常用的主要工业原料
贵重的金矿天然产出的金矿有山金和砂金两大类。每300吨的石头里才有平均约一克的黄金。黄金的化学性质极为稳定,即使深埋在地下数千年都不会发生任何形式的变化。黄金质地软。一克纯金可将其拉成长25公里的丝,比蜘蛛丝还细的金丝,可在高级电子仪器、电子计算机里作集成电路的导线。宇航员面罩上的望玻璃镀上一层薄金,能防止紫外线辐射的损伤。由于黄金卓越的性能加之其贮藏量小,不易大规模开采,所以这就使得黄金“身价百倍”,在国际市场上被作为金属货币使用。国际上用“K”表示黄金的成色,12K是含金50%的合金,24K则是指含金量达到99.99%。这已是达到了含金量的最高标准了,由此可见,的确是“金无足赤”。
目前已探明的含金矿物有25种,其中主要的是以单质形式产出的自然金,有的为头发丝,芝麻般大小,而有的则重达几公斤甚至几十公斤,可称得上是罕世之宝了。当今世界产金大国要数南非、俄罗斯、美国、加拿大、澳大利亚和中国。我国除上海市外,各省、市、自治区都有金矿点。山东招远、掖县、台湾金瓜山产山金,黑龙江、金沙江等的河沙中产砂金。
金矿的“姊妹”——银矿在自然界里,银和金常以“姊妹矿”形式产出。当金矿物中银的含量达10%——15%时,叫金银矿;银含量超过金含量的矿物称银金矿。许多金矿既产金又产银。
银矿物有10多种,常见的有铅灰色辉银矿(硫化银)和发丝状自然银。银呈金属光泽,条痕银灰色,比同体积的水重10倍。
银是传热、导电的良好材料,多用于制造电子仪器和发电设备的零件,同时还可用于制造摄影感光材料,如电影胶卷及照相纸等,一两银子制成的照相胶卷,可供拍摄2000张照片。
蒙古族牧民常用银碗盛马奶,长久都不会变质,因为银具有极强的杀菌能力,3克银粉足以杀死50克水里的细菌而人畜饮用后完全无害。
世界主要产银国有墨西哥、秘鲁、美国、加拿大、中国,年产均在千吨以上,其中墨西哥的银产量居世界之首。
“工业黄金”——铜矿铜在地壳中的含量只有十万分之七,然而在人类从石器时代进入青铜器时代之后,铜就广泛地被用于铸造各种器物,如商代的司母戊大方鼎就是用铜制成的。这是因为铜矿床所在的地表往往存在一些纯度达99%以上的紫红色自然铜。它质软,富有延展性,稍加打磨便可加工成工具和生活用品。
目前已发现的含铜矿物有280多种,主要的只有16种。除自然铜之外,还有黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿、铜蓝和黝铜矿等。我国开采的主要是黄铜矿,其次是辉铜矿和斑铜矿。铜矿有各种各样的颜色,斑铜矿呈暗铜红色,辉铜矿呈铅灰色;铜蓝呈靛蓝色;黝铜矿是钢灰色。
全世界探明的铜矿储量约6亿多吨,储量最多的国家是智利,约占世界总储量的三分之一,那里有座名为“特尼恩特”的大铜矿,它是目前世界上最大的地下开采铜矿,年产铜锭30万吨。我国也有不少着名的铜矿,如江西德兴、安徽铜陵、山西中条山、甘肃白银厂、云南东川、西藏玉龙等。
在金属王国里,铜的导电性仅次于银。铜矿比银矿多且价格便宜,当今世界有一半以上的铜被用于电力和电讯工业。
钢铁工业的支柱——铁矿人类认识铁的历史比铜更早,但是由于铁的熔点(1535℃)比铜要高500℃,冶炼难度大,因而在人类发展史上,铁器时代要比青铜器时代晚。
铁在地壳中的含量为4.75%,比铜高出600倍,因此,铁矿比其他有色金属的使用范围都广。
构成铁矿床的含铁矿物主要有磁铁矿、赤铁矿、镜铁矿、菱铁矿、褐铁矿和针铁矿。用来炼铁的矿物主要以含铁量较高的赤铁矿和磁铁矿为主。
