦就可供開採上百年。

鋰不但是既輕又軟、比熱最大的金屬,而且還是在通常溫度下呈固體狀態的一般材料中最輕的一種,通常貯藏於煤油或液體石蠟中。純鋰的比重跟乾燥的木材差不多,等於一般稱作輕金屬的鋁的密度的五分之一,幾乎只有同體積水的重量的一半。即使把鋰放到汽油中,它也會象軟木塞一樣輕輕地浮起來。

在室溫條件下,鋰能和空氣中的氮氣和氧氣發生強烈的化學反應。由於鋰具有和氫、氧、氮、碳及氧化物、硅酸鹽等物質結合的能力,冶金工業部門把鋰作為“捕氣劑”、“脫流劑”,可以消除金屬鑄件中的孔隙氣泡、雜質和其他缺陷。

熒光屏是把熒光物質塗在玻璃上製成的。不過這不是普通的玻璃,而是加進了鋰的鋰玻璃。在玻璃中加進鋰或鋰的化合物,可以提高玻璃的強度和韌性。

把含鋰的陶瓷塗到鋼鐵或鋁、鎂等金屬的表面,形成一層薄而輕、光亮而耐熱的塗層,可作噴氣發動機燃燒室和火箭、導彈外殼的保護層。鋰與鋁、鎂、鈹等“合作”組成合:金,既輕又韌,已被大量用於導彈、火箭、飛機等製造上。
潤滑劑中加進鋰的化合物,可以大大改善潤滑效能。此種潤滑劑適用於溫度在—50℃至200℃的範圍,因此被廣泛應用於航空、動力等部門的各種機械裝置和儀器儀錶。

某些鋰的有機化合物,如硬脂酸鋰、軟脂酸鋰等,它們的物理姓能不隨環境溫度變化而改變,因此是二種安全可靠的潤滑劑,並具有“永久性”作用。如果在汽車的一些零件上加一次鋰潤滑劑,就足以用到汽車報廢為止。

氫化鋰遇水發生猛烈的化學反應,產生大量的氫氣。兩公斤氫化鋰分解后,可以放出氫氣566千升。氫化鋰的確是名不虛傳的“製造氫氣的工廠”。第二次世界大戰期間,美國飛行員備有輕便的氫氣源——氫化鋰丸作應急之用。飛機失事墜落在水面時,只要一碰到水,氫化鋰就立即與水發生反應,釋放出大量的氫氣,使救生設備(救生艇、救生衣、訊號氣球等)充氣膨脹。

鹼性蓄電池組的電解溶液里有氫氧化鈉溶液,現在加入幾克氫氧化鋰溶液,蓄電池的使用壽命可以增加兩倍,工作溫度範圍可加大到-20℃----40℃。

鋰——氯、鋰——硒之類的電池,已在手機、筆記本電腦以及某些國防軍事部門中得到應用。用鋰電池發電來開動汽車,行車費用只有普通汽油發動機汽車的三分之一。鋰高能電池是一種很有前途的動力電池。它重量輕,貯電能力大,充電速度快,適用範圍廣,生產成本低,工作時不會產生有害氣體,不至於造成大氣污染。由鋰製取氚,用來發動原子電池組,中間不需充電,可連續工作20年。

氫彈里裝的不是普通的氫,而是比普通氫幾乎要重一倍的重氫或重二倍的超重氫。用鋰能夠生產出超重氫——氚,還能製造氫化鋰、氘化鋰、氚化鋰。早期的氫彈都用氘和氚的混和物作“炸藥”,當今的氫彈里的“爆炸物”多數是鋰和氘的化合物——氘化鋰。我國1967年6月l7日成功地爆炸的第一顆氫彈,其中的“炸藥”就是氫化鋰和氘化鋰。1公斤氘化鋰的爆炸力相當於5萬噸烈性梯恩梯炸藥。據估計,l公斤鈾的能量若都釋放出來可以使一列火車運行4萬公里; l公斤氘和氚的混和物卻可以使一列火車從地球開到月球;而I公斤鋰通過熱核反應放出的能量,相當於燃燒20000多噸優質煤,比1公斤鈾通過裂變產生的原子能人10倍。

 

銫基本知識介紹

銫是一種化學元素,它的化學符號是Cs,它的原子序數是55,是一種帶銀金色的鹼金屬。

銫色白質軟,熔點低。在空氣中容易氧化。是製造真空件器、光電管等的重要材料,化學上用做催化劑。

鋨基本知識介紹

鋨是一種化學元素,它的化學符號是Os,它的原子序數是76。

鋨是銀白色的過渡金屬,是密度最大的元素。鋨可在鉑礦中發現。

鋨可添加到合金中,例如鋼筆筆尖、電子開關等需要高硬度及耐用性的地方。

鋨在空氣中可緩慢生成有刺激性的四氧化鋨氣體,此物對人眼傷害很大,鋨的拉丁文名正是由它而來(名字的意思是“惡臭”)。

銥基本知識介紹

銥是一種化學元素,它的化學符號是Ir,它的原子序數是77。

銥是銀白色過渡金屬,是密度第二大的元素,僅次於鋨。銥可在鉑礦中發現。

恐龍等史前動物的絕種,據說是由小行星撞擊地球時所帶來的銥引致。

銥亦像鋨一樣,可在合金中使合金更能抵抗高溫及腐蝕,例如用在高溫裝置或電子開關等地方。

硒基本知識介紹

硒在地殼中含量並不太少,佔十萬分之八,比銻、銀、汞等多好幾倍以至幾十倍,不過,它分佈很分散,很少有集中的礦物。硒一般以極少量存在於若干硫化礦內。平常,人們大都是從電解銅廠的陽極泥、硫酸廠的硫黃燃燒爐的煙道灰中提取硒。目前,全世界硒的年產量約為700噸左右。

硒是紅色的單斜晶體,還有一種更穩定的硒,是灰色的六力菱形晶體,閃耀著金屬般的光澤。紅硒和灰硒是硒的同素異形體。紅硒在受熱后,會迅速變成灰硒。灰硒的熔點為2l7℃。灰硒的重要特性是它具有典型的半導體性能,可以用於無線電的檢波和整流。硒整流器具有耐負荷、耐高溫、電穩定性好等特點。

