楠木軒

地球上的那些奇特金屬,這些金屬有什麼特性呢?

由 夏德才 發佈於 科技

金屬是具有光澤和延展性,能夠導電、導熱的物質,分為黑色金屬和有色金屬兩大類。其中,有色金屬中的金、銀和鉑族金屬(鉑、釕、銠、鈀、鋨和銥)元素,被稱作貴金屬。因在地殼中儲量很少、價格比一般金屬昂貴而得名。

奇特的金屬特性

金為黃色貴金屬。熔點1063℃,密度為每立方厘米19.30克,導電性僅次於銀。其化學性質極為穩定,不與氧作用,也不溶於酸和鹼,但溶於王水(硝酸與鹽酸1:3的混合液)及氰化鈉或氰化鉀溶液。金的延展性極好,可軋成0.00001毫米的金箔或拉成每米重量只有0.5毫克的細金絲。俗話説“真金不怕火煉”,若放在火中燒,表面仍然光彩奪目便是金,而表面因氧化而失去光彩則是別的金屬。

銀是一種白色貴金屬,熔點為960.8℃,密度為每立方厘米10.5克。其最突出的特點是具有極好導熱性、導電性、對光的反射性和很好的延展性。1克銀可拉成1800米長的細絲或軋成厚度為十萬分之一毫米的銀箔。銀是一種低毒金屬,在勞動場所,銀的允許濃度為每立方米0.01mg。過多攝入銀對肝有害,而且會使眼膜患銀皮症。

鉑族金屬中的鉑與鋨、銥、鈀、銠、釕性質相近,人們習慣以鉑作為主要代表。這種貴金屬色銀白,俗稱“白金”。熔點為1769℃,密度為每立方厘米21.45克。質軟,可鍛造、軋製和拉拔成棒、片和線。化學性質穩定,在高温下,直至熔點也不易被氧化;室温下,除王水外,幾乎不與所有化學試劑起反應。在所有易加工的材料中,鉑及其合金是最耐腐蝕的。鉑還有穩定的電阻、電阻温度係數和良好的熱電性能。在所有的礦石中,鉑族金屬總是共生,以鉑、鈀的量最大,約佔總量的90%。

頗高的應用價值

貴金屬的應用價值很高,在人類歷史的發展過程中不斷作出貢獻。金主要用於作首飾和貨幣儲備,在工業和醫學上也有應用。它可以用來製作反射紅外線的特殊濾光器、陶瓷和玻璃的着色劑。在電子、航空工業中作表面塗層、焊料、鍍層和重要零件。在宇宙航空工業中作熱控儀表、滑動和滾動元件。在人造纖維工業中用金鉑合金做噴絲頭。金還是上等的牙科材料,用來鑲補損害的牙齒。此外,金的同位素常在醫療上用作示蹤原子。

銀自古至今都和人們緊密相伴。古時候,銀及其合金大量用於製造貨幣和裝飾品。近代主要用作感光材料和電工材料,可製造各種接觸點,真空管及X射線管零件,也可作焊接電阻、永磁、測温儀表材料及軸承材料。銀基焊料有銀—銅和銀—銅—鋅等合金:銀—銦—鎘合金用於反應堆控制材料,銀—錳—鋁永磁合金可作為小型測量儀表的磁簧等,銀的鹵化物(溴化銀、氯化銀及碘化銀)是好的感光器材用料。銀還可以用作電鍍,保險絲、聚光器和熒光屏等方面。銀是細菌的天然殺手,2000多年前,人們就發現了銀有滅細菌的功能。實驗證實,在1噸水中只要有半粒米大小的銀鹽,經30分鐘後,對痢疾、傷寒、沙門氏、霍亂等各種病菌都有殺滅能力。所以,宇航、艦艇上的淨水裝置首選銀劑。近一個時期,抗菌商品很多,從牀單、內衣、襪子、地毯到電冰箱、洗衣機、電話機、廚具等等,大都選用銀來做抗菌劑。

鉑及其合金化學穩定性很高,在石油化學工業中可以用作催化劑。另外還可用來做耐腐蝕的儀表、儀器的零部件,如鉑器皿、鉑電極、

電阻温度計、鉑銥合金陀螺儀導電環、筆尖、鐘錶儀器、軸承等。在電子工業中,鉑可以用作電阻、繼電器、火花塞電極、電觸頭、熱電偶及印刷線路。鉑—鐵和鉑—鈷合金具有高磁性,可作永久磁體。鉑銠合金可作高温發熱元件,同時還是生產玻璃纖維的噴嘴和拉模的良好材料。在生產優質光學玻璃和化合物單晶拉制時,必須用鉑作容器內襯或高温反應坩堝,才能保證質量。鉑在人體溶液的作用下,通過化學反應生成的“順氯氨鉑”化合物,習慣稱之為“順鉑”。試驗證明,順鉑具有很強的抗癌能力,對於抑制癌症發展和緩解癌情有良好效果。