全世界已探明的铁矿石储量有2000多亿吨。俄罗斯的铁矿储量和产量均居世界首位。另外,加拿大、巴西、澳大利亚、印度、美国、法国及瑞典等国的铁矿储量也较多。我国的铁矿储量也相当可观,主要分布于辽宁的鞍山、河北的迁安和宣化、长江中下游,四川的攀枝花等地。
用铁矿石炼出来的铁,工业上以含碳量的多少分为生铁(含碳1.7——4.5%)、熟铁(含碳0.1以下)和钢(含碳0.1——1.7%)三种。在我们使用的各类金属中,钢铁占90%以上。因此钢铁不仅是一个国家工业的支柱,同时,钢铁的产量也是一个国家工业水平和国防实力的标志。
钢铁的保护神-锡远在铁被发现以前,人们便发现了锡矿,原因是锡的熔点只有232℃,经高温还原很容易从锡矿石中得到金属锡。锡在地壳中的含量只有0.004%,目前已发现的含锡矿物有50余种,其中具有工业意义的只有5种,而以锡石最为重要,它是最主要的锡矿。
我们常见的锡叫白锡。锡非常怕冷,常温下,白锡的晶体是稳定的,但如果温度低于-18℃,锡的体积开始膨大,随着温度降到-33℃时,锡块会在一夜之间变成粉末。锡也很怕热,温度升高到161℃以上,白锡又会转变成脆锡。但锡有一种很大的本领,它能保护铁不受腐蚀。让铁皮穿上一件“锡衣”,就成了马口铁,而马口铁最大的用途是制造罐头,所以人们称锡为“罐头金属”。
我国锡矿的储量占世界首位,主要产于云南、贵州、广西、广东等地,世界上产锡较多的国家还有马来西亚、泰国、印度尼西亚等地。
性能卓越的“空间金属”——钛矿钛是一种银白色的金属。1795年,德国化学家克拉普洛特继英国科学家格里格尔发现了钛以后,在一种红色矿石中又发现了这种金属,他借用希腊神话中大地之子“泰坦”的名字,给这种金属命名为“钛”。黄金的熔点已经很高了,但钛的熔点比黄金还高出600多摄氏度。
钛比钢铁还要坚硬,而重量却只是钢铁的一半,并且不受任何强酸的腐蚀。正因为钛强度大,重量较轻、抗腐蚀,既耐低温又抗高温,所以有着广泛的用途,它成了制造宇宙飞船、航天飞机、火箭以及人造卫星理想的“空间金属”材料。
钛在地壳中的含量为0.64%,仅次于铁、镁、铝而占第4位,比铜、锡、锰、锌的总和还要多好几倍。我国的钛矿储量与锡矿一样,居世界首位。四川攀枝花的钛矿储量占全国的92.7%,是罕世的大钛矿。
怪异的银白色金属——锑矿一般的金属,往往都是遇热时体积膨胀,遇冷时体积缩小,而锑这种金属却恰恰相反,是热缩冷胀,真是一种怪异的金属。
锑在地壳中的含量约为地壳总重量的0.0001%。自然界中有纯度为100%的天然锑。锑的主要工业矿物为辉锑矿,辉锑矿的晶体呈长柱状,柱面呈纵条纹状,比同体积的水重约4.6倍,硬度不大,略硬于指甲,熔点为630.5℃。
冶炼出来的锑是一种银白色的脆性金属,广泛应用在化学工业、电气工业和医药上,锑的合金多用来制造铅字、轴承等,兵工厂在铅里加入10%——20%的锑后,使铅的硬度加大,用来制造枪弹。
我国锑矿的储量为世界总储量的二分之一,约为200多万吨,湖南、甘肃、贵州、广西等地均有丰富的锑矿资源。
被称为“恶魔”金属的镍镍是银白色的金属,但它名字中的本意却是“恶魔”。在很久以前,法国人找到了一种红色的矿石,却怎么也炼不出铜来,他们认为这是魔鬼的矿石,称之为鬼铜。原来这种矿石中就含有镍。镍特别能耐高温,温度达1500℃才能溶化,所以可以用镍铬合金造电炉丝,造喷气式飞机、火箭、宇宙飞船、原子反应堆的耐高温零件。镍还是其它金属的“佐料”,可引起性质的很大变化。镍钢有抗腐蚀性,可制船舶、管道、仪器。镍还可制造永久性磁化材料,但镍铁以3:1比例制成的合金,磁化和消磁都很容易,而含镍20%的钢材却不能被磁铁所吸引。