硒對光非常敏感。據測定,在充足陽光的照射下,硒的導電率比在黑暗時要大一千倍。這樣,硒被用來製造光敏電阻和光電管,在自動控制、電視等方面,有著廣泛的用途。硒還被製成光電池。

硒有毒,它的所有化合物均有劇毒。硒的化合物掉在皮膚上,會產生斑疹。硒中毒后,人會感到頭痛,長期喪失嗅覺。

在化學工業上,硒用作石油熱裂解的催化劑。在橡膠中加入少量的硒,可使橡膠的抗磨性提高50%。染料工業也消耗大量的硒,如在硫化鎘中加入硒,可製得橙、黃、褐等色染料,這種染料耐曬、耐熱、十分穩定。含鉻、鋅等金屬的硒染料,十分耐腐蝕。

在鑄鐵、不鏽鋼、銅合金中加入千分之三到千分之五的硒,可以提高它們的機械性能,結構更加緻密。

硒的化學性質和硫相似。硒在250℃時,能和氫氣化合,生成硒化氫。硒化氫具有近似硫化氫的劇臭。硒在空氣中能燃燒,生成白色的二氧化硒的細小晶體。二氧化硒溶於水,生成亞硒酸。亞硒酸經氧化劑氧化后,變成硒酸。硒酸可以溶解黃金。

砷基本知識介紹

砷在自然界中主要以硫化物和氧化物的形式存在。主要礦物有雄黃(As2S2)、雌黃(As2S3)、砒石(As2 O3)毒砂(FeAsS)。古羅馬人和希臘人稱雄黃為砷。

砷是灰色的晶體。它是非金屬,卻具有金屬般的光澤,並善於傳熱和導電。砷很脆,易被碾成粉末,容易揮發,加熱到610℃,便可不經液態,直接升華,變成蒸氣,砷蒸氣具有一股難聞的大蒜臭味。

砷有三種同素異形體,灰砷、黑砷和黃砷。黑砷也叫無定形砷,加熱到285 ℃時會變成灰砷。黃砷在暗處會發光,受到光線照射時,也很容易變成灰砷。

純砷的用途不大。在鉛中加入0.5%的砷,可增加鉛的硬度,這種鉛用來鑄造彈丸。

砷的最重要的化合物是三氧化二砷,俗名砒霜,是烈性毒藥。砷的化合物,都是有毒的。在古代,煉金家用毒蛇作為代表砷的符號。現在砒霜被大量用於製作無機農藥。如果人畜不慎而誤中砷毒,可服用新鮮的氫氧化亞鐵懸浮液來解毒。砷的其他化合物,如亞砷酸鈉、亞砷酸鈣、砷酸鉛、砷酸鈣,砷酸錳等也都是常用的農藥。在製造這些含砷農藥的工廠里,空氣中的含砷量必須低於0.3毫克/米3。

雌黃的成分是三硫化二砷,晶體多呈柱狀,橙黃色,略透明,燃燒時放出大蒜的氣味,供製顏料或作褪色劑用。

 

釕基本知識介紹

俄國化學家、生物學家、藥學家克勞斯發現化學元素釕。

1828年,貝采里烏斯和俄國多爾巴特大學的化學教授奧桑(Osann,G.W.)到烏拉爾山的鉑礦去考察。他們研究了用王水溶解粗製鉑后的殘渣,貝采里烏斯從中取得鈀、鋨、銠、銥四種金屬。奧桑則不同,他以為自己發現了三種新金屬,並命名為Pluranium、ruthenium、Polinium。

1840年克勞斯對鉑溶在王水中的殘餘物深感興趣。他從彼得堡的一名煉鉑匠那裡購來鉑渣兩磅。經分析后,從中不僅提出微量的鈀、銠、鋨、銥等金屬、並取得百分之十的鉑。這個分析結果克勞斯呈報政府礦物當局,財政大臣康克林伯爵完全贊成克勞斯的研究報告。政府礦物工程師主任契夫金贈給二十磅鉑渣作為禮物。

克勞斯將鉑渣、苛性鉀、硝酸鉀混在一起,放在銀坩堝中加熱燒紅,約經過一個半小時,把反應后熔塊投到大量水中,放在黑暗的地方靜置四晝夜,色的溶液。加入硝酸酸化,可見柔軟的黑色沉澱物(二氧化鋨)析出(其中含有部分氧化釕)。克勞斯將黑色沉澱物與王水一同蒸餾,可得黃色晶體(四氧化鋨)。在蒸餾后所余的殘渣中加入氯化銨溶液,得到一種鹽(氯釕化銨)。鍛燒此鹽,得到海綿狀的金屬。

克勞斯出於愛國的熱情,同時也為了表彰奧桑的工作,新金屬的名稱仍保留Ruthenium(釕)字,意即“俄羅斯”。

釕的化學性質很穩定,在溫度達100℃時,對普通的酸包括王水在內均有抗禦力。

釕是極好的催化劑,常用於氫化、異構化、氧化和重整反應中。

鎘基本知識介紹

由德國革丁根大學化學兼藥學教授斯特羅邁爾在1817年發現。

嬰兒出生時,體內並沒有鎘,隨著年齡的增長,鎘進入人體后,只有少量能隨尿排出,大部分在人體內慢慢積累起來。積聚在人體內的鎘,能破壞人體內的鈣,使受害者的骨頭逐漸變形。受害者的初期癥狀為腰、背、下肢疼痛,以後疼痛逐漸加劇,步行時象鴨子般臀部左右搖擺,容易發生病理性骨折。日本人稱之為“骨痛病”或“疼疼病”。

水稻對土壤中的鎘的吸收主要是在抽穗開花以前的營養生長期,在這個期間的吸收量占整個生育期吸收總量的91%。用含鎘廢水長期不適當地灌溉稻田時,除了稻的產量直接受到影響外,植株還能吸收土壤中的鎘並使之在大米中積累。根據國外報道,如果人們長期食用含鎘1ppm以上的大米,就會造成骨痛病。

