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[讨论] ​​十七种稀有金属

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威风的奥特曼。VIP会员 年费VIP会员 发表于 2022-1-23 14:19:39 | 显示全部楼层 |阅读模式   来自山东省
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十七种稀有金属
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  铊是银白色金属,密度11.85,熔点303.5℃,沸点1457℃。铊易溶于硫酸和硝酸,在常温下能和卤族元素起反应。铊的氧化物特别是一氧化铊和氯化铊挥发性强,铊及其化合物均有毒,使用和保管要谨慎。  铊是银白色金属,密度11.85,熔点303.5℃,沸点1457℃。在室温下铊与空气中的氧作用,失去金属光泽而变得灰暗,并生成一氧化铊薄膜。铊与氧气作用,也可生成三氧化二铊。铊在室温下能与卤素作用,高温下能与硫、硒、碲、磷反应。铊与盐酸作用缓慢,但迅速溶解在硝酸和稀硫酸中,铊不溶于碱。铊的氧化物特别是一氧化铊和氯化铊挥发性强,铊及其化合物均有毒,使用和保管要谨慎。   铊大部分赋存在伟晶岩和钾长石及云母中,以类质同象置换钾。铊具有显著的亲硫性,所以在白铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿及雄黄等硫化物矿中也有分布。铊的来源主要是有色金属的焙烧烟尘,在铜、铅、锌硫化矿的焙烧过程中,铊挥发并富集于烟尘中。含铊烟尘经过硫酸浸出、沉淀、铸锭等过程制得金属铊。一般方法制取的铊尚含有铜、铅、镉等杂质,要制得高纯度的铊可采用电解精炼法。   在电子工业中,用铊激活碘化钠晶体可制作光电倍增管。铊及其化合物可用作光学玻璃、电子元件的玻璃密封及放射线的屏蔽窗等。硫化铊和硫氧化铊可以制造对红外线很灵敏的光电管。溴化铊或碘化铊的固溶体单晶能透过红外线,可用于红外线通信。由72%铅,15%锡和8%铊组成的合金可以制造轴承。含铊8.5%的汞铊合金,其熔点为-60℃,比汞的熔点低20℃,可用于低温仪表。
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  镓、铟、铊、锗、硒、碲和铼通常称为稀散金属,这7个元素从1782年发现碲以来,直到1925年发现铼才被全部发现。这一组元素之所以被称为稀散金属,一是因为它们之间的物理及化学性质等相似,划为一组;二是由于它们常以类质同象的形式存在于有关的矿物当中,难以形成独立的具有单独开采价值的稀散金属矿床;三是它们在地壳中的平均含量较低,以稀少分散状态伴生在其他矿物之中,只能随开采主金属矿床时在选冶中加以综合回收和利用。  稀散金属具有极为重要的用途,是当代高科技新材料的重要组成部分。由稀散金属与其他有色金属组成的一系列化合物半导体、电子光学材料、特殊合金、新型功能材料及有机金属化合物等,均需使用独特性能的稀散金属。用量虽说不大,但至关重要,缺它不可。因而广泛用于当代通讯技术、电子计算机、宇航、医药卫生、感光材料、光电材料、能源材料和催化剂等行业。   稀散金属在自然界中主要以分散状态赋存在有关的金属矿物中,如闪锌矿一般都富含镉、锗、镓、铟等,个别还含有铊、硒与碲;黄铜矿、黝铜矿和硫砷铜矿经常富含铊、硒及碲,个别的还富含铟与锗;方铅矿也常富含铟、铊、硒及碲;辉钼矿和斑铜矿富含铼,个别的还富含硒;黄铁矿常富含铊、镓、硒、碲等。目前,虽然已发现有近200种稀散元素矿物,但由于稀少而未富集成具有工业开采的独立矿床,迄今只发现有很少见的独立锗矿、硒矿、碲矿,但矿床规模都不大。  我国稀散金属矿产资源比较丰富,已探明有稀散金属矿产储量的矿区:锗矿分布在11个省区,其中广东、云南、吉林、山西、四川、广西和贵州等省区的储量占全国锗总储量的96%;镓矿分布在21个省区,主要集中在山西、吉林、河南、贵州、广西和江西等省区;铟矿分布在15个省区,主要集中在云南、广西、内蒙古、青海、广东;铊矿分布在云南、广东、甘肃、湖北、广西、辽宁、湖南等7个省区;硒矿分布在18个省区,主要集中在甘肃,其次为黑龙江、广东、青海、湖北和四川等省区;碲矿分布在15个省区,主要集中在江西、广东、甘肃;铼矿分布在陕西、黑龙江、河南和湖南、湖北、辽宁、广东、贵州、江苏9个省。

  铌是灰白色金属,密度8.57,熔点2468℃,沸点4742℃。具有比重大、熔点高、沸点高、强度高、抗疲劳、抗变形、抗腐蚀、导热、超导、单极导电及吸收气体等优良特性。铌的化学性质非常稳定,常温下表面形成致密氧化膜,阻止进一步氧化,高温下与硫、氮、碳直接化合,能与钛、锆、铪、钨形成合金。不与无机酸或碱作用,也不溶于王水,但可溶于氢氟酸。   铌、钽共生密切,它们的物理性质、化学性质、地球化学性质以及矿物学性质等都有许多类似之处,因而常在同一矿物中出现。所有的铌矿物中都含有钽,钽的矿物中都含有铌,只是有主次之分。有的形成完全的类质同象系列矿物,如铌铁矿-钽铁矿系列矿物:Ta2O5<15%称铌铁矿,Nb2O5<10%称钽铁矿,Nb2O5>Ta2O5称钽铌铁矿,Ta2O5>Nb2O5称铌钽铁矿,Fe/Mn<1时则称为铌锰矿-钽锰矿系列。

  铌在地壳中平均含量为20×10-6,钽为2×10-6,Nb/Ta值为10。铌、钽在主要岩浆岩和主要沉积岩都有不同程度的分布,其中在花岗岩中含量较高。目前,已发现的铌钽矿物和含铌钽矿物有130多种,其中较常见的有30多种。但作为铌钽工业矿物原料的只有10种,即铌铁矿-钽铁矿系列矿物(铌铁矿含Ta2O5<14.55%,Nb2O5>63.77%;钽铁矿含Ta2O5>72.18%,Nb2O5<10.33%)、褐钇铌矿(含Ta2O5为2.5%~11.09%,Nb2O5为33.64%~42.9%)、易解石(含Ta2O5为0.26%~3.3%,Nb2O5为21%~35%)、铌易解石(含Ta2O5为0.51%,Nb2O5为41.13%)、铌铁金红石(含Ta2O5为0.31%,Nb2O5为6.71~23.67%)、烧绿石(含Ta2O5为1.44%~6.65%,Nb2O5为56.01%~67.77%)、锰钽矿(含Ta2O5为70%~86%,Nb2O5为1.91%~10.33%)、重钽铁矿(含Ta2O5为73.98%~86.01%,Nb2O5为1.17%~1.37%)、黄钇钽矿(含Ta2O5为49.4%~55.5%,Nb2O5为9.15%)、细晶石(含Ta2O5为55%~77%,Nb2O5为0.4%~10.13%)。

  铌矿物原料主要是铌铁(锰)矿等,提取铌主要包括分解精矿、分离钽铌、制取化合物和金属、精炼等过程。矿石分解可采用氢氟酸分解法、氢氧化钠熔融法和氯化法等。钽铌分离可采用溶剂萃取法(常用的萃取剂为甲基异丁酮、磷酸三丁酯、仲辛醇和乙酰胺等)、分步结晶法和离子交换法。金属铌的工业生产方法有碳热还原法、钠热还原法和铝热还原法。

  铌具有耐腐蚀、冷加工性能好和氧化膜电性能好等优点,有许多重要用途。铌以铌铁形式用作钢铁添加剂生产碳素钢和高强度低合金钢,铌在钢中的主要作用是通过控制脱溶碳化铌的大小和分布,而达到提高钢的抗磨损性、抗腐蚀性、晶粒细化从而改善钢的性能。铸铁中添加铌能析出坚硬耐磨的碳氮化铌相,从而提高强度和延长使用寿命。铌和铌合金可用作宇宙飞船及其重返大气层时的耐高温结构材料、原子反应堆的结构材料,并且用于制造石油和化学工业中的耐酸设备、热交换器和加热器等。含铌、镍、钴的超级合金可用于制作喷气发动机的部件。铌同钛、锡、锆、铝、锗的合金或金属化合物,铌钛合金和铌锡化合物是目前已经应用的主要超导材料。铌酸锂是一种优良的压电晶体,用于彩色电视滤波器和雷达延迟线等。碳化铌可制造超硬工具和模具。二硒化铌粉可作电动机械和仪表装置的自润滑填充剂。

