锂、铍、铌、钽矿


锂、铍、铌、钽矿分布图

锂、铍、铌、钽矿概述

    锂、铍、铌、钽是稀有金属主要品种,用途甚广。在稀有金属分类中,锂、铍为稀有轻金属;铌、钽为稀在难熔金属。
    (Li)是自然界中最轻的金属。银白色,比重0.534,熔点180,沸点1342。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)1817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Lithium1818年英国人戴维(H.Davy)通过电解碳酸锂制得小量金属锂。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。
    
锂是活泼金属,很柔软,在氧和空气中能自燃。锂也是一种重要的能源金属,它在高能锂电池、受控热核反应中的应用使锂成为解决人类长期能源供给的重要原料。锂工业的发展和军事工业的发展密切相关。50年代,由于研制氢弹需要提取核聚变用同位素6Li,因而锂工业得到了迅速发展,锂则成为生产氢弹、中子弹、质子弹的重要原料。锂的化合物还广泛用于玻璃陶瓷工业、炼铝工业、锂基润滑脂以及空调、医药、有机合成等工业。
    
(Be)是钢灰色轻金属。比重1.848,熔点1287,沸点2470,具有良好的耐腐蚀性和高温强度,导热率好,γ射线透射性好等性能。1798年法国化学家沃克兰(L.N.Vauquelin)发现铍的氧化物。1829年,德国化学家沃勒(F.Wo¨hler)和法国化学家比西(A.B.Bussy)各自用钾还原氯化铍的方法,分别制得单质的铍。沃勒将它命名为beryllium(Be),而比西则命名为glucinium(Gl)1957年才由国际纯粉化学与应用化学联合会(IUPAC)按前者定名。1898年法国人勒博(P.Lebeau)用电解氟化钠-氟铍酸钠熔体的方法制得小颗粒的铍。
    
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,如利用铍能使中子增殖作试验反应堆的反射层、减速剂和核武器部件等;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、天线等。
    (Nb)、钽(Ta)属难熔稀有金属,钢灰色,具有比重大(8.6、钽16.6)、熔点高(2467、钽2980)、沸点高(4740、钽5370)、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。铌和钽在元素周期表中同属一族,性质很相似,它们在自然界中共生在一起,赋存在铌、钽酸盐类矿物中。化学家们在19世纪初也正是从铌铁矿(钶铁矿)-钽铁矿系列矿物中发现了铌、钽这两个元素。
   
1801年英国化学家哈奇特(C.Hatchett)在分析矿石时发现了一种新元素,命名为Columbium(钶),这个矿石也就称为Columbite(钶矿,现称为钶铁矿,即铌铁矿)。1844年德国化学家罗瑟(H.Rose)宣称他发现了一种“新”元素,因其性质和钽(tantalum)相似,在自然界和钽共生,钽是按希腊神话人物Tantalus(坦塔罗斯)命名的,于是就按Tantalus女儿Niobe的名字命名为Niobium(铌)。1866年确定钶和铌是同一个元素,这样在很长的一段时间里,同一元素出现了两种不同的名称,在美国采用钶,元素符号定为Cb;而在欧洲则用铌,元素符号定为Nb,直到1951年国际纯粉化学与应用化学联合会(IUPAC)决定将其名称统一为niobium(铌),但有些国家仍沿用Columbium(钶),如在一些美国的有关化学书籍中还看到Cb(钶)。
    钽是由瑞典化学家爱克柏格(A.G.Ekeberg)1802年发现的。他是从芬基米托(Kimito)地方出产的一种矿石里分析出一种新金属,按希腊神话中的英雄人物Tantalus(坦塔罗斯)的名字命名为tantalum(),因为这种新金属具有英雄的特征,能够抵抗多种酸的侵蚀。
    
铌、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。铌具有细化钢中晶粒的能力,广泛用于钢铁工业、电子工业、航天航空、原子能、海洋开发等领域,主要用作合金钢的添加剂、超导材料、高温合金、氧化物单晶、陶瓷电容器等。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,制电容器是钽的最重要用途,70年代末的用量占钽总用量2/3以上。用钽制的抗腐蚀设备用于生产强酸、溴、氨等化学工业。金属钽可作飞机发动机的燃烧室的结构材料等。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以及控制和调节装备的零件等。钽易加工成型,在高温真空炉中作支撑附件、热屏蔽、加热器和散热片等。钽还可作骨科和外科手术材料。碳化钽用于制造硬质合金。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。氧化钽用于制造高级光学玻璃和催化剂。(化学元素符号锂Li、铍Be、铌Nb、钽Ta