食物中含鎘,飲水中也含鎘。一般說來,在腸道內水中的鎘比與食物相結合的鎘容易吸收。因此,我們更應該經常檢查自來水和其他飲料中的鎘。天然軟水每升含鎘1.5微克, 而通過銅管的水含10.2微克,通過白鐵管的水含16.3微克。通過銅管和白鐵管的水的含鎘量都已超過國際飲用水水質標準的規定,該標準規定飲用水中鎘含量不得超過10微克/升。銅管本身含鎘3—57ppm,部分來自焊劑。白鐵管含鎘140一400ppm,白鐵管是鍍鋅的水煤氣管,若鋅不純,可使含鎘量高達1.5%。軟水吸收了空氣中的二氧化碳,是偏酸性的,而pH值小於8的液體即能腐蝕銅管和鐵管,使水污染。在山區及鄉村等不用自來水的地區就沒有了這一鎘的來源。

酸性食品或飲料能從鍍鎘的器皿和上釉的陶瓷器皿上溶出鎘。一般工業用鋅含有1%的鎘,所以鍍鋅的食品器皿應禁止用來盛裝酸性食品。

空氣是人體中鎘的另一個來源。空氣中的鎘來自工廠中燃燒石油和煤所排出的煙。城市裡每立方米空氣中約含鎘0.02微克,在有鎘污染的工業區,空氣中含鎘量將更高。

在地殼中鋅與鎘之比為500一1000。實驗室中以特別低鎘飼料喂著的大鼠的腎臟中,鋅與鎘之比為464—500。因高血壓死亡的人,鋅與鎘之比為1.4左右,有的甚至不到1.0。食物中含鋅量比常量少了或含鎘量多了,都能引起鎘在人體中的積聚。從預防鎘中毒的角度來看,應盡量選食鋅與鎘的比值大於40的食物,如牡蠣、穀類、麵筋、豆芽、根菜、堅果等。

根據軟硬酸鹼理論,軟酸和軟鹼可形成穩固的化合物。鎘的陽離子Cd2+是軟酸,碘的陰離子I-是軟鹼。所以,如果人體中有,Cd2+就會與I-結合,變為無毒,排出體外,從而減少人體中Cd2+的積聚。海帶和紫菜中含有大量的碘,所以多食、常食這些實物顯然是有益的。

 

汞基本知識介紹

汞(mercury,Hg),又稱水銀,是唯一在常溫下呈液態並易流動的金屬。比重13.595,蒸氣比重6.9。汞很易蒸發到空氣中引起危害,因為:1、在0℃時已蒸發,氣溫愈高,蒸發愈快愈多;每增加10℃蒸發速度約增加1.2~1.5倍,空氣流動時蒸發更多。2、汞不溶於水,可通過表面的水封層蒸發到空氣中。3、粘度小而流動性大,很易碎成小汞珠,無孔不入地留存於工作台、地面等處的縫隙中,既難清除,又使表面面積增加而大量蒸發,形成二次污染源。4、地面、工作台、牆壁十天花板等的表面都吸附汞蒸氣,有時,汞作業車間移作它用,仍殘留有汞危害的問題。工人衣著及皮膚上的污染可帶到家庭中引起危害。

有關金屬汞的生產很多,例如汞礦的開採與汞的冶鍊,尤其是土法火式鍊汞,空氣、土壤、水質都有污染;製造。校驗和維修汞溫度計、血壓計。流量儀、液面計、控制儀、氣壓表、汞整流器等,尤其用熱汞法生產危害更大;製造熒光燈、紫外光燈、電影放映燈、X線球管等;化學工業中作為生產汞化合物的原料,或作為催化劑如食鹽電解用汞陰極製造氯氣、燒鹼等;以汞齊方式提取金銀等貴金屬以及鍍金、餾金等;口腔科以銀汞齊填補齲齒;鈈反應堆的冷卻劑,等等。

汞的無機化合物如硝酸汞(Hg(NO3)2)、升汞(HgCl2)、甘汞(HgCl)、溴化汞(HgBr2)、砷酸汞(HgAsO4)、硫化汞(HgS)、硫酸汞(HgSO4)、氧化汞(HgO)、氰化汞(Hg(CN)2)等,用於汞化合物的合成,或作為催化劑、顏料、塗料等;有的還作為藥物,口服、過量吸入其粉塵及皮膚塗布時均可引起中毒。此外,雷汞(Hg(CNO)2?1/2H2O)用於製造雷管等。

鉭基本知識介紹

1鉭用於製作鉭電容器:鉭粉、鉭絲是製作鉭電容器的關鍵材料,鉭電容器是最優秀的電容器。鈮亦可製作電容器

2鉭用於製作耐高溫鉭製品:鉭能耐高溫,強度和剛度良好,是製作真空高溫爐用發熱部件、隔熱部件和裝料器皿的優質材料

3鉭鈮用於製作耐腐蝕鉭鈮製品:鉭鈮是優質耐酸鹼和液態金屬腐蝕的材料,在化學工業中可用於製作蒸煮器、加熱器、冷卻器、各種器皿器件等

4鉭鈮在航空航天工業中的應用:用於製作航空太空梭、火箭、潛艇等的發動機部件,如燃燒室、燃燒導管、渦輪泵等。如WC-103 Nb-Hf-Ti高溫鈮基合金是優質宇航用材料,用作火箭加速器噴管、宇宙飛船推進加力裝置和噴管閥門等。

5鉭用於製作穿甲彈的襯件:該項應用目前主要在美國,是導彈的一種,如TOW2B導彈

6碳化鉭作硬質合金的添加劑:硬質合金主要用作刀具、工具、模具和耐磨耐蝕結構部件,添加TaC可提高其硬度、強度、熔點等性能。NbC亦可此用,性能次於TaC

7鈮是鋼鐵的主要添加劑。添加鈮的微合金鋼,使鋼材晶粒細化,可提高鋼的強度和韌性,75%左右的鈮應用於該領域

8鈮用作超導材料:Nb-Ti合金是當今應用最廣、用量最大的超導材料,如Nb47Ti,在高能物理中有重要應用,是大型強子對撞機、重離子對撞機等高能粒子加速器首選的實用超導材料;Nb3Sn是僅次於Nb-Ti的實用超導材料。

