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神秘的戰(zhàn)略金屬——鉬

2018-01-22 09:31:12  3190 次瀏覽

鉬,是元素周期表上序號為42的一種過渡金屬元素,它的化學符號是Mo。鉬金屬呈銀白色,硬而堅韌。它在常溫下不受空氣的侵蝕,跟鹽酸或氫氟酸不起反應。

千呼萬喚始出來

自然界中,鉬主要以礦物輝鉬礦(MoS2)形式存在。天然輝鉬礦是一種軟的黑色礦物,盡管輝鉬礦在古代就得到了應用,但輝鉬礦和鉛、方鉛礦及石墨都很相似,不易區(qū)分?!癿olybdos”這個詞在希臘文里就是鉛的意思。18世紀末以前,歐洲市場上兩者都以molybadenite(鉛的古希臘名)名義出售。

1779年,舍勒(瑞典化學家,氧氣的發(fā)現(xiàn)人之一)指出,鉛或石墨與molybadenite是兩種完全不同的物質。他發(fā)現(xiàn),硝酸對石墨沒有影響,而與molybadenite反應,獲得一種白色粉末;將它與堿溶液共同煮沸,結晶后析出一種鹽。他認為,這種白色粉末是一種金屬氧化物(實際上是氧化鉬);它與木炭混合經(jīng)高溫加熱后沒有獲得金屬,但與硫共熱后得到原來的molybadenite。

1782年,舍勒的好友、瑞典礦場主埃爾摩(又譯作耶爾姆)用亞麻籽油調過的木炭和鉬酸混合物密閉灼燒,從molybadenite中分離出金屬,命名為molybdenum,元素符號定為Mo。中國將其譯成“鉬”。它得到了曾發(fā)現(xiàn)鈰、硒、硅、鉭、釷等元素的瑞典化學家貝齊里烏斯的承認。

鉬金屬在空氣中灼燒,會放出金黃色光芒;不同氧化態(tài)的鉬離子有不同的顏色。直到鉬被發(fā)現(xiàn)100多年后的1893年,M.莫思森才在電爐里熔煉炭和三氧化鉬的混合物,首次獲得含鉬92%~96%的鑄態(tài)金屬。

貌不驚人用途廣

鉬的發(fā)現(xiàn)雖然已有200多年歷史,但大規(guī)模開發(fā)利用還是本世紀尤其近幾十年的事。

鉬及鉬合金的用途十分廣泛,這是因為它有許多特性,如強度高,熱膨脹系數(shù)低,優(yōu)良的導熱與導電性能,對熔融玻璃、熔鹽及熔融金屬有較高的防腐性,還可提高薄涂料的耐磨性。

合金鋼、不銹鋼、工具鋼及鑄鐵是鉬的主要應用領域,其生產(chǎn)量決定著鉬的需求。不銹鋼中加入鉬,能改善鋼的耐腐蝕性。在鑄鐵中加入鉬,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、密度低和熱脹系數(shù)小等特性,用于制造航空和航天領域的各種高溫部件。金屬鉬在電子管、晶體管和整流器等電子器件方面得到廣泛應用。純鉬絲用于高溫電爐和電火花加工以及線切割加工。鉬片用來制造無線電器材和X射線器材。鉬在其他合金領域及化工領域的應用也不斷擴大。合金鋼中加鉬,可以提高材料彈性極限、抗腐蝕性能以及保持磁性等。氧化鉬和鉬酸鹽是化學和石油工業(yè)中的優(yōu)良催化劑。

二硫化鉬是一種重要的潤滑劑,用于航天和機械工業(yè)領域。除此之外,二硫化鉬因其獨特的抗硫性質,可以在一定條件下催化一氧化碳加氫制取醇類物質,是很有前景的化學催化劑。