  在自然界中,铪常与锆共生,含锆的矿物中都含铪,铪与锆呈类质同像,铪主要赋存在锆英石中。工业上用的锆石中含HfO2量为0.5-2%。次生锆矿石中的铍锆石含HfO2可以高达15%。还有一种变质锆石曲晶石,含HfO2达5%以上。后两种矿物的储量少,工业上尚未采用。铪主要由生产锆的过程中回收。

  铪的冶炼与锆基本相同,一般分五步。第一步为矿石的分解,有三种方法:①锆石氯化得(Zr,Hf)Cl4。②锆石的碱熔,锆石与NaOH在600℃左右熔融,有90%以上的(Zr,Hf)O2转变为Na2(Zr,Hf)O3,其中的SiO2变成Na2SiO3,用水溶除去。Na2(Zr,Hf)O3用HNO3溶解后可作锆铪分离的原液,但因含有SiO2胶体,给溶剂萃取分离造成困难。③用K2SiF6烧结,水浸后得K2(Zr,Hf)F6溶液。溶液可以通过分步结晶分离锆铪。第二步为锆铪分离,可用盐酸-MIBK(甲基异丁基酮)系统和HNO3-TBP (磷酸三丁酯)系统的溶剂萃取分离方法。利用高压下(高于20大气压)HfCl4和ZrCl4熔体蒸气压的差异而进行多级分馏的技术早有研究,可省去二次氯化过程,降低成本。但由于(Zr,Hf)Cl4和HCl的腐蚀问题,既不易找到合适的分馏柱材质,又会使ZrCl4和HfCl4质量降低,增加提纯费用。第三步为HfO2的二次氯化以制得还原用粗HfCl4。第四步为HfCl4的提纯和加镁还原。本过程与ZrCl4的提纯和还原相同,所得半成品为粗海绵铪。第五步为真空蒸馏粗海绵铪,以除去MgCl2和回收多余的金属镁,所得成品为海绵金属铪。如还原剂不用镁而用钠,则第五步改为水浸。

  海绵铪自坩埚中取出时要格外小心,以免自燃。大块海绵铪要破碎成一定尺寸的小块,以便压成自耗电极,再熔铸成锭。破碎时也应防止自燃。海绵铪的进一步提纯与钛和锆一样,用碘化物热分解法。控制条件与锆略有不同,在碘化罐四周的海绵铪小块,保持温度为600℃,而中心的热丝温度为1600℃,比制取锆的“结晶棒”时的1300℃为高。铪的加工成型包括锻造、挤压、拉管等步骤,与加工锆的方法一样。

  铪的主要用途是制作原子核反应堆的控制棒。纯铪具有可塑性、易加工、耐高温抗腐蚀,是原子能工业重要材料。铪的热中子捕获截面大,是较理想的中子吸收体,可作原子反应堆的控制棒和保护装置。铪粉可作火箭的推进器。在电器工业上可制造X射线管的阴极。铪的合金可作火箭喷嘴和滑翔式重返大气层的飞行器的前沿保护层,Hf-Ta合金可制造工具钢及电阻材料。在耐热合金中铪用作添加元素,例如钨、钼、钽的合金中有的添加铪。HfC由于硬度和熔点高,可作硬质合金添加剂。4TaC•HfC的熔点约为4215℃,为已知的熔点最高的化合物。

  铯是低熔点金属,纯净的金属铯呈金黄色,密度1.878,熔点28.4℃,沸点669.3℃。在碱金属中,铯的熔点和沸点最低,蒸气压最高,正电性最强,电离势和电子逸出功最小。在室温下,金属铯在空气中猛烈燃烧,在纯氧中则会发生爆炸,生成超氧化铯。 铯与水剧烈作用,甚至与-116℃的冰也能剧烈反应,生成氢氧化铯和氢气。因此,铯必须在严密隔绝空气的情况下保存在液体石蜡中。铯与有限量氧气作用,可生成氧化铯,还能与卤素发生反应。铯和其他碱金属可形成低熔点合金,如含钠12%、钾47%、铯41%的合金,熔点为-78℃;含铷13%、铯87%的合金,熔点为-39℃;含钠5.5%、铯94.5%的合金,熔点为-29℃。

  铯在地壳中含量比较少, 主要分散在锂辉石、锂云母、铁锂云母中,在钾长石、天河石、钾盐和光卤石等矿物中与钾、钠、锂呈类质同像存在。主要的铯矿物是铯榴石(2Cs2O•2Al2O3•9SiO2•H2O),含Cs2O 34.6%。还有硼铯铷矿,含Cs2O 3.5%;铯绿柱石,含Cs2O1.72~3.6%,但较稀少。

  铯化合物的提取:从铯榴石中提取铯化合物的方法有盐酸法,还有氯化焙烧法、盐熔法和硫酸法。盐酸法是将经过拣选或浮选的铯榴石的精矿(含Cs2O 20~30%)磨细后,以浓盐酸搅拌浸出,精矿中的铯转化成氯化铯,以水稀释,并加入三氯化锑盐酸溶液,析出氯化锑铯复盐(3CsCl•2SbCl3)。由于锑铯复盐在盐酸溶液中的溶解度比铷、钾复盐小,铷、钾大部分留在母液中而与铯分离。锑铯复盐加入10倍重量的水,煮沸,水解生成白色的碱式氯化锑沉淀,反应式为:3CsCl•2SbCl3+2H2O→3CsCl+2SbOCl↓+4HCl,氯化铯重新进入溶液。溶液中通入H2S气体,除去残余的锑及其他重金属。将精制液煮沸,蒸发浓缩,冷却结晶,经干燥得到氯化铯。

  氯化焙烧法是将铯榴石同碳酸钙和氯化钙混合,在800~900℃焙烧后以水浸出。盐熔法是将铯榴石与氯化纳和碳酸钠混合,于800~850℃熔融,再以水浸出。两种方法的浸出液经过净化均可以用4-仲丁基-2(α-甲苄基)苯酚(简称BAMBP)-脂肪烃煤油萃取,以盐酸或二氧化碳加水反萃,得氯化铯或碳酸铯产品。

  金属铯的制取:常用金属热还原法以钙还原氯化铯。此法在小于10-3托真空下,温度700~900℃进行还原反应,产生的铯蒸气,经冷凝后成液态收集。熔盐电解法制取金属铯是以液态铅作阴极,石墨作阳极,于700℃电解氯化铯,由阴极得到含铯8.5%的铅铯合金。合金于600~700℃真空蒸馏,除去铅等杂质,制得纯铯。

  铯的主要工业用途是制造光电池、光电倍增管和电视摄象管以及用作真空管的吸气剂。由钠和铊激活的碘化铯可制作工业和医疗用的X射线图象放大板或荧光屏。用铯形成的人工铯离子云,可以进行电磁波的传播和反射。铯在多种有机、无机合成中用作助催化剂或催化剂。铯盐还用于生产激光用的玻璃、低熔点玻璃和纤维透镜玻璃。铯还可用于制作铯原子钟。在铯离子热电转换器、铯离子发动机、磁流体发电系统以及超临界蒸气发电系统等新能源研究中均用到铯。多种铯盐用于微量分析和用作药物。

  金属铯的活性很强,在空气中燃烧会喷溅,产生浓密的碱性烟雾,伤害眼睛、呼吸系统和皮肤。因此在生产、贮存及运输时必须严格防止金属铯同空气或水接触。金属铯转移时,一般在熔融状态(65℃)进行。常用的方法有针筒抽吸,虹吸,惰性气体中倾注、压送,或真空抽吸等。

  铷是低熔点活泼金属,密度1.532,熔点38.89℃,沸点686℃,质软,有延展性。铷的化学性质与钾相似,但比钾活泼,在室温和空气中能自燃,因此必须在严密隔绝空气情况下保存在液体石蜡中。铷与水甚至是与温度低到-100℃的冰相接触时,也能发生猛烈反应,生成氢氧化铷和氢气。与有限量氧气作用,生成氧化铷,在过量氧气中燃烧,生成超氧化物。铷也能与卤素反应。铷离子能使火焰染成紫红色,可用焰色反应和火焰光度计检测。

  铷与其他碱金属能制成熔点很低的液体合金,如13%Rb-87%Cs,共熔点-39℃;15%K-85%Rb,共熔点-34℃;8%Na-92%Rb,共熔点-5.2℃。铷还可以和很多非过渡金属形成化合物。天然铷由稳定同位素 85Rb(占72.15%)和放射性同位素87Rb(占27.85%)组成。87Rb衰变产生β射线和稳定同位素87Sr,半衰期5.9×1010年。上述反应常被用来确定岩石、古老矿物和陨石的年龄。