9氧化鉭、氧化鈮是製作鉭鈮人工晶體的原料:Ta2O5、Nb2O5是製作LT、LN等晶體的原料,LT、LN是重要的壓電、熱電和非線性光學材料,在激光和微聲表面波等技術領域中有重要用途

10鈮在原子能工業中的應用:Nb的中子俘獲截面小,熱導率和強度高,在原子能反應堆中用作核燃料包套材料、核燃料合金添加劑、熱交換器結構材料

11其它應用:陰極濺射鉭塗層、高真空吸氣泵鉭活性材料、Nb2O5和Ta2O5作光學玻璃改性劑和化工催化劑、Ta、Nb在醫療器械和工藝美術品中的應用等

鉭的表面能形成緻密穩定、介電強度高的無定形氧化膜,易於準確方便地控制電容器的陽極氧化工藝,同時鉭粉燒結塊可以在很小的體積內獲得很大的表面積,因此鉭電容器體積小、容量大、漏電流低、使用壽命長、綜合性能優異,是最優秀的電容器,不僅在常規條件下比陶瓷、鋁、薄膜等其它電容器體積小、容量高、功能穩定,而且能在許多為其它電容器所不能勝任的嚴峻條件下正常工作。由於鉭電容器具有其它諸多電容器不可比擬的優異特性,在微電子科學和表面貼裝技術領域,幾乎無可等效替代的其它電容器與之競爭,因此60~65%的鉭以電容器級鉭粉和鉭絲的形式用於製作鉭電容器。鉭電容器已日益廣泛應用於通訊(程式控制機、交換機、手機、傳呼機、傳真機、無繩電話)、計算機、汽車、家用和辦公用電器、儀器儀錶、航天航空、國防軍工等領域和科技部門。

 

鋅基本知識介紹

鋅也是人類自遠古時就知道其化合物的元素之一。鋅礦石和銅熔化製得合金——黃銅,早為古代人們所利用。但金屬狀鋅的獲得比銅、鐵、錫、鉛要晚得多,一般認為這是由於碳和鋅礦共熱時,溫度很快高達1000 ℃以上,而金屬鋅的沸點是906℃,故鋅即成為蒸氣狀態,隨煙散失,不易為古代人們所察覺,只有當人們掌握了冷凝氣體的方法后,單質鋅才有可能被取得。

純鋅具有銀白色的金屬光澤,然而在空氣中鋅卻呈灰藍色,這是因為鋅的化學性質比較活潑,與空氣中的水、二氧化碳和氧氣發生了化學反應,生成一層極薄的鹼式碳酸鋅:

這層薄膜保護著裡面的鋅不再生鏽。根據這個道理,人們用鋅來保護鐵。

白鐵皮、鉛絲(鍍鋅的鐵絲)、自行車的輻條、五金零件和儀錶螺絲等都是鍍鋅製品。鍍上鋅的白鐵皮,表面上有一層美麗的冰花,那就是鋅的晶體。白鐵皮比馬口鐵要耐用得多。馬口鐵是鍍錫製品,只要碰破了一塊,會很快腐蝕掉。而白鐵皮即使碰破一大塊,也不會很快被腐蝕。這是因為在金屬活動順序里:K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、H、Cu、Hg、Ag、Pt、Au,金屬的活潑性依次由強減弱,Zn比Fe活潑,Fe又比Sn活潑。所以活潑的Zn比Fe容易失去電子被氧化變成鋅的二價離子而發生鏽蝕,保護了Fe不受腐蝕;而Sn不如Fe活潑,只能眼睜睜地看著Fe被腐蝕掉卻愛莫能助。這就是焊錫補的臉盆反而爛得更快的原因。Zn正是發揮了這種“犧牲自己,保護他人”的長處,人們在水閘、水下鋼柱、船艦的尾部、船錨和鍋爐內壁,將Zn塊鑲嵌在鋼鐵的表面,充當防鏽的衛士。Zn塊不斷地被鏽蝕而消瘦,以至最終被新的Zn塊替換上去,卻保護了它相鄰的鋼鐵安居樂業。

椐統計,全世界生產的Zn有40%用來製造鍍鋅的鋼板、管材和白鐵皮。Zn是Fe的忠誠衛士。此外,Zn還用來製造Zn──Cu合金—黃銅和乾電池等。

鋅是人體必需的微量元素之一,是人體多種蛋白質的核心組成部分,它們在生命活動過程中起著轉運物質和交換能量的“生命齒輪”作用。人若缺鋅,骨骼生長和性發育都會受到影響,缺鋅的人常常表現出食慾不好,味覺不靈敏,傷口不易癒合等癥狀。但過多攝入鋅對人體有害,會引起頭暈、嘔吐和腹瀉等。

鋅也是植物生長不可缺少的元素,硫酸鋅就是一種常用的微量元素肥料。

鋅的主要礦物有閃鋅礦ZnS、菱鋅礦ZnCO3、紅鋅礦ZnO和常與鉛礦共生的鉛鋅礦。

鋅的化學性質和鎘相近,與銅和鋁相似,是比較活潑的金屬元素。

鑭(La) 基本知識介紹
? ?"鑭"這個元素是1839年被命名的,當時有個叫"莫桑德"的瑞典人發現鈰土中含有其它元素,他借用希臘語中"隱藏"一詞把這種元素取名為"鑭"。 鑭的應用非常廣泛,如應用於壓電材料、電熱材料、熱電材料、磁阻材料、發光材料(蘭粉)、貯氫材料、光學玻璃、激光材料、各種合金材料等。她也應用到製備許多有機化工產品的催化劑中,光轉換農用薄膜也用到鑭,在國外,科學家把鑭對作物的作用賦與"超級鈣"的美稱。

