神秘的「戰略性」金屬——鉬,看似貌不驚人,實則用途廣泛!

2021-01-14 宇宙探索百科

鉬是元素周期表上數值為42的過渡金屬元素。它的化學符號是鉬。鉬呈銀白色,堅硬而堅韌。室溫下不受空氣侵蝕,不與鹽酸或氫氟酸發生反應。

千呼萬喚始出來

在自然界中,鉬主要以輝鉬礦(MoS2)的形式存在。天然輝鉬礦是一種黑色軟礦物。雖然輝鉬礦在古代就有使用,但輝鉬礦與鉛、方鉛礦、石墨相似,很難區分。單詞「molybdos」在希臘語中是鉛的意思。在18世紀末之前,這兩種金屬都以鉬礦的名義在歐洲市場上出售。

1779年,舍勒指出鉛或石墨和鉬是兩種完全不同的物質。他發現硝酸對石墨沒有影響,但與鉬礦反應得到白色粉末;硝酸與鹼溶液一起煮沸,結晶後析出鹽。他認為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,在高溫下加熱,但它與硫共加熱,得到原始的鉬。

1782年,舍勒的好朋友、瑞典礦主埃爾莫用木炭和鉬酸的混合物與亞麻油混合,將金屬從鉬礦中分離出來,命名為鉬,元素符號mo,中國將其翻譯為鉬。它已被瑞典著名化學家貝齊裡厄斯所認識,他發現了鈰、硒、矽、鉭、釷等元素。

鉬金屬在空氣中燃燒時,會發出金黃色的光;不同氧化狀態的鉬離子有不同的顏色。直到1893年,即鉬的發現100多年後,莫森才在電爐中熔化了碳和三氧化鉬的混合物,首次獲得了含鉬92%-96%的鑄造金屬。

貌不驚人用途廣

雖然鉬的發現已有200多年的歷史,但鉬的大規模開發利用仍處於本世紀,特別是近幾十年。

鉬及鉬合金具有強度高、熱膨脹係數低、導熱性和導電性好、耐熔融玻璃、熔鹽和金屬液腐蝕性強、薄塗層耐磨性好等特點,得到了廣泛的應用。

合金鋼、不鏽鋼、工具鋼和鑄鐵是鉬的主要應用領域,其產量決定了鉬的需求量。添加鉬可以提高不鏽鋼的耐蝕性。在鑄鐵中加入鉬可以提高鑄鐵的強度和耐磨性。含鉬18%的鎳基高溫合金具有熔點高、密度低、熱膨脹係數小的特點,用於航空航天等領域製造各種高溫構件。鉬廣泛應用於電子管、電晶體、整流器等電子器件中。純鉬絲廣泛應用於高溫電爐、電火花加工和電火花線切割。鉬被用來製造無線電和X射線設備。鉬在其他合金領域和化工領域有著廣泛的應用。合金鋼中添加鉬可以提高合金鋼的彈性極限、耐蝕性和永磁性能。氧化鉬和鉬酸鹽是化工和石油工業中的優良催化劑。

二硫化鉬是航空航天和機械工業的重要潤滑劑。此外,二硫化鉬由於其獨特的抗硫性,在一定條件下可以催化一氧化碳加氫制醇。

鉬也逐漸應用於核電、新能源等領域。

鉬也是植物必需的微量元素之一。沒有它,植物就不能生存。鉬可作為農業中的微量元素肥料。

鉬存在於人體的各種組織中。成人體內銅總量為9mg,肝、腎中銅含量最高。鉬-99是鉬的放射性同位素之一,用於醫院製備鎝-99。鎝-99是一种放射性同位素,可用於內臟器官造影。用於此目的的鉬-99通常被氧化鋁粉末吸收並儲存在一個相對較小的容器中。當鉬-99衰變時,形成鎝-99。

沙場硬漢顯身手

鉬是在14世紀日本武士刀中發現的。這是鉬首次被發現用於軍事目的。1891年,法國斯奈德公司率先以鉬為合金元素生產含鉬裝甲板。他們發現鉬的密度只有鎢的一半。這樣,鉬在許多鋼合金應用中有效地取代了鎢。第一次世界大戰的爆發導致了對鎢的需求急劇增加,鎢鐵供應極為緊張。因此,鉬在許多高硬度和抗衝擊鋼中取代了鎢。鉬需求的增長促使人們對鉬的研究不斷深入。當時,科羅拉多州的克萊麥克斯礦於1918年開發並投入使用。

由於其重要性,鉬被各國政府視為戰略金屬。在20世紀初,其主要用於製造耐高溫的火箭炮和火箭炮。先進材料,如鎢合金、鉬合金,以及軍艦、火箭和先進設備的優質部件。

鉬合金是由鉬和其它元素組成的有色合金。主要合金元素為鈦、鋯、鉿、鎢和稀土元素。鉬合金具有良好的導熱性、導電性和低膨脹係數。高溫強度高(1100~1650℃),比鎢更容易加工。可作為電子管的柵極和陽極、電光源的支撐材料、壓鑄和擠壓模、太空飛行器零部件等。

第一次世界大戰結束後,鉬需求急劇下降。為了解決這一問題,有必要開發新的應用領域。很快,新型低鉬合金鋼在汽車工業中得到了認可。此後,鉬作為合金元素在鋼鐵等領域的研究和開發進入了一個新階段。

20世紀30年代末,鉬被廣泛用作工業原料。二戰後的重建再次刺激了鉬在工業領域應用的發展和研究,為許多含鉬工具鋼開闢了廣闊的市場。目前,合金鋼、不鏽鋼、工具鋼和鑄鐵仍是鉬的主要應用領域。

資源豐富待研發

鉬主要存在於地殼中的花崗巖中。鉬礦相對簡單,以硫化礦為主。

由於鉬在軍事武器中的特殊用途,世界大國將鉬列為需要戰略儲備的礦產資源。戰略礦產儲備或礦產品戰略儲備主要是指對國家安全具有戰略意義、在我國相對稀缺的礦產資源。目前,世界上已有10個國家建立了戰略礦產儲備體系。

我國鉬資源豐富,總儲量860萬噸(以鉬計),其中工業儲量約350萬噸,居世界第二位。我國鉬資源具有儲量大、分布廣、礦床大、礦體淺的特點,對全球鉬市場具有重要影響。

北美洲也有豐富的鉬資源。

與稀土相比,我國對鉬的控制更為先進,據悉,資源部正準備將鉬列為保護性開採礦產,實行開採總量管理,發布開採總量指標。這將使鉬成為繼金、鎢、錫、銻和稀土之後的第六種特殊礦物。

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