  铷在地壳中很分散,至今还没有发现单纯的铷矿物。铷常常分散在锂云母、黑云母、铯榴石和盐矿层中。锂云母中铷的含量可达3.75%,是提取铷的主要矿源。光卤石中铷含量虽然不高,但储量很大。海水中含铷约0.121克/吨,很多矿泉水、盐湖卤水中也含有较多的铷。  由于铷非常活泼,不能用电解法生产铷,而要用金属热还原法。提取铷的化合物的主要方法有复盐沉淀法、溶剂萃取法、离子交换法,用金属热还原法以钙还原氯化铷,用镁或碳化钙还原碳酸铷,可制得金属铷。

  铷是制造电子器件(光电倍增管光电管)、分光光度计、自动控制、光谱测定、彩色电视、雷达、激光器以及玻璃、陶瓷、电子钟等的重要原料;在空间技术方面,离子推进器和热离子能转换器需要大量的铷;铷的氢化物和硼化物可作高能固体燃料;放射性铷可测定矿物年龄。

  铷的用途和铯大致相同,但铷光电池和光阴极的灵敏度以及使用范围稍逊于铯。铷和钾、钠、铯的合金可用以除去高真空系统的残余气体。碘化铷银 (RbAg4I5)是良好的离子导体,用作固体电池电解质。铷的特征共振频率为6835兆赫,可用作时间标准。铷原子钟的特点是体积小,重量轻,需要的功率小。用铷气泡制成的磁强计,测量范围达15000~80000伽马(1伽马为10-9 特斯拉)。氧化铷可用以调整光学玻璃的密度和折射率,并可用来生产光敏玻璃和光色玻璃。硝酸铷还可用作化学钢化玻璃的熔剂,以提高玻璃的抗张强度。铸铝合金中加入0.01~1%的铷,可以改善其力学性能。熔化的铜中加入0.01~0.5%的铷,用喷雾法可制得表面积大而性能好的铜粉。很多有机和无机合成中,可以用Rb2O代替K2O作助催化剂的组分。铷盐还可用于制药。

  金属铷由于活性大,生产、使用、贮存和运输必须在严密隔绝空气的装置中进行。80℃以下可用橡胶容器;200℃以下可用玻璃、石英、黄铜、铝或陶瓷容器;700~1000℃须用不锈钢、镍合金或镍制容器。

  铍是浅灰色金属,密度1.85,熔点1283℃,沸点2970℃。铍的化学性质活泼,能形成致密的表面氧化保护层,铍在空气中很稳定。铍即能和稀酸反应,也能溶于强碱。铍的化合物在水中易分解,铍还能形成聚合物以及具有明显热稳定性的共价化合物。铍化合物对人体有毒性。   铍在地壳中平均含量为2.8×10-6,在岩浆岩和沉积岩中均有不同程度的分布,其中在酸性岩中含量较高,在花岗岩中铍的平均含量5.5×10-6,尤其在酸性岩浆活动晚期形成的花岗岩含量更高。在自然界中已发现的铍矿物和含铍矿物约计60多种,其中常见的有20多种。矿物种类以硅酸盐类最多,分布也较广,其次为磷酸盐类,仅有少数为简单氧化物、硼酸盐、砷酸盐和锑酸盐等。

  铍的矿物原料主要是绿柱石(含BeO 9.26%~14.4%)、硅铍石(似晶石)(含BeO 43.67%~45.67%)、羟硅铍石(含BeO 39.6%~42.6%)、金绿宝石(含BeO 19.5%~21.5%)、日光榴石(含BeO 8%~14.5%)。工业生产铍时先从绿柱石等矿物中提取氧化铍,再由氧化铍制取金属铍。氧化铍的提取有硫酸盐法和氟化物法。

  铍是工业上的重要材料,工业用铍大部分以氧化铍形态用于铍铜合金的生产,小部分以金属铍形式应用,另有少量用作氧化铍陶瓷等。特别是在原子能、宇航和航空、冶金等领域具有重要用途。在原子能领域,金属铍主要用作核反应堆的中子减速剂;在宇航和航空工业制造火箭、导弹、宇宙飞船的转接壳和蒙皮,大型飞船、空间渡船的结构材料,制作飞机制动器和飞机、飞船、导弹的导航部件,火箭、导弹、喷气飞机的高能燃料的添加剂;在冶金工业中是合金钢的添加剂,还可制作铍铜、铍镍、铍铝等合金。此外,也用于制作耐火材料与特种玻璃、集成电路等。

  我国铍矿产资源丰富,分布在14个省区,铍储量依次为:新疆占29.4%,内蒙古占27.8%(主要伴生铍矿),四川占16.9%,云南占15.8%,这4省区合计占89.9%。其次为江西、甘肃、湖南、广东、河南、福建、浙江、广西、黑龙江、河北等10个省区,合计占10.1%。绿柱石矿物储量主要分布在新疆(占83.5%)、四川(占9.6%),两省区合计93.1%,其次为甘肃、云南、陕西、福建,4省合计仅占6.9%。我国铍矿产资源有以下主要特点:(1)分布高度集中,有利于建设大型采选冶联合企业。(2)单一矿床少,共伴生矿床多,综合利用价值大。我国铍矿经勘探表明大部分是综合性矿床,其储量以共伴生矿床为主。铍矿储量与锂、铌、钽矿伴(共)生占48%,与稀土矿伴生占27%,与钨矿伴(共)生占20%,尚有少量与钼、锡、铅、锌等有色金属和云母、石英岩等非金属矿产相伴生。(3)品位低、储量大。我国铍矿除少数矿床或矿段、矿体品位较高外,大多数矿床品位低,因而制定的矿产工业指标较低,故勘探以低品位指标计算的储量则很大。

  我国铍工业的建立与发展,首先是从开发矿业开始的。依靠国内丰富的铍矿资源,1951年成立新疆中苏有色金属公司便开始了有计划开采新疆可可托海等矿山的绿柱石,1953年开始从江西钨矿石中回收绿柱石。接着,北京有色金属综合研究所(北京有色金属研究总院的前身)于1953年以绿柱石为原料,开始铍的提取冶金研究。随后,在湖南、上海、宁夏等地建立了冶炼厂或生产车间,为我国铍工业的发展奠定了基础。经过50多年的发展建设,我国铍工业已形成采选冶和加工较完整的体系,主要产品有绿柱石等精矿和工业氧化铍、铍铜母合金、高纯氧化铍、金属铍等品种。铍的产量、品种除满足国内需要外,有相当数量出口为国家创汇。铍在中国核武器、核反应堆、卫星、导弹的关键部件制造中发挥了重要作用,我国铍的提取冶金、粉末冶金和加工工艺等方面都达到了较先进水平。

  
  锂是一种银白色的轻金属,密度0.534,熔点180.54℃,沸点1342℃。锂是活泼金属,在室温条件下,锂能和空气中的氮气和氧气发生强烈的化学反应。金属锂可溶于液氨,锂的弱酸盐难溶于水。在碱金属氯化物中,只有氯化锂易溶于有机溶剂。锂不但是既轻又软、比热最大的金属,而且还是在通常温度下呈固体状态的一般材料中最轻的一种金属,通常贮藏于煤油或液体石蜡中。
  锂在自然界分布比较广泛,在地壳中平均含量为20×10-6,在主要类型岩浆岩和主要类型沉积岩中均有不同程度的分布,其中在花岗岩中含量较高,平均含量达40×10-6。在自然界中目前已发现锂矿物和含锂矿有150多种,其中锂的独立矿物有30多种,大部分是硅酸盐(占67%)及磷酸盐(占21.2%),其他则很少。作为制取锂的矿物原料主要是锂辉石(含Li2O5.8%~8.1%)、锂云母(含Li2O3.2%~6.45%)、磷锂铝石(含Li2O7.1%~10.1%)、透锂长石(含Li2O2.9%~4.8%)及铁锂云母(含Li2O1.1%~5%),其中前3个矿物最为重要。
  锂是由瑞典化学家贝齐里乌斯(J.J.Berzelius)的学生瑞典人阿尔费德松(J.A.Arfvedson)于1817年在分析研究从攸桃岛(Uto)采得透锂长石时首次发现的,贝齐里乌斯把这种新金属称为Lithium。1818年英国人戴维(H.Davy)通过电解碳酸锂制得少量金属锂。1855年德国人本生(R.W.Bunsen)和马提生(A.Matthiessen)通过电解熔融氯化锂制得较大量的金属锂,并较详细地研究了它的性质。1923年德国开始锂的工业生产。目前工业生产金属锂采用LiCl-KCl熔盐电解法,此法制得金属锂的纯度不低于99%。1944年开始大量使用无水氢氧化锂作潜水艇中的CO2吸收剂。用氢化锂作军用气球的充气氢源。1950年锂开始用于热核武器氢弹。1960年以后锂开始用于民用工业如润滑脂、空调、合成橡胶、炼铝、医药和玻璃陶瓷等行业,且已成为当前锂的主要用途。由于锂的电化当量高,并具有各种元素中最高的标准氧化电势,锂电池已在某些军事和电子部门应用,以及在电力车辆推进和峰值电力贮存方面使用。锂是第一代氘氚聚变反应堆的重要燃料和反应堆的冷却剂。锂能与多种元素制成合金,例如铝锂、硼锂、铜锂、镁锂、铅锂、硅锂、硅硼锂和银锂等,而用于原子能、航空、航天工业。
  我国锂矿产资源比较丰富,主要分布在7个省区,以1996年末保有储量(Li2O)排序依次为:四川占51.1%,江西占29.4%,湖南占15.3%,新疆占3%(因主要矿区经40多年来的大规模开采,保有储量大量减少),这4省区合计占98.8%。其次是河南、福建、山西,这3省合计占1.2%。我国锂矿产资源有以下主要特点:(1)分布高度集中,有利于建设大型采选冶联合企业。矿石锂集中分布在四川、江西、湖南、新疆4省区,占全国锂储量的98.8%;卤水锂主要分布在青海柴达木盆地盐湖发育区和湖北潜江凹陷油田内,其中柴达木盆地盐湖区占全国卤水锂储量的83.4%。(2)单一矿床少,共伴生矿床多,综合利用价值大。我国锂、铍、铌、钽矿经勘探表明大部分是综合性矿床,其储量以共伴生矿床为主。(3)品位低、储量大。我国锂矿除少数矿床或矿段、矿体品位较高外,大多数矿床品位低,因而制定的矿产工业指标较低,故勘探以低品位指标计算的储量则很大。