鈰(Ce)基本知識介紹

"鈰"這個元素是由德國人克勞普羅斯,瑞典人烏斯伯齊力、希生格爾於1803年發現並命名的,以紀念1801年發現的小行星--穀神星。
鈰的廣泛應用:

(1)鈰作為玻璃添加劑,能吸收紫外線與****線,現已被大量應用於汽車玻璃。不僅能防紫外線,還可降低車內溫度,從而節約空調用電。從1997年起,日本汽車玻璃全加入氧化鈰,1996年用於汽車玻璃的氧化鈰至少有2000噸,美國約1000多噸。

(2)目前正將鈰應用到汽車尾氣凈化催化劑中,可有效防止大量汽車廢氣排到空氣中美國在這方面的消費量占稀土總消費量的三分之一強。

(3)硫化鈰可以取代鉛、鎘等對環境和人類有害的金屬應用到顏料中,可對塑料著色,也可用於塗料、油墨和紙張等行業。目前領先的是法國羅納普朗克公司。

(4)Ce:LiSAF激光系統是美國研製出來的固體激光器,通過監測色氨酸濃度可用於探查生物武器,還可用於醫學。鈰應用領域非常廣泛,幾乎所有的稀土應用領域中都含有鈰。如拋光粉、儲氫材料、熱電材料、鈰鎢電極、陶瓷電容器、壓電陶瓷、鈰碳化硅磨料、燃料電池原料、汽油催化劑、某些永磁材料、各種合金鋼及有色金屬等。

 

鐠(Pr) 基本知識介紹
?大約160年前,瑞典人莫桑德從鑭中發現了一種新的元素,但它不是單一元素,莫桑德發現這種元素的性質與鑭非常相似,便將其定名為"鐠釹"。"鐠釹"希臘語為"雙生子"之意。大約又過了40多年,也就是發明汽燈紗罩的1885年,奧地利人韋爾斯巴赫成功地從"鐠釹"中分離出了兩個元素,一個取名為"釹",另一個則命名為"鐠"。這種"雙生子"被分隔開了,鐠元素也有了自己施展才華的廣闊天地。鐠是用量較大的稀土元素,其用於玻璃、陶瓷和磁性材料中。
鐠的廣泛應用:

(1)鐠被廣泛應用於建築陶瓷和日用陶瓷中,其與陶瓷釉混合製成色釉,也可單獨作釉下顏料,製成的顏料呈淡黃色,色調純正、淡雅。

(2)用於製造永磁體。選用廉價的鐠釹金屬代替純釹金屬製造永磁材料,其抗氧性能和機械性能明顯提高,可加工成各種形狀的磁體。廣泛應用於各類電子器件和馬達上。

(3)用於石油催化裂化。以鐠釹富集物的形式加入Y型沸石分子篩中製備石油裂化催化劑,可提高催化劑的活性、選擇性和穩定性。我國70年代開始投入工業使用,用量不斷增大。

(4)鐠還可用於磨料拋光。另外,鐠在光纖領域的用途也越來越廣。

釹(Nd) 基本知識介紹
? ?伴隨著鐠元素的誕生,釹元素也應運而生,釹元素的到來活躍了稀土領域,在稀土領域中扮演著重要角色,並且左右著稀土市場。 ?
釹元素憑藉其在稀土領域中的獨特地位,多年來成為市場關注的熱點。金屬釹的最大用戶是釹鐵硼永磁材料。釹鐵硼永磁體的問世,為稀土高科技領域注入了新的生機與活力。釹鐵硼磁體磁能積高,被稱作當代"永磁之王",以其優異的性能廣泛用於電子、機械等行業。阿爾法磁譜儀的研製成功,標誌著我國釹鐵硼磁體的各項磁性能已跨入世界一流水平。釹還應用於有色金屬材料。在鎂或鋁合金中添加1.5~2.5%釹,可提高合金的高溫性能、氣密性和耐腐蝕性,廣泛用作航空航天材料。另外,摻釹的釔鋁石榴石產生短波激光束,在工業上廣泛用於厚度在10mm以下薄型材料的焊接和切削。在醫療上,摻釹釔鋁石榴石激光器代替手術刀用於摘除手術或消毒創傷口。釹也用於玻璃和陶瓷材料的著色以及橡膠製品的添加劑。隨著科學技術的發展,稀土科技領域的拓展和延伸,釹元素將會有更廣闊的利用空間。

鉕(Pm) 基本知識介紹
??1947年,馬林斯基(J.A.Marinsky)、格倫丹寧(L.E.Glendenin)和科里爾(C.E.Coryell)從原子能反應堆用過的鈾燃料中成功地分離出61號元素,用希臘神話中的神名普羅米修斯(Prometheus)命名為鉕(Promethium)。鉕為核反應堆生產的人造放射性元素。
鉕的主要用途有:

(1)可作熱源。為真空探測和人造衛星提供輔助能量。

(2)Pm147放出能量低的β射線,用於製造鉕電池。作為導彈制導儀器及鐘錶的電源。此種電池體積小,能連續使用數年之久。此外,鉕還用於攜帶型X-射線儀、製備熒光粉、度量厚度以及航標燈中。

釤(Sm)基本知識介紹
??1879年,波依斯包德萊從鈮釔礦得到的"鐠釹"中發現了新的稀土元素,並根據這種礦石的名稱命名為釤。 ??釤呈淺黃色,是做釤鈷系永磁體的原料,釤鈷磁體是最早得到工業應用的稀土磁體。這種永磁體有SmCo5系和Sm2Co17系兩類。70年代前期發明了SmCo5系,後期發明了Sm2Co17系。現在是以後者的需求為主。釤鈷磁體所用的氧化釤的純度不需太高,從成本方面考慮,主要使用95%左右的產品。此外,氧化釤還用於陶瓷電容器和催化劑方面。另外,釤還具有核性質,可用作原子能反應堆的結構材料,屏敝材料和控制材料,使核裂變產生巨大的能量得以安全利用。

 