貧乏的藴藏儲量

黃金在地球上的儲量極少,其含量只佔地殼的十億分之五左右。主要以遊離狀態存在。按目前的年產量計算,過不了50年就會被採光。科學家們研究表明,浩瀚的大海里面黃金儲量相當豐富,全部海水中約有黃金千萬噸左右。在太空中有一個叫“巨蟹座K星”的恆星,它的黃金含量,據説是該星質量的十萬分之一,估計約有1000億噸,數字非常驚人。不過,就當前的情況來看,開採海洋和太空中的黃金還有許多問題需要解決,只能作為未來的課題來考慮。目前,南非黃金產量居世界第一,最高年產黃金曾突破1000噸大關。南非有着世界最大的黃金礦,在奧蘭治河的支流瓦爾河流域,金礦區連續排列成一個半圓形,人們把它叫做“金弧帶”。

世界上銀的儲量也不多,且集中在少數一些地區。其中,墨西哥銀礦資源豐富,儲量居世界前列,是世界首位銀生產國。至於鉑族金屬在世界上的儲量則更為稀少。早期,鉑礦來源於哥倫比亞。現已探明儲量較大的國家有:’南非儲量4500噸,俄羅斯儲量5900噸,加拿大儲量250噸:美國儲量250噸。由於把鉑族金屬從礦石中提取出來相當困難,因此,鉑族金屬的產量不大,通常以盎司計量(1盎司=28.3495克)。據統計,每年要是有1萬噸白銀和1千噸黃金進入國際市場,而鉑族金屬只有70多噸。相比之下,差距很大。

多樣的回收方法

為了盡最大可能減少對金、銀和鉑族貴金屬的消耗,科研人員採取了很多切實有效的方法,來進行加工和回收。

銀礦產出的銀較少,所以,從工業廢料(如感光材料和鍍銀器件等)中回收是銀的重要來源之一。在餐具和裝飾品中獲得的銀廢殘料中,一般含有80%或92.5%的銀。照相工業使用的銀,大約有50%殘留在定影液中。電工部門在製造電觸點的各個工藝程序中會產生一定數量的廢銀屑。電子工業鍍銀開關元件、化學工業使用的含銀催化劑、銀質設備、鍍銀器皿或管路,都有大量的銀可以回收。存檔的x射線底片和電影膠捲,其存儲期超過限定的週期後,則成為再生銀延續不斷的來源。科學家實驗發現,對含銀定影液,採用電解法可以產生純度很高的緻密粗銀,或是用化學還原法獲取含銀10%~60%的泥漿狀富集物。

英國一家公司發明了一種從鉛中提取白銀的“下部吹氧法”。採用這種方法,可以節省能源消耗成本60%以上,還可實現工藝過程的高速化。傳統方式採用的“吹灰法”,是往熔融金屬的表面吹入空氣流,使鉛氧化。由於銀不會被氧化,因而可去除鉛渣層,得到純度99%以上的白銀。但這種方法耗能大,需時較長。英國發明的新方法,不是向金屬表面吹空氣,而是使用特製的傾斜爐,從吹灰容器的下部向液體金屬吹入純氧。使用這種方法,銀的純度不會降低,但氧化處理時間比傳統方法大大縮短,耗能成本大幅度降低。據報道,這種方法雖然是以從鉛中提取銀為目的而研究的,但也適用於提取其他貴金屬。

日本橫濱金屬公司把報廢手機視為“寶貴的礦物資源”,積極採取措施從中獲取多種貴金屬。調查顯示,日本一年間報廢的手機可多達4000萬部以上,除40%被回收重新使用外,報廢手機大多被作為一般垃圾扔掉。因此,怎樣處理這些廢棄物,已成為涉及民生的環保問題。科技人員對報廢手機成分進行分析後發現,手機中的貴重金屬含量相當豐富。平均每100克手機機身中,含有14克銅、0.19克銀、0.03克金和0.01克鈀。另外,從手機鋰電池中還能回收鋰。於是,他們應用熔鍊、電解及化學提取等金屬冶煉技術,在七年時間裏,處理了大約900噸報廢手機,從中回收了金、銀、鈀等多種貴重金屬,獲得相當可觀的經濟效益。