  锗为银灰色金属,密度5.35克,熔点937.4℃,沸点2830℃。室温下,晶态锗性脆,可塑性很小。锗的化学性质稳定,常温下锗在空气中不被氧化,但在加热时,锗能在氧气、氯气和溴蒸气中燃烧。锗不与水作用,不溶于盐酸和稀硫酸,硝酸和热的浓硫酸能将金属锗氧化为二氧化锗,锗还溶于王水。锗易溶于熔融的氢氧化钠或氢氧化钾,生成锗酸钠或锗酸钾。在过氧化氢、次氯酸钠等氧化剂存在下,锗能溶解在碱性溶液中,生成锗酸盐。锗具有半导体性质,在高纯锗中掺入三价元素(如铟、镓、硼)、得到P型锗半导体;掺入五价元素(如锑、砷、磷),得到N型锗半导体。

  锗通常以分散状态存在于其他矿物中,独立的矿物很少。可从含锗的氧化铅锌矿、闪锌矿和煤灰中回收锗。锗的提取方法是首先将锗的富集物用浓盐酸氯化,制取四氯化锗,再用盐酸溶剂萃取法除去主要的杂质砷,然后经石英塔两次精馏提纯,再经高纯盐酸洗涤,可得到高纯四氯化锗,用高纯水使四氯化锗水解,得到高纯二氧化锗。一些杂质会进入水解母液,所以水解过程也是提纯过程。纯二氧化锗经烘干煅烧,在还原炉的石英管内用氢气于650-680℃还原得到金属锗。

  锗在电子工业中的用途已逐渐被硅代替。但由于锗的电子和空穴迁移率较硅高,在高速开关电路方面,锗比硅的性能好。锗主要用来生产低功率半导体二极管三极管,锗在红外器件、γ辐射探测器方面有着新的用途,金属锗能让2-15微米的红外线通过,又和玻璃一样易被抛光,能有效地抵制大气的腐蚀,可用以制造红外窗口、三棱镜和红外光学透镜材料。锗还与铌形成化合物,用作超导材料。用氧化锗制造的玻璃有较高的折射率和色散性能,可用于广角照像镜头和显微镜。

  镓、铟、铊、锗、硒、碲和铼通常称为稀散金属,这7个元素从1782年发现碲以来,直到1925年发现铼才被全部发现。这一组元素之所以被称为稀散金属,一是因为它们之间的物理及化学性质等相似,划为一组;二是由于它们常以类质同象的形式存在于有关的矿物当中,难以形成独立的具有单独开采价值的稀散金属矿床;三是它们在地壳中的平均含量较低,以稀少分散状态伴生在其他矿物之中,只能随开采主金属矿床时在选冶中加以综合回收和利用。

  稀散金属具有极为重要的用途,是当代高科技新材料的重要组成部分。由稀散金属与其他有色金属组成的一系列化合物半导体、电子光学材料、特殊合金、新型功能材料及有机金属化合物等,均需使用独特性能的稀散金属。用量虽说不大,但至关重要,缺它不可。因而广泛用于当代通讯技术、电子计算机、宇航、医药卫生、感光材料、光电材料、能源材料和催化剂等行业。

  稀散金属在自然界中主要以分散状态赋存在有关的金属矿物中,如闪锌矿一般都富含镉、锗、镓、铟等,个别还含有铊、硒与碲;黄铜矿、黝铜矿和硫砷铜矿经常富含铊、硒及碲,个别的还富含铟与锗;方铅矿也常富含铟、铊、硒及碲;辉钼矿和斑铜矿富含铼,个别的还富含硒;黄铁矿常富含铊、镓、硒、碲等。目前,虽然已发现有近200种稀散元素矿物,但由于稀少而未富集成具有工业开采的独立矿床,迄今只发现有很少见的独立锗矿、硒矿、碲矿,但矿床规模都不大。

  我国稀散金属矿产资源比较丰富,已探明有稀散金属矿产储量的矿区:锗矿分布在11个省区,其中广东、云南、吉林、山西、四川、广西和贵州等省区的储量占全国锗总储量的96%;镓矿分布在21个省区,主要集中在山西、吉林、河南、贵州、广西和江西等省区;铟矿分布在15个省区,主要集中在云南、广西、内蒙古、青海、广东;铊矿分布在云南、广东、甘肃、湖北、广西、辽宁、湖南等7个省区;硒矿分布在18个省区,主要集中在甘肃,其次为黑龙江、广东、青海、湖北和四川等省区;碲矿分布在15个省区,主要集中在江西、广东、甘肃;铼矿分布在陕西、黑龙江、河南和湖南、湖北、辽宁、广东、贵州、江苏9个省。

铟 
铟属于稀散金属,密度7.3,熔点156.61℃,沸点2080℃。从常温到熔点之间,铟与空气中的氧作用缓慢,表面形成极薄的氧化膜,温度更高时,与氧、卤素、硫、硒、碲、磷作用。大块金属铟不与沸水和碱反应,但粉末状的铟可与水作用,生成氢氧化铟。铟与冷的稀酸作用缓慢,易溶于浓热的无机酸和乙酸、草酸。铟的可塑性强,有延展性,可压成极薄的金属片。铟能与许多金属形成合金。
  目前已知的铟矿物有硫铟铜矿、硫铟铁矿、水铟矿。铟主要呈类质同象存在于铁闪锌矿、赤铁矿、方铅矿以及其它多金属硫化物矿石中。此外锡矿石、黑钨矿、普通角闪石中也含有铟。
  铟是制造半导体、焊料、整流器、热电偶的重要材料。纯度为99.97%的铟是制作高速航空发动机银铅铟轴承的材料,低熔点合金如伍德合金中每加1%的铟可降低熔点1.45℃,当加到19.1%时熔点可降到47℃。铟与锡的合金可用作真空密封,能使玻璃与玻璃或玻璃与金属粘接。金、钯、银、铜与铟组成的合金常用来制作假牙和装饰品。铟是锗晶体管中的掺杂元素,在PNP锗晶体管生产中使用铟的数量最大。
  镓、铟、铊、锗、硒、碲和铼通常称为稀散金属,这7个元素从1782年发现碲以来,直到1925年发现铼才被全部发现。这一组元素之所以被称为稀散金属,一是因为它们之间的物理及化学性质等相似,划为一组;二是由于它们常以类质同象的形式存在于有关的矿物当中,难以形成独立的具有单独开采价值的稀散金属矿床;三是它们在地壳中的平均含量较低,以稀少分散状态伴生在其他矿物之中,只能随开采主金属矿床时在选冶中加以综合回收和利用。
  稀散金属具有极为重要的用途,是当代高科技新材料的重要组成部分。由稀散金属与其他有色金属组成的一系列化合物半导体、电子光学材料、特殊合金、新型功能材料及有机金属化合物等,均需使用独特性能的稀散金属。用量虽说不大,但至关重要,缺它不可。因而广泛用于当代通讯技术、电子计算机、宇航、医药卫生、感光材料、光电材料、能源材料和催化剂等行业。
  稀散金属在自然界中主要以分散状态赋存在有关的金属矿物中,如闪锌矿一般都富含镉、锗、镓、铟等,个别还含有铊、硒与碲;黄铜矿、黝铜矿和硫砷铜矿经常富含铊、硒及碲,个别的还富含铟与锗;方铅矿也常富含铟、铊、硒及碲;辉钼矿和斑铜矿富含铼,个别的还富含硒;黄铁矿常富含铊、镓、硒、碲等。目前,虽然已发现有近200种稀散元素矿物,但由于稀少而未富集成具有工业开采的独立矿床,迄今只发现有很少见的独立锗矿、硒矿、碲矿,但矿床规模都不大。
  我国稀散金属矿产资源比较丰富,已探明有稀散金属矿产储量的矿区:锗矿分布在11个省区,其中广东、云南、吉林、山西、四川、广西和贵州等省区的储量占全国锗总储量的96%;镓矿分布在21个省区,主要集中在山西、吉林、河南、贵州、广西和江西等省区;铟矿分布在15个省区,主要集中在云南、广西、内蒙古、青海、广东;铊矿分布在云南、广东、甘肃、湖北、广西、辽宁、湖南等7个省区;硒矿分布在18个省区,主要集中在甘肃,其次为黑龙江、广东、青海、湖北和四川等省区;碲矿分布在15个省区,主要集中在江西、广东、甘肃;铼矿分布在陕西、黑龙江、河南和湖南、湖北、辽宁、广东、贵州、江苏9个省。