銪(Eu)基本知識介紹
??1901年,德馬凱(Eugene-Antole Demarcay)從"釤"中發現了新元素,取名為銪(Europium)。這大概是根據歐洲(Europe)一詞命名的。氧化銪大部分用於熒光粉。Eu3+用於紅色熒光粉的激活劑,Eu2+用於藍色熒光粉。現在Y2O2S:Eu3+是發光效率、塗敷穩定性、回收成本等最好的熒光粉。再加上對提高發光效率和對比度等技術的改進,故正在被廣泛應用。近年氧化銪還用於新型X射線醫療診斷系統的受激發射熒光粉。氧化銪還可用於製造有色鏡片和光學濾光片,用於磁泡貯存器件,在原子反應堆的控制材料、屏敝材料和結構材料中也能一展身手。

釓(Gd) 基本知識介紹
? ?1880年,瑞士的馬里格納克(G.de Marignac)將"釤"分離成兩個元素,其中一個由索里特證實是釤元素,另一個元素得到波依斯包德萊的研究確認,1886年,馬里格納克為了紀念釔元素的發現者 研究稀土的先驅荷蘭化學家加多林(Gado Linium),將這個新元素命名為釓。 ??釓在現代技革新中將起重要作用。
它的主要用途有:

(1)其水溶性順磁絡合物在醫療上可提高人體的核磁共振(NMR)成像信號。

(2)其硫氧化物可用作特殊亮度的示波管和x射線熒光屏的基質柵網。

(3)在釓鎵石榴石中的釓對於磁泡記憶存儲器是理想的單基片。

(4)在無Camot循環限制時,可用作固態磁致冷介質。

(5)用作控制核電站的連鎖反應級別的抑製劑,以保證核反應的安全。

(6)用作釤鈷磁體的添加劑,以保證性能不隨溫度而變化。

另外,氧化釓與鑭一起使用,有助於玻璃化區域的變化和提高玻璃的熱穩定性。氧化釓還可用於製造電容器、x射線增感屏。 在世界上目前正在努力開發釓及其合金在磁致冷方面的應用,現已取得突破性進展,室溫下採用超導磁體、金屬釓或其合金為致冷介質的磁冰箱已經問世。
鋱(Tb) 基本知識介紹
??1843年瑞典的莫桑德(Karl G.Mosander)通過對釔土的研究,發現鋱元素(Terbium)。鋱的應用大多涉及高技術領域,是技術密集、知識密集型的尖端項目,又是具有顯著經濟效益的項目,有著誘人的發展前景。
主要應用領域有:

(1)熒光粉用於三基色熒光粉中的綠粉的激活劑,如鋱激活的磷酸鹽基質、鋱激活的硅酸鹽基質、鋱激活的鈰鎂鋁酸鹽基質,在激髮狀態下均發出綠色光。

(2)磁光貯存材料,近年來鋱系磁光材料已達到大量生產的規模,用Tb-Fe非晶態薄膜研製的磁光光碟,作計算機存儲元件,存儲能力提高10~15倍。

(3)磁光玻璃,含鋱的法拉第旋光玻璃是製造在激光技術中廣泛應用的旋轉器、隔離器和環形器的關鍵材料。特別是鋱鏑鐵磁致伸縮合金(TerFenol)的開發研製,

更是開闢了鋱的新用途,Terfenol是70年代才發現的新型材料,該合金中有一半成份為鋱和鏑,有時加入鈥,其餘為鐵,該合金由美國依阿華州阿姆斯實驗室首先研製,當Terfenol置於一個磁場中時,其尺寸的變化比一般磁性材料變化大這種變化可以使一些精密機械運動得以實現。鋱鏑鐵開始主要用於聲納,目前已廣泛應用於多種領域,從燃料噴射系統、液體閥門控制、微定位到機械致動器、機構和飛機太空望遠鏡的調節 機翼調節器等領域。

 

鏑(Dy)基本知識介紹
?1886年,法國人波依斯包德萊成功地將鈥分離成兩個元素,一個仍稱為鈥,而另一個根據從鈥中"難以得到"的意思取名為鏑(dysprosium)。鏑目前在許多高技術領域起著越來越重要的作用。
鏑的最主要用途是:

(1)作為釹鐵硼系永磁體的添加劑使用,在這種磁體中添加2~3%左右的鏑,可提高其矯頑力,過去鏑的需求量不大,但隨著釹鐵硼磁體需求的增加,它成為必要的添加元素,品位必須在95~99。9%左右,需求也在迅速增加。

(2)鏑用作熒光粉激活劑,三價鏑是一種有前途的單發光中心三基色發光材料的激活離子,它主要由兩個發射帶組成,一為黃光發射,另一為藍光發射,摻鏑的發光材料可作為三基色熒光粉。

(3)鏑是製備大磁致伸縮合金鋱鏑鐵(Terfenol)合金的必要的金屬原料,能使一些機械運動的精密活動得以實現。

(4)鏑金屬可用做磁光存貯材料,具有較高的記錄速度和讀數敏感度。

(5)用於鏑燈的製備,在鏑燈中採用的工作物質是碘化鏑,這種燈具有亮度大、顏色好、色溫高、體積小、電弧穩定等優點,已用於電影、印刷等照明光源。

(6)由於鏑元素具有中子俘獲截面積大的特性,在原子能工業中用來測定中子能譜或做中子吸收劑。

(7)Dy3Al5O12還可用作磁致冷用磁性工作物質。隨著科學技術的發展,鏑的應用領域將會不斷的拓展和延伸。

鈥(Ho) 基本知識介紹

十九世紀後半葉,由於光譜分析法的發現和元素周期表的發表,再加上稀土元素電化學分離工藝的進展,更加促進了新的稀土元素的發現。1879年,瑞典人克利夫發現了鈥元素並以瑞典首都斯德哥爾摩地名命名為鈥(holmium)。 ?