镍在地球蕴藏量很少,但作用很大,所以更显得重要珍贵。
“会飞”的金属——铝100多年前,法国统帅拿破仑三世制了顶铝盔,以显其高贵的身价。现在的铝制品却随处可见,铝锅、铝壶等人们已习以为常,但是铝最重要的用途还在于工业,铝的比重仅是铜的三分之一,所以现代飞机的70%是用铝及合金制造的,铝与航空工业结下了不解之缘,被称为“会飞”的金属。铝导电性不如铜,但它重量轻,价格廉,同样重量的电线铝导电是铜的两倍。铝也被大量用于电力工业。铝合金硬度大,可用于代替钢材、木材、水泥等,航空母舰、汽车使用铝材可大大减轻自身重量,多拉快跑,还可用于太阳能电站、卫星电视天线等。
含多种元素的特种矿产——锰结核1873年,一艘英国探海调查船在环球海洋考查中,发现了一块乌黑发亮的小石头。通过化学分析,发现它内含锰、铁、镍、钴、铜等三、四十种元素,因其中含锰的比例量大而得名锰结核。但当时并未引起重视。
近几十年来,由于陆地资源日益紧缺,人们把注意力转向海洋,洋底的锰结核的开发利用终于被旧事重提。
有锰结核的洋底,每平方米少则二、三公斤,多则上百公斤,有人估计太平洋洋底就有1万亿吨。锰结核是采之不尽、用之不竭的再生矿床,它仍以每年1000万吨的速度在自行增长。
锰结核包含多种物资,必将引起资源争夺。美国已用20万吨级的采矿船,用自动控制的设备采集南太平洋底的锰结核。我国的海洋调查船已于1979年开始采集南太平洋的锰结核样品,后来又在太平洋圈定10万平方公里的远景矿区,为研究、开发和利用海底宝藏提供了宝贵资料。
并非是“土”的稀土1789年,在瑞典发现了一块石头,经分析发现38%都是不知名的元素,因看它像土,人们就称其为“稀土”。其实稀土不是土,而是有17个成员的金属大家族,如镧、铈、钪、钇等,是宝贵的稀有金属。
稀土各元素的独特性质,如催化性质、光学性质、磁性和核性质,决定了它们的不同用途,被誉为现代工业的“维生素”。如掺少量稀土元素的铝合金,强度可提高73%;加稀土的铁锅,从600℃骤冷,也不会炸裂……全世界已探明稀土氧化物储量约5000万吨,其中,中国约占世界总储量的80%。内蒙古的白云鄂博是着名的稀土矿。另外,还主要产于美国、印度、俄罗斯、南非等国。
被誉为“光明使者”钨矿在世界探明的钨矿储量中,中国居世界首位,是国外30多个国家总储量的3倍多。中国江西大庾,是世界着名的“钨都”。另外的主要产钨国是美国和加拿大。
钨矿床一般伴随着花岗质岩浆活动而形成,它在地壳中的含量为0.001%。世界钨的年产量中,65%是黑钨矿,35%是白坞矿。黑坞矿的化学成分是钨酸铁锰,晶体板状或板状,为褐黑至黑色,半金属光泽或树脂状光泽,硬度与小刀差不多。白钨矿又称钨酸钙矿,灰白色,油脂光泽,小刀可以刻动,与石英有些相似,但比石英软,却比石英重两倍多。国外在1906年就研究成功以钨丝作电灯泡中的发光灯丝。世界80%的钨用于优质钢冶炼;15%生产硬质钢,可用于制造枪械,火箭推进器的喷嘴,切削金属等。