  镓是一种银白色的稀散金属,密度5.904,熔点29.78℃,沸点2403℃,质软性脆。镓的化学性质不活泼,镓在空气中形成氧化物表面膜,使它相当稳定,常温下不和氧、水发生反应,与稀酸作用缓慢,但可溶于热的硝酸、浓氢氟酸和热的浓高氯酸以及王水,它也溶于强碱中生成镓酸盐,因此镓是两性的。镓与卤素作用时,生成三卤化镓和一卤化镓。在高温下,镓能与硫、硒、碲、磷、砷、锑发生反应,生成的化合物都具有半导体性质。

  镓在自然界仅发现了一种单独矿物硫镓铜矿。镓主要赋存在闪锌矿、霞矿、白云母、锂辉石、铝土矿及煤矿中。一般镓都是作为副产品在含铝矿物及锌矿冶炼过程中和从煤焦化烟尘中进行回收。

  镓主要用于制造半导体材料。在微波器件领域,砷化镓是最有前途的半导体材料。用镓砷磷、镓铝砷制成的红色发光管,用磷化镓制成的绿色发光管等,已在电子计算机及其他电子仪器中广泛应用。砷化镓、镓铝砷还可作固体激光器材料,用于光导纤维通信,还能用作太阳能电池的材料以及制作大规模高速集成电路。钒镓化合物可用作超导材料。镓有很高的光反射能力,可把它挤压在两块玻璃板之间制成镜子。镓还用于制作易熔合金。镓化合物可用于分析化学、医药和有机合成的催化剂。

  镓、铟、铊、锗、硒、碲和铼通常称为稀散金属,这7个元素从1782年发现碲以来,直到1925年发现铼才被全部发现。这一组元素之所以被称为稀散金属,一是因为它们之间的物理及化学性质等相似,划为一组;二是由于它们常以类质同象的形式存在于有关的矿物当中,难以形成独立的具有单独开采价值的稀散金属矿床;三是它们在地壳中的平均含量较低,以稀少分散状态伴生在其他矿物之中,只能随开采主金属矿床时在选冶中加以综合回收和利用。

  稀散金属具有极为重要的用途,是当代高科技新材料的重要组成部分。由稀散金属与其他有色金属组成的一系列化合物半导体、电子光学材料、特殊合金、新型功能材料及有机金属化合物等,均需使用独特性能的稀散金属。用量虽说不大,但至关重要,缺它不可。因而广泛用于当代通讯技术、电子计算机、宇航、医药卫生、感光材料、光电材料、能源材料和催化剂等行业。

  稀散金属在自然界中主要以分散状态赋存在有关的金属矿物中,如闪锌矿一般都富含镉、锗、镓、铟等,个别还含有铊、硒与碲;黄铜矿、黝铜矿和硫砷铜矿经常富含铊、硒及碲,个别的还富含铟与锗;方铅矿也常富含铟、铊、硒及碲;辉钼矿和斑铜矿富含铼,个别的还富含硒;黄铁矿常富含铊、镓、硒、碲等。目前,虽然已发现有近200种稀散元素矿物,但由于稀少而未富集成具有工业开采的独立矿床,迄今只发现有很少见的独立锗矿、硒矿、碲矿,但矿床规模都不大。

  我国稀散金属矿产资源比较丰富,已探明有稀散金属矿产储量的矿区:锗矿分布在11个省区,其中广东、云南、吉林、山西、四川、广西和贵州等省区的储量占全国锗总储量的96%;镓矿分布在21个省区,主要集中在山西、吉林、河南、贵州、广西和江西等省区;铟矿分布在15个省区,主要集中在云南、广西、内蒙古、青海、广东;铊矿分布在云南、广东、甘肃、湖北、广西、辽宁、湖南等7个省区;硒矿分布在18个省区,主要集中在甘肃,其次为黑龙江、广东、青海、湖北和四川等省区;碲矿分布在15个省区,主要集中在江西、广东、甘肃;铼矿分布在陕西、黑龙江、河南和湖南、湖北、辽宁、广东、贵州、江苏9个省。

  锆是银灰色有光泽的金属,密度6.49,熔点1852℃,沸点4377℃。锆的化学性质不活泼,致密的金属锆在空气中比较稳定,加热时表面形成氧化物覆盖层,失去金属光泽。粉末状的锆容易在空气中燃烧,细的锆丝可用火柴点燃。锆对氧具有很强的亲和力,它能夺去氧化镁、氧化铍和氧化钍中的氧,本身成为二氧化锆。锆有强烈的吸氢性能,可用作储氢料材。高温下锆还能与氮作用。锆有耐腐蚀性,不与稀盐酸、稀硫酸和强碱溶液作用,但易溶解在氢氟酸和王水中。高温时,锆与非金属元素和许多金属元素反应,生成固溶体化合物。

  锆在地壳中的含量为0.025%,居第20位。含ZrO2在20%以上的矿物虽有十几种,但工业采用的仅有锆石(ZrSiO4)和斜锆石(ZrO2)两种。锆石与钛铁矿、金红石、独居石共生,也可在海滩砂石中找到。所有的锆石中都含有氧化铪(HfO2)和放射性物质,放射强度一般在1×10-7毫居里/克的数量级,含HfO2高的放射性强度也高。

  锆英石、斜锆石是锆的主要来源,锆石加入适量的石油焦,在1000℃通入氯气,可得到四氯化锆(ZrCl4),它的蒸气与熔融的金属镁接触,即被还原为金属锆。高纯度金属锆可用碘化物热分解法制取。ZrCl4在常温下呈固态,437℃时升华。因此在冷凝器中所得的ZrCl4为气态凝固而成,控制好传热速度等条件,可以得到致密度高的产品。ZrCl4可以还原得到ZrCl3和 ZrCl2,它们是电解制取金属锆时熔盐中的主要组分。如制取一般工业锆,无须分离铪,可用升华提纯法制成精ZrCl4后,就用镁还原制得海绵锆。

  锆主要用作原子核反应堆燃料元件的包壳材料,所以锆的冶炼流程中都有锆铪分离这一过程。工业上最通用的分离方法是NH4CNS-MIBK溶剂萃取法,萃取剂为甲基异丁基酮(MIBK)。此法的缺点为:①分离系数低,需要的级数多;②NH4CNS容易分解产生CN-,使废水有毒,需在厂内处理。

  近年来有用HNO3系TBP(磷酸三丁酯)萃取法和HCl-HNO3系TBP萃取法的。前者矿石分解用NaOH熔融法,带来一系列的困难,包括萃取中出现三相的困难。后者使用ZrCl4为原料,避免了上述困难,但也有溶液腐蚀性强的缺陷。所得ZrO2再进行氯化得到ZrCl4,工业上叫作二次氯化。ZrCl4经过升华提纯,然后用金属热还原法(镁还原或钠还原)制得粗锆,真空蒸馏除去MgCl2和回收多余的镁(钠还原时用水洗)。这一过程与钛的还原流程相似,唯一不同处为镁需经预处理提纯。镁还原法的化学反应为:ZrCl4+2Mg→Zr+2MgCl2,还原温度为850℃左右。真空蒸馏温度为 950~1000℃。锆本身有吸气作用,所以最后的真空度一般为10-5托。  制取纯度较高的锆,是用ZrI4在热丝上分解制得,工业上叫作结晶棒。在这一过程中有ZrI2和ZrI3参与作用。锆及锆合金采用真空自耗电弧重熔炉熔炼铸锭,最常用的型材为管材,成型方法包括锻造、挤压、拉伸,与钛管的加工方法基本一样。