鈥的應用領域目前還有待於進一步開發,用量不是很大,最近,包鋼稀土研究院採用高溫高真空蒸餾提純技術,研製出非稀土雜質含量很低的高純金屬鈥Ho/ΣRE>99.9%。
目前鈥的主要用途有:

(1)用作金屬鹵素燈添加劑,金屬鹵素燈是一種氣體放電燈,它是在高壓汞燈基礎上發展起來的,其特點是在燈泡里充有各種不同的稀土鹵化物。目前主要使用的是稀土碘化物,在氣體放電時發出不同的譜線光色。在鈥燈中採用的工作物質是碘化鈥,在電弧區可以獲得較高的金屬原子濃度,從而大大提高了輻射效能。

(2)鈥可以用作釔鐵或釔鋁石榴石的添加劑;

(3)摻鈥的釔鋁石榴石(Ho:YAG)可發射2μm激光,人體組織對2μm激光吸收率高,幾乎比Hd:YAG高3個數量級。所以用Ho:YAG激光器進行醫療手術時,不但可以提高手術效率和精度,而且可使熱損傷區域減至更小。鈥晶體產生的自由光束可消除脂肪而不會產生過大的熱量,從而減少對健康組織產生的熱損傷,據報道美國用鈥激光治療青光眼,可以減少患者手術的痛苦。我國2μm激光晶體的水平已達到國際水平,應大力開發生產這種激光晶體。

(4)在磁致伸縮合金Terfenol-D中,也可以加入少量的鈥,從而降低合金飽和磁化所需的外場。

(5)另外用摻鈥的光纖可以製作光纖激光器、光纖放大器、光纖感測器等等光通訊器件在光纖通信迅猛的今天將發揮更重要的作用。

鉺(Er)基本知識介紹
??1843年,瑞典的莫桑德發現了鉺元素(Erbium)。鉺的光學性質非常突出,一直是人們關注的問題:

(1)Er3+在1550nm處的光發射具有特殊意義,因為該波長正好位於光纖通訊的光學 纖維的最低損失,鉺離子(Er3+)受到波長980nm、1480nm的光激發后,從基態4I15/2躍遷至高能態4I13/2,當處於高能態的Er3+再躍遷回至基態時發射出1550nm波長的光,石英光纖可傳送各種不同波長的光,但不同的光光衰率不同,1550nm頻帶的光在石英光纖中傳輸時光衰減率最低(0.15分貝/公里),幾乎為下限極限衰減率。因此,光纖通信在1550nm處作信號光時,光損失最小。這樣,如果把適當濃度的鉺摻入合適的基質中,可依據激光原理作用,放大器能夠補償通訊系統中的損耗,因此在需要放大波長1550nm光信號的電訊網路中,摻鉺光纖放大器是必不可少的光學器件,目前摻鉺的二氧化硅纖維放大器已實現商業化。據報道,為避免無用的吸收,光纖中鉺的摻雜量幾十至幾百ppm。光纖通信的迅猛發展,將開闢鉺的應用新領域。

(2)另外摻鉺的激光晶體及其輸出的1730nm激光和1550nm激光對人的眼睛安全,大氣傳輸性能較好,對戰場的硝煙穿透能力較強,保密性好,不易被敵人探測,照射軍事目標的對比度較大,已製成軍事上用的對人眼安全的攜帶型激光測距儀。

(3)Er3+加入到玻璃中可製成稀土玻璃激光材料,是目前輸出脈衝能量最大,輸出功率最高的固體激光材料。

(4)Er3+還可做稀土上轉換激光材料的激活離子。

(5)另外鉺也可應用於眼鏡片玻璃、結晶玻璃的脫色和著色等。

 

銩(Tm)基本知識介紹

銩元素是1879年瑞典的克利夫發現的,並以斯堪迪那維亞(Scandinavia)的舊名Thule命名為銩(Thulium)。 ?

銩的主要用途有以下幾個方面:

(1)銩用作醫用輕便X光機射線源,銩在核反應堆內輻照后產生一種能發射X射線的同位素,可用來製造攜帶型血液輻照儀上,這種輻射儀能使銩-169受到高中子束的作用轉變為銩-170,放射出X射線照射血液並使白血細胞下降,而正是這些白細胞引起器官移植排異反應的,從而減少器官的早期排異反應。

(2)銩元素還可以應用於臨床診斷和治療腫瘤,因為它對腫瘤組織具有較高親合性,重稀土比輕稀土親合性更大,尤其以銩元素的親合力最大。

(3)銩在X射線增感屏用熒光粉中做激活劑LaOBr:Br(藍色),達到增強光學靈敏度,因而降低了X射線對人的照射和危害,與以前鎢酸鈣增感屏相比可降低X射線劑量50%,這在醫學應用具有重要現實的意義。

(4)銩還可在新型照明光源 金屬鹵素燈做添加劑。

(5)Tm3+加入到玻璃中可製成稀土玻璃激光材料,這是目前輸出脈衝量最大,輸出功率最高的固體激光材料。Tm3+也可做稀土上轉換激光材料的激活離子。

鐿(Yb)基本知識介紹
??1878年,查爾斯(Jean Charles)和馬利格納克(G.de Marignac)在"鉺"中發現了新的稀土元素,這個元素由伊特必(Ytterby)命名為鐿(Ytterbium)。 ?

鐿的主要用途有(1)作熱屏蔽塗層材料。鐿能明顯地改善電沉積鋅層的耐蝕性,而且含鐿鍍層比不含鐿鍍層晶粒細小,均勻緻密。(2)作磁致伸縮材料。這種材料具有超磁致伸縮性即在磁場中膨脹的特性。該合金主要由鐿/鐵氧體合金及鏑/鐵氧體合金構成,並加入一定比例的錳,以便產生超磁致伸縮性。(3)用於測定壓力的鐿元件,試驗證明,鐿元件在標定的壓力範圍內靈敏度高,同時為鐿在壓力測定應用方面開闢了一個新途徑。(4)磨牙空洞的樹脂基填料,以替換過去普遍使用銀汞合金。(5)日本學者成功地完成了摻鐿釓鎵石榴石埋置線路波導激光器的製備工作,這一工作的完成對激光技術的進一步發展很有意義。另外,鐿還用於熒光粉激活劑、無線電陶瓷、電子計算機記憶元件(磁泡)添加劑、和玻璃纖維助熔劑以及光學玻璃添加劑等。

鑥(Lu)基本知識介紹
??1907年,韋爾斯巴赫和尤貝恩(G.Urbain)各自進行研究,用不同的分離方法從"鐿"中又發現了一個新元素,韋爾斯巴赫把這個元素取名為Cp(Cassiopeium),尤貝恩根據巴黎的舊名lutece將其命名為Lu(Lutetium)。後來發現Cp和Lu是同一元素,便統一稱為鑥。 ?