没有电阻的超导体1911年,荷兰的一位科学家做了一个实验:将水银冷却到零下40℃,使它凝固成一条线,再降温到-269℃时,在水银线上通几毫安电流,竟测不到两端的电压。原来,水银在这个温度下,电阻突然消失了。我们把这种当温度降到一定数值时,电阻突然降为零的现象称为超导现象,有超导性能的材料叫超导体。超导体出现超导现象时,可使磁性物质(如永久磁铁)飘然升起,悬空不动,这就是超导材料的抗磁本领或称磁悬浮性。利用这种磁悬浮性,可以制造磁悬浮列车,使列车速度达到每小时550千米,可以说列车沿着地面,悬浮在轨道上“飞”跑。磁浮列车的发展,将使地面交通发生革命性的变化,它具有速度快、无噪音、无污染、成本低的优点。越来越受到人们的喜爱。世界上一些发达国家已使用了磁浮列车,象日本、美国、英国等国家。中国近年,也在不断努力,磁浮列车正在试行阶段,这标志着我国交通史上的一次伟大转折。过去,由于超导性要在很低的温度下才能实现,使它的应用范围受到限制,如今,科技的发展,人们把变超导现象的温度翻一番,实现了用液氮来作冷却剂,拓宽了超导的应用范围。现在,科学家正在研制室温超导体,一旦成功,就可在自然温度条件下,产生超导效应为人类服务了。
物美价廉的人造纤维棉花、麻、丝等原料来自于动植物,是天然纤维。但现在漂亮的纺织品却是由人造纤维制的,人造纤维是用木材、甘蔗渣、芦苇等植物纤维作原料,通过水解、蒸煮、漂白,制成纯净的纤维素,然后用氢氧化钠、二硫化碳处理而成“粘胶液”,最后通过许多微细的小孔,喷射到含硫酸等的溶液中,凝固成人造再生纤维。人造纤维可以织出漂亮的人造丝绸缎,也可制成像棉花一样的粘胶短纤维,人称“人造棉”,能织出花色鲜艳的人造棉布和同合成纤维混纺的织物;再短的像羊毛一样粗细的,称为“人造毛”,作纺织物的装饰,别具一格,并且人造纤维的吸水性比较好,穿在身上不会感到闷。再有人造纤维成本低,物美价廉,很受人们的喜爱。
非金属矿产能织成衣服的石头——石棉相传,东汉大将军梁冀得到了一件“仙衣”。
在一次酒宴上,不慎将“仙衣”弄上了油污,宾客们都替他惋惜。但他却叫来家人拿出一盆火,告诉众人要用火洗衣,便将“仙衣”投入火盆中。众人都认为此衣肯定被火烧坏了,但梁冀从火中拿出被火“洗”得干干净净的“仙衣”时,宾客们惊叹不已。这就是我国历史上轰动一时的稀世之宝——“火浣布”。其实,这所谓的“仙衣”就是用石棉织成的衣服。
石棉具有隔热、保温、耐酸、绝缘、防腐等性能,所以它不怕火烧,也不怕酸碱的腐蚀,还能隔音。石棉是可分裂成富有弹性的纤状硅酸盐矿物的总称。它分为两种,一种称为温石棉,飞机、坦克、潜水艇中的隔热装置和隔音材料用的就是它。另一种叫角闪石石棉,它有五个家庭成员:蓝石棉、透闪石石棉、铁石棉和阳起石石棉、及直闪石石棉。其中蓝石棉具有防化学毒物和净化放射性微粒污染空气的能力,被用于原子核反应堆的过滤器。
中国的青海、新疆、四川、甘肃、陕西、湖北、辽宁等省都产石棉。
有“千层纸”之称的云母云母有着很奇特的结构,有的叠得像书本似的,用小刀可以把它们一层层剥成薄片。它具有玻璃样的光泽,所以有的地方叫它“玻璃纸”。云母在烈火中烧不焦,长久埋在地下也不腐烂。它实际上是钾、铝、镁、铁、锂等层状结构的铝硅酸盐矿物。它的家庭中有白云母、黑云母、金云母、锂云母等等,广泛分布于岩浆岩、沉积岩和变质岩中。
白云母可作中药,具有明目、止痢、补肾冷、安五脏、除死肌等功效。到了十九世纪,云母作为一种绝缘材料,在电子、电气工业中被广泛使用,例如电熨斗、电烤箱、电吹风、电饭煲、电热杯等都用云母制品作绝缘材料和支架。
我国云母矿大都处于高山区,新疆阿尔泰山是世界白云母的着名产地,四川也有部分分布。