  锆和锆合金主要用在水冷式的原子反应堆中。在原子反应堆里,铀棒不能直接与水接触。因为热水侵蚀铀棒,铀棒使水沾上放射性,就会危害人体健康。用锆作铀棒的护套,可以满足下面四个方面的要求:①抗蚀能力强,不与核燃料和传热介质(如水)发生作用;②有足够的强度、耐热、耐腐蚀;③很少吸收中子,保证裂变“链式反应”的进行;④容易加工成形。

  锆还可用作特殊钢的添加剂,含锆不锈钢和耐热钢是制造装甲车、坦克、大炮和防弹板等武器的重要材料。锆除了加强钢的强度和硬度外,还能改进钢的机械加工性能,可淬硬性、可焊接性。它还能碎化钢中的硫化物,从而细化钢的晶粒组成。加入锆的钢抗氧化性增强,抗腐蚀性也有显著增加。二氧化锆的熔点高达2675℃,化学稳定性好,用作高级耐火材料。

  钽为黑灰色金属,密度16.6,熔点2996℃,沸点5425℃。具有比重大、熔点高、沸点高、强度高、抗疲劳、抗变形、抗腐蚀、导热、超导、单极导电及吸收气体等优良特性。钽的化学性质特别稳定,常温下除氢氟酸外不受其它无机酸碱的侵蚀;高温下能溶于浓硫酸、浓磷酸和强碱溶液中;金属钽在氧气中灼烧可得五氧化二钽;常温下能与氟反应;高温下能与氯、硫、氮、碳等单质直接化合。

  钽、铌共生密切,它们的物理性质、化学性质、地球化学性质以及矿物学性质等都有许多类似之处,因而常在同一矿物中出现。所有的铌矿物中都含有钽,钽的矿物中都含有铌,只是有主次之分。有的形成完全的类质同象系列矿物,如铌铁矿-钽铁矿系列矿物:Ta2O5<15%称铌铁矿,Nb2O5<10%称钽铁矿,Nb2O5>Ta2O5称钽铌铁矿,Ta2O5>Nb2O5称铌钽铁矿,Fe/Mn<1时则称为铌锰矿-钽锰矿系列。

  钽在地壳中平均含量为2×10-6,铌为20×10-6,Nb/Ta值为10。铌、钽在主要岩浆岩和主要沉积岩都有不同程度的分布,其中在花岗岩中含量较高。目前,已发现的铌钽矿物和含铌钽矿物有130多种,其中较常见的有30多种。但作为铌钽工业矿物原料的只有10种,即铌铁矿-钽铁矿系列矿物(铌铁矿含Ta2O5<14.55%,Nb2O5>63.77%;钽铁矿含Ta2O5>72.18%,Nb2O5<10.33%)、褐钇铌矿(含Ta2O5为2.5%~11.09%,Nb2O5为33.64%~42.9%)、易解石(含Ta2O5为0.26%~3.3%,Nb2O5为21%~35%)、铌易解石(含Ta2O5为0.51%,Nb2O5为41.13%)、铌铁金红石(含Ta2O5为0.31%,Nb2O5为6.71~23.67%)、烧绿石(含Ta2O5为1.44%~6.65%,Nb2O5为56.01%~67.77%)、锰钽矿(含Ta2O5为70%~86%,Nb2O5为1.91%~10.33%)、重钽铁矿(含Ta2O5为73.98%~86.01%,Nb2O5为1.17%~1.37%)、黄钇钽矿(含Ta2O5为49.4%~55.5%,Nb2O5为9.15%)、细晶石(含Ta2O5为55%~77%,Nb2O5为0.4%~10.13%)。

  钽矿物原料主要是钽铁矿、细晶石等,钽冶炼的主要步骤是分解精矿,净化和分离钽、铌,以制取钽、铌的纯化合物,最后制取钽金属。矿石分解可采用氢氟酸分解法、氢氧化钠熔融法和氯化法等。钽铌分离可采用溶剂萃取法(常用的萃取剂为甲基异丁酮、磷酸三丁酯、仲辛醇和乙酰胺等)、分步结晶法和离子交换法。

  钽具有耐腐蚀、冷加工性能好和氧化膜电性能好等优点,有许多重要用途。钽在酸性电解液中形成稳定的阳极氧化膜,用钽制成的电解电容器,具有容量大,体积小和可靠性好等优点。钽也是制作电子发射管、高功率电子管零件的材料。钽制的抗腐蚀设备可用于生产强酸、溴、氨等化学工业。金属钽可作发动机的燃烧室的结构材料。钽钨、钽钨铪、钽铪合金用作火箭、导弹和喷气发动机的耐热高强材料及控制和调节装备的零件等。钽易加工成形,在高温真空炉中作支撑附件、热屏蔽、加热器和散热片等。钽可作骨科和外科手术材料。钽的硼化物、硅化物和氮化物及其合金用作原子能工业中的释热元件和液态金属包套材料。

  铼是难熔金属,密度21,熔点3180℃,沸点5690℃。金属铼非常硬、耐磨、耐腐蚀。常温下,铼的化学性质稳定,300℃时开始氧化,高温下与硫蒸气化合成二硫化铼,与氟、氯、溴形成卤化物。铼不溶于盐酸,但溶于硝酸和热的浓硫酸,生成高铼酸(HReO4)。

  铼的矿物很少,迄今只查明有辉铼矿和铜铼硫化矿物,而多以微量伴生于钼、铜、铅、锌、铂、铌等矿物中。具有经济价值的含铼矿物为辉钼矿。一般辉钼矿中铼的含量在0.001%-0.031%之间,但从斑岩铜矿选出的钼精矿含铼可达0.16%。生产铼的主要原料是钼冶炼过程的副产品。从某些铜矿、铂族矿、铌矿甚至闪锌矿的冶炼烟尘和渣中以及处理低品位钼矿的废液中都可以回收铼。提取铼时先提取纯的铼化合物,然后用氢还原法或水溶液电解法制得铼粉,再用粉末冶金方法加工成材。

  铼主要用作石油工业的催化剂,铼具有很高的电子发射性能,广泛应用于无线电、电视和真空技术中。铼具有很高熔点,是一种主要的高温仪表材料。铼和铼合金还可作电子管元件和超高温加热器。钨铼热电偶在3100℃也不软化,钨或钼合金中加25%的铼可增加延展性能;铼在火箭、导弹上用作高温涂层,宇宙飞船用的仪器和高温部件如热屏蔽、电弧放电、电接触器等都需要铼。

  镓、铟、铊、锗、硒、碲和铼通常称为稀散金属,这7个元素从1782年发现碲以来,直到1925年发现铼才被全部发现。这一组元素之所以被称为稀散金属,一是因为它们之间的物理及化学性质等相似,划为一组;二是由于它们常以类质同象的形式存在于有关的矿物当中,难以形成独立的具有单独开采价值的稀散金属矿床;三是它们在地壳中的平均含量较低,以稀少分散状态伴生在其他矿物之中,只能随开采主金属矿床时在选冶中加以综合回收和利用。

  稀散金属具有极为重要的用途,是当代高科技新材料的重要组成部分。由稀散金属与其他有色金属组成的一系列化合物半导体、电子光学材料、特殊合金、新型功能材料及有机金属化合物等,均需使用独特性能的稀散金属。用量虽说不大,但至关重要,缺它不可。因而广泛用于当代通讯技术、电子计算机、宇航、医药卫生、感光材料、光电材料、能源材料和催化剂等行业。   稀散金属在自然界中主要以分散状态赋存在有关的金属矿物中,如闪锌矿一般都富含镉、锗、镓、铟等,个别还含有铊、硒与碲;黄铜矿、黝铜矿和硫砷铜矿经常富含铊、硒及碲,个别的还富含铟与锗;方铅矿也常富含铟、铊、硒及碲;辉钼矿和斑铜矿富含铼,个别的还富含硒;黄铁矿常富含铊、镓、硒、碲等。目前,虽然已发现有近200种稀散元素矿物,但由于稀少而未富集成具有工业开采的独立矿床,迄今只发现有很少见的独立锗矿、硒矿、碲矿,但矿床规模都不大。

  我国稀散金属矿产资源比较丰富,已探明有稀散金属矿产储量的矿区:锗矿分布在11个省区,其中广东、云南、吉林、山西、四川、广西和贵州等省区的储量占全国锗总储量的96%;镓矿分布在21个省区,主要集中在山西、吉林、河南、贵州、广西和江西等省区;铟矿分布在15个省区,主要集中在云南、广西、内蒙古、青海、广东;铊矿分布在云南、广东、甘肃、湖北、广西、辽宁、湖南等7个省区;硒矿分布在18个省区,主要集中在甘肃,其次为黑龙江、广东、青海、湖北和四川等省区;碲矿分布在15个省区,主要集中在江西、广东、甘肃;铼矿分布在陕西、黑龙江、河南和湖南、湖北、辽宁、广东、贵州、江苏9个省。