鑥的主要用途有(1)製造某些特殊合金。例如鑥鋁合金可用於中子活化分析。(2)穩定的鑥核素在石油裂化、烷基化、氫化和聚合反應中起催化作用。(3)釔鐵或釔鋁石榴石的添加元素,改善某些性能。(4)磁泡貯存器的原料。(5)一種複合功能晶體摻鑥四硼酸鋁釔釹,屬於鹽溶液冷卻生長晶體的技術領域,實驗證明,摻鑥NYAB晶體在光學均勻性和激光性能方面均優於NYAB晶體。(6)經國外有關部門研究發現,鑥在電致變色顯示和低維分子半導體中具有潛在的用途。此外,鑥還用於能源電池技術以及熒光粉的激活劑等。

 

釔(Y) 基本知識介紹
?1788年,一位以研究化學和礦物學、收集礦石的業餘愛好者瑞典軍官卡爾?阿雷尼烏斯(Karl Arrhenius)在斯德哥爾摩灣外的伊特必村(Ytterby),發現了外觀象瀝青和煤一樣的黑色礦物,按當地的地名命名為伊特必礦(Ytterbite)。1794年芬蘭化學家約翰?加多林分析了這種伊特必礦樣品。發現其中除鈹、硅、鐵的氧化物外,還含有38%的未知元素的氧化物??"新土"。1797年,瑞典化學家埃克貝格(Anders Gustaf Ekeberg)確認了這種"新土",命名為釔土(Yttria,釔的氧化物之意)。 ??

釔是一種用途廣泛的金屬,主要用途有:

(1)鋼鐵及有色合金的添加劑。FeCr合金通常含0.5-4%釔,釔能夠增強這些不鏽鋼的抗氧化性和延展性;MB26合金中添加適量的富釔混合稀土后,合金的綜合性能得到明顯的改善,可以替代部分中強鋁合金用于飛機的受力構件上;在Al-Zr合金中加入少量富釔稀土,可提高合金導電率;該合金已為國內大多數電線廠採用;在銅合金中加入釔,提高了導電性和機械強度。

(2)含釔6%和鋁2%的氮化硅陶瓷材料,可用來研製發動機部件。

(3)用功率400瓦的釹釔鋁石榴石激光束來對大型構件進行鑽孔、切削和焊接等機械加工。

(4)由Y-Al石榴石單晶片構成的電子顯微鏡熒光屏,熒光亮度高,對散射光的吸收低,抗高溫和抗機械磨損性能好。

(5)含釔達90%的高釔結構合金,可以應用於航空和其它要求低密度和高熔點的場合。

(6)目前倍受人們關注的摻釔SrZrO3高溫質子傳導材料,對燃料電池、電解池和要求氫溶解度高的氣敏元件的生產具有重要的意義。此外,釔還用於耐高溫噴塗材料、原子能反應堆燃料的稀釋劑、永磁材料添加劑以及電子工業中作吸氣劑等。

鈧(Sc) 基本知識介紹
? ?1879年,瑞典的化學教授尼爾森(L.F.Nilson, 1840~1899)和克萊夫(P.T.Cleve, 1840~1905)差不多同時在稀有的礦物硅鈹釔礦和黑稀金礦中找到了一種新元素。他們給這一元素定名為"Scandium"(鈧),鈧就是門捷列夫當初所預言的"類硼"元素。他們的發現再次證明了元素周期律的正確性和門捷列夫的遠見卓識。 ??

鈧比起釔和鑭系元素來,由於離子半徑特別小,氫氧化物的鹼性也特別弱,因此,鈧和稀土元素混在一起時,用氨(或極稀的鹼)處理,鈧將首先析出,故應用"分級沉澱"法可比較容易地把它從稀土元素中分離出來。另一種方法是利用硝酸鹽的分極分解進行分離,由於硝酸鈧最容易分解,從而達到分離的目的。 ?

用電解的方法可製得金屬鈧,在煉鈧時將ScCl3、KCl、LiCl共熔,以熔融的鋅為陰極電解之,使鈧在鋅極上析出,然後將鋅蒸去可得金屬鈧。另外,在加工礦石生產鈾、釷和鑭系元素時易回收鈧。鎢、錫礦中綜合回收伴生的鈧也是鈧的重要來源之一。 鈧在化合物中主要呈3價態,在空氣中容易氧化成Sc2O3而失去金屬光澤變成暗灰色。 ??

鈧能與熱水作用放出氫,也易溶於酸,是一種強還原劑。鈧的氧化物及氫氧化物只顯鹼性,但其鹽灰幾乎不能水解。鈧的氯化物為白色結晶,易溶於水並能在空氣中潮解。在冶金工業中,鈧常用於製造合金(合金的添加劑),以改善合金的強度、硬度和耐熱和性能。如,在鐵水中加入少量的鈧,可顯著改善鑄鐵的性能,少量的鈧加入鋁中,可改善其強度和耐熱性。在電子工業中,鈧可用作各種半導體器件,如鈧的亞硫酸鹽在半導體中的應用已引起了國內外的注意,含鈧的鐵氧體在計算機磁芯中也頗有前途。在化學工業上,用鈧化合物作酒精脫氫及脫水劑,生產乙烯和用廢鹽酸生產氯時的高效催化劑。在玻璃工業中,可以製造含鈧的特種玻璃。在電光源工業中,含鈧和鈉製成的鈧鈉燈,具有效率高和光色正的優點。

 


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