鉬金屬還逐步應用于核電、新能源等領域。

鉬也是植物所必需的微量元素之一,沒有它,植物就無法生存。鉬在農(nóng)業(yè)上可用作微量元素化肥。

人體各種組織都含鉬,成人體內銅的總量為9毫克,以肝、腎中含量。鉬-99是鉬的放射性同位素之一,在醫(yī)院里用于制備锝-99。锝-99是一種放射性同位素,病人服用后可用于內臟器官造影。用于該種用途的鉬-99通常用氧化鋁粉吸收后存儲在相對較小的容器中,當鉬-99衰變時生成锝-99。

沙場硬漢顯身手

人們曾在14世紀的一把日本武士劍中發(fā)現(xiàn)含有鉬,這是鉬早發(fā)現(xiàn)被應用于軍事用途。1891年,法國斯奈德公司率先把鉬作為合金元素生產(chǎn)了含鉬裝甲板。他們發(fā)現(xiàn),鉬的密度僅是鎢的一半。這樣一來,在許多鋼鐵合金應用領域,鉬有效取代了鎢。次世界大戰(zhàn)的爆發(fā),導致了鎢需求量的劇增和鎢鐵供應的極度緊張,鉬由此在許多高硬度和耐沖擊鋼中取代了鎢。鉬需求的增長促使了人們對鉬的深入研究。當時,美國科羅拉多州的大型礦山克萊麥克斯礦隨之開發(fā),并于1918年投產(chǎn)。

因為鉬的重要性,各國政府視其為戰(zhàn)略性金屬。由于其耐高溫燒蝕,鉬在20世紀初被大量應用于制造武器裝備,主要用于火炮內膛、火箭噴口的制造?,F(xiàn)代高、精、尖裝備對材料的要求更高,如鉬和鎢、鉻、釩的合金用于制造軍艦、火箭、衛(wèi)星的合金構件和零部件。

鉬合金是以鉬為基體加入其他元素而構成的有色合金,主要合金元素有鈦、鋯、鉿、鎢及稀土元素。鉬合金有良好的導熱、導電性和較低的膨脹系數(shù),在高溫下(1100~1650℃)有較高強度,比鎢容易加工,可用作電子管的柵極和陽極、電光源的支撐材料以及用于制作壓鑄和擠壓模具、航天器的零部件等。

次世界大戰(zhàn)的結束導致了鉬需求銳減。要解決這個問題,就得開發(fā)新的應用領域。不久,新型低鉬合金鋼在汽車工業(yè)生產(chǎn)中得到了認可。從此,鉬作為合金元素在鋼鐵和其他領域的開發(fā)研究進入了一個新的階段。

20世紀30年代末,鉬已經(jīng)是被廣泛使用的工業(yè)原料?!岸?zhàn)”戰(zhàn)后重建,再一次刺激了人們對鉬在工業(yè)領域應用的開發(fā)與研究,給許多含鉬工具鋼的應用開辟了廣闊的市場。如今,合金鋼、不銹鋼、工具鋼及鑄鐵依然是鉬的主要應用領域。

資源豐富待研發(fā)

鉬在地殼中主要存在于花崗巖類巖石中,鉬礦石比較單一,主要是硫化礦石。

由于鉬在軍工武器方面的特殊用途,世界強國紛紛把鉬列為需要實行戰(zhàn)略儲備的礦產(chǎn)資源。戰(zhàn)略礦產(chǎn)儲備或礦產(chǎn)品戰(zhàn)略儲備,主要是針對那些對國家有戰(zhàn)略意義、國內又相對稀缺的礦種所建立的儲備。目前,世界上有10個國家建立有戰(zhàn)略礦產(chǎn)儲備制度。

我國是鉬礦資源豐富國家,總儲量達860萬噸(以鉬量計),其中,工業(yè)儲量約350萬噸,居世界第二位。我國鉬礦資源具有儲量大、分布廣、大型礦床多、礦體埋藏淺等特點,對全球的鉬市場有重要影響。

美國是世界第二大鉬資源國。智利、加拿大、俄羅斯和亞美尼亞也是鉬資源較為豐富的國家。

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