  钛是一种银白色金属,密度4.5,熔点1660℃,沸点3287℃。钛的机械强度大,耐高温、耐超低温,容易加工,有良好的抗腐蚀性能,不受大气和海水的影响,在常温下不会被稀盐酸、稀硫酸、硝酸或稀碱溶液所腐蚀,只有氢氟酸、热的浓盐酸、浓硫酸才对它作用。钛的氧化物二氧化钛(钛白),具有无毒、良好的物理化学稳定性、折射指数高以及很强的白度、着色力、遮盖力、耐温性、抗粉化等特征,被称为“颜料之王”。

  钛是典型的亲石元素,常以氧化物矿物出现。地壳中含TiO2在1%以上的矿物有80余种,具有工业价值的有15种,我国主要利用的钛矿物有钛铁矿、金红石和钛磁铁矿等。钛矿石经处理后得到四氯化钛,再用镁还原而制得金属钛。

  钛原料主要用来生产钛白、金属钛(海绵钛)、含钛钢以及焊条涂料。钛白不仅是性能优异的白色颜料,而且是重要的化工原料。它广泛用于涂料、油墨、塑料、橡胶、造纸和化纤工业。钛白涂料,色彩鲜艳,色调纯正;钛白是纸张的高级填料,使纸张薄而不透明,白度高,光泽好,强度大。钛白用于塑料工业,是不透明的着色剂;用于橡胶工业,使白色和浅色橡胶强度高,伸展率大,耐老化和不易褪色。它也是化学纤维的最佳消光材料,使透明的化纤具永久性消光效果,并可提高韧性。此外,还用于搪瓷、电器、电子原料等方面。

  钛和钛合金主要用于航空和宇航部门。与合金钢相比,钛合金可使飞机重量减轻40%。其他如人造卫星外壳、飞船蒙皮、火箭发动机壳体、导弹等,钛合金都可大显身手。非宇航领域使用工业纯钛和钛合金主要在发电站冷凝器、接触海水装置、化学装置和一些机械工程等方面,尤其是海水淡化加热器用钛是钛工业发展中划时代事件。兵工部门钛主要用于舰船和兵器生产。

  金属钛除主要用于生产工业纯钛和钛合金外,另一用途是为钢铁工业生产钛铁合金和含钛钢。钛在钢中作为添加元素,可以改变钢的性能。使钢在同样回火温度下,具有更高的强度和硬度,或同样硬度要求下,回火到更高的温度。目前,我国含钛钢有高强度低合金钢、结构钢、不锈钢、耐热合金、超高强度钢和磁钢等钢种系列,广泛用于汽车、船舶和石油钻探等方面,已发展成为仅次于锰钢的第二大钢系。

  我国钛矿资源比较丰富,分布在21个省区,主要产区为四川,其次有河北、海南、广东、湖北、广西、云南、陕西、山西等。我国钛资源主要是原生钒钛磁铁矿岩矿,TiO2储量占全国钛资源TiO2总量的94.28%;其次是外生钛铁矿砂矿,TiO2储量占3.71%;第三是金红石岩矿,TiO2储量占1.52%;第四是金红石砂矿,TiO2储量占0.49%。

  根据我国原生钛磁铁矿和钛铁砂矿资源储量丰富,但分布不均,且金红石和易采选钛铁矿资源探明储量不多,以及多属原生矿和品位相对较低等特点,目前我国钛精矿(尤其金红石)和高档钛白的进口数量比较大。为确保我国钛工业的全面、协调、持续、高效发展,必须本着依据成矿地质条件、布局合理和浅富近易的找矿原则,注重易采选的富钛钛铁矿、尤其是金红石的勘查工作,提高可利用优质钛矿资源的保证程度;同时,还要着力提高我国原生钛磁铁矿石中钛铁精矿的选冶技术和综合回收能力,提高利用钛矿资源生产高钛渣和人造金红石,进而提高深加工钛白、海绵钛、钛金属、钛材的技术水平及经济指标,提高产品质量、市场竞争能力和出口创汇能力,以获得钛工业全面发展最佳的资源效益、经济效益和环境效益。

  钒是高熔点稀有金属,密度5.96,熔点1890℃,沸点3380℃,有韧性,在氢气中加热变脆,含氧和氮的钒也有脆性。钒是电的不良导体,其电导率仅为铜的十分之一。室温下,钒不与氧作用,在加热条件下被氧化成VO、V2O3、VO2、V2O5,高温下与多数非金属元素(如氮、碳、硫)发生反应。钒还能与铝、钴、铜、铁、锰、钼、镍、钯、锡、硅形成合金。钒的氧化态为 -1、+1、+2、+3、+4、+5,通常+2和+3价钒的氢氧化物呈碱性,+4和+5价钒的氢氧化物呈两性,+5价钒在不同酸度的水溶液中形成不同组成的钒酸盐。在常温下,钒有较好的抗蚀性,能耐盐酸、稀硫酸、碱溶液和海水腐蚀,但能被硝酸、氢氟酸或浓硫酸腐蚀。

  钒在地壳中常与其他元素伴生,富集成工业矿床的很少。主要分散于钒钛磁铁矿、铀矿、磷矿、铝钒土及煤炭中。钒的矿物主要有绿硫钒矿(V2S+nS)、钒云母〔K2(Mg,Fe)(Al,V)4Si12O32•4H2O〕、钒铅矿〔PbCl2•3Pb3VO4〕2〕、钒钾铀矿(K2O•2V2O3•V2O5•3H2O)等。

  钒矿的分解方法有:①酸法,用硫酸或盐酸处理后得到(VO2)2SO4或VO2Cl。②碱法,用氢氧化钠或碳酸钠与矿石熔融后得到NaVO3或Na3VO4。③氯化物焙烧法,用食盐和矿石一起焙烧得到NaVO3。

  金属钒的制取:含钒的矿物经处理后得到五氧化二钒,再将五氧化二钒用碳、硅、铝还原得到金属钒;或用金属钠、镁还原四氯化钒的方法制取金属钒。

  钒是冶金工业的重要原料。在钢铁中,钒主要是以钒铁的形式加入,主要起脱氧和脱氮的作用,同时可提高钢的强度、韧性、淬透性和回火稳定性。目前,90%的钒用作钢铁添加成分生产高强度低合金钢、高速钢、工具钢、轴承钢、耐热钢、不锈钢和铸铁等。钒还用于钛合金、钴和镍基高温合金的添加剂。V2O5广泛用作有机和无机氧化反应的催化剂,用于生产硫酸、精炼石油。钒在电子工业中可用作电子管的阴极、栅极、X射线靶、真空管加热灯丝。硅化钒和镓化钒是良好的金属间化合物超导材料。在玻璃工业,钒可用于制造吸收紫外线的玻璃,以及用于制造护目玻璃和防护屏等。

  钼是银灰色的难熔金属,密度10.2,熔点2610°C,沸点5560°C。钼在常温下很稳定,高于600℃时很快地被氧化成三氧化钼;温度高于700℃时,水蒸气能将钼氧化成二氧化钼;温度高于800℃,钼与碳及碳氢化物或一氧化碳生成碳化钼。钼可耐稀硫酸、氢氟酸、磷酸的腐蚀,但不耐硝酸、王水和氧化性熔盐的腐蚀。在常温下耐碱,但加热时则被碱腐蚀。金属钼在高温时也能保持高强度和高硬度。
  钼在地壳中的含量约为1×10-6,在岩浆岩中以花岗岩类含钼最高,达2×10-6。钼在地球化学分类中,属于过渡性的亲铁元素。在内生成矿作用中,钼主要与硫结合,生成辉钼矿。辉钼矿(MoS2)是自然界中已知的30余种含钼矿物中分布最广并具有现实工业价值的钼矿物。其他较常见的含钼矿物还有铁钼华([Fe3+(MoO4)8•8H2O]),钼酸钙矿(CaMoO4),钼铅矿(PbMoO4),胶硫钼矿(MoS2),蓝钼矿(Mo3O8•nH2O)等。
  钼主要用于钢铁工业,用作生产合金钢的添加剂,并能与钨、镍、钴、锆、钛、钒、钛、铼等组成高级合金,可提高其高温强度、耐磨性和抗腐蚀性,其中大部分是以工业氧化钼压块直接用于炼钢或铸铁,少部分熔炼成钼铁后再用于炼钢。不锈钢中加入钼能改善钢的耐腐蚀性。在铸铁中加入钼能提高铁的强度和耐磨性能。含钼18%的镍基超合金具有熔点高、密度低和热胀系数小等特性,用于制造航空和航天的各种高温部件。金属钼在电子管、晶体管和整流器等电子器件方面得到广泛应用。氧化钼和钼酸盐是化学和石油工业中的优良催化剂。二硫化钼是一种重要的润滑剂。钼和钨、铬、钒的合金钢适用于制造高速切削的刃具、军舰的甲板、坦克、枪炮、火箭、卫星等的合金构件和零部件。金属钼大量用作高温电炉的发热材料和结构材料、真空管的大型电极和栅极、半导体及电光源材料,因钼的热中子浮获截面小及具有高强度,还可用作核反应堆的结构材料。钼的化合物在颜料、染料、涂料、陶瓷玻璃、农业肥料等方面也有广泛的用途。
  我国钼矿资源比较丰富,已探明的钼矿区分布于全国29个省区,从钼矿分布区域来看,中南地区占全国钼储量的35.7%,居首位。其次是东北19.5%、西北14.9%、华东13.9%、华北12%,而西南地区仅占4%。河南储量最多,占全国钼矿总储量的29.9%,其次陕西占13.6%,吉林占13%。另外储量较多的省(区)还有山东占6.7%、河北占6.6%、江西占4%、辽宁占3.7%、内蒙古占3.6%,以上8个省区合计储量占全国钼矿总保有储量的81.1%。我国钼矿资源具有以下特点:
  (1)储量大,但品位与世界主要钼资源国美国和智利相比,显著偏低,多属低品位矿床。矿区平均品位小于0.1%的低品位矿床,其储量占总储量的65%,其中小于0.05%的占10%。中等品位(0.1%-0.2%)矿床的储量占总储量的30%,品位较富的(0.2%-0.3%)矿床的储量占总储量的4%,而品位大于0.3%的富矿储量只占总储量的1%。
  (2)品位低,但伴生有益组分多,经济价值高。据统计,钼作为单一矿产的矿床,其储量只占全国总储量的14%。作为主矿产,还伴生有其他有用组分的矿床,其储量占全国总储量的64%。与铜、钨、锡等金属共生和伴生的钼储量占全国钼储量的22%。
  (3)规模大,并且多适合于露采。据统计,储量大于10万吨的大型钼矿,其储量占全国总储量的76%,储量在1-10万吨的中型矿床,其储量占全国总储量的20%。适合于露采的钼矿床储量占全国总储量的64%。大型矿床多数可以露采,而且辉钼矿的颗粒往往比较粗大,属于易采易选型。
  钨是常用的难熔金属,密度19.35,熔点3410°C,沸点5660°C。钨的硬度大、密度高、高温强度好。常温下钨在空气中是稳定的,400℃开始失去光泽,表面形成蓝黑色致密的三氧化钨保护膜。740℃时三氧化钨由三斜晶系转变为四方晶系,保护膜被破坏。在高于600℃的水蒸气中钨氧化为二氧化钨。钨在常温下不易被酸、碱溶液和王水侵蚀,但溶解于浓硝酸和氢氟酸的混合酸。钨能被氧化性熔盐如硝酸钠等迅速腐蚀。
  钨在地壳中的平均含量为1.3×10-6,在花岗岩中含量平均为1.5×10-6。钨在自然界主要呈六价阳离子,其离子半径小,电价高,具有强极化能力,易形成络阴离子,因此钨主要以络阴离子形式[WO4]2-,与Fe2+、Mn2+、Ca2+等阳离子结合形成黑钨矿或白钨矿。钨的重要矿物均为钨酸盐,目前在地壳中仅发现有20余种钨矿物和含钨矿物,即黑钨矿族:钨锰矿、钨铁矿、黑钨矿;白钨矿族:白钨矿(钙钨矿)、钼白钨矿、铜白钨矿;钨华类矿物:钨华、水钨华、高铁钨华、钇钨华、铜钨华、水钨铝矿;不常见的钨矿物:钨铅矿、斜钨铅矿、钼钨铅矿、钨锌矿、钨铋矿、锑钨烧绿石、钛钇钍矿(含钨)、硫钨矿等。其中具有开采经济价值的只有黑钨矿(Fe、Mn)WO4和白钨矿(CaWO4)。
  钨及其合金是现代工业、国防及高新技术应用中的极为重要的功能材料之一,广泛应用于航天、原子能、船舶、汽车工业、电气工业、电子工业、化学工业等诸多领域。钨大部分用于生产硬质合金和钨铁。钨与铬、钼、钴组成的耐热耐磨合金用于制作刀具、燃气轮机叶片和燃烧管等。钨可与钽、铌、钼等组成难熔合金。钨铜和钨银合金用作电接触点材料。高密度的钨镍铜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。
  我国钨矿资源丰富,储量居世界第一位,全国已探明钨矿储量分布在21个省、自治区,其中保有储量在20万吨以上的有8个省区,依次为湖南、江西、河南、广西、福建、广东、甘肃、云南,这8个省区钨的储量占全国保有储量的91.7%。中国钨矿资源有以下特点:
(1)储量十分丰富,分布高度集中。我国已累计探明钨储量达600多万吨,而且还有很大的找矿潜力,资源前景甚为可观。钨矿储量主要集中分布于湖南、江西、河南、福建、广西、广东等6省区,合计占全国钨储量的83.4%。
(2)矿床类型较全,成矿作用多样。目前,除现代热泉沉积矿床和含钨卤水-蒸发岩矿床外,几乎世界上所有已知钨矿床成因类型在我国均有发现。按成矿温度,有汽化高温至低温的热液矿床;按成矿物质来源,有层源的层控钨矿床与来自岩源的岩控钨矿床以及多源复合矿床;按矿床产状形态类型,有各种形式的脉型、整合于沉积建造的层型、沿花岗岩体与碳酸盐质围岩接触带产出的不规则带型(夕卡岩)、沿成矿花岗岩产状形态产出的细脉-浸染岩体型等矿床;按矿物元素组合,有W-(Sn、Bi、Mo)、W-Be、W-(Cu、Pb、Zn、Ag)、W-Nb-Ta、W-Au-Sb、W-Li、W-Cu-Fe、W-REE等矿床。由于我国钨矿成矿作用多样又普遍交替出现,因而不仅形成复杂多样的矿床类型,而且常在同一矿田或矿床中,呈现多型矿床(矿体)共生的特点。
(3)矿床伴生组分多,综合利用价值大。我国许多钨矿床伴共生有益组分多达30多种。主要有锡、钼、铋、铜、铅、锌、金、银等;其次为硫、铍、锂、铌、钽、稀土、镉、铟、镓、钪、铼、砷、萤石等。在采选冶过程中综合回收这些有益组分,不仅是合理开发利用好矿产资源,也是提高矿山开采经济效益的重要途径。
(4)伴生在其他矿床中的钨储量可观。全国伴生钨储量约占总储量的25%,大部分随主矿产开发而综合回收。如云南个旧锡矿,湖北大冶有色金属公司所属铜矿山(如大冶龙角山、铜录山、封山洞等),江西铜业公司所属的铜矿山(如永平铜矿、东乡铜矿、德兴铜矿等)以及一些钼矿山等,在选矿过程中均已综合回收钨精矿,成为矿山的精矿产品之一。
(5)富矿少,贫矿多,品位低。在保有储量中,钨品位(WO3)大于0.5%的仅占20%(主要是石英脉型黑钨矿);而在白钨矿的工业储量中,品位大于0.5%的仅占2%左右。与国外相比,中国白钨矿质量处于劣势,而黑钨矿品位高、矿床大、易采易选处于优势。
(6)开发利用以黑钨矿为主,白钨矿次之。黑钨矿是中国长期以来的开采对象,但储量组成却是白钨矿居多,黑钨矿较少。白钨矿虽然储量多,但富矿少,品位低,难选矿石多,仅占钨矿产量的10%左右;而黑钨矿虽然储量比白钨矿少,但富矿多,且易采易选,占钨矿产量的90%以上。目前,许多钨矿山由于采选矿石品位低,采选成本高,因此导致矿山经济效益差。

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中原人VIP会员 VIP会员 发表于 2022-1-23 16:20:26 | 显示全部楼层   来自辽宁省
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Peterpaul彼得保罗
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威风的奥特曼。楼主 VIP会员 年费VIP会员 发表于 2022-1-23 16:27:41 | 显示全部楼层   来自山东省
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威风的奥特曼。楼主 VIP会员 年费VIP会员 发表于 2022-1-23 16:27:47 | 显示全部楼层   来自山东省
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654262293 发表于 2022-1-27 16:13:41 | 显示全部楼层   来自辽宁省
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