鉬的應用及發(fā)展
時間：2019-06-27
鉬的應用及其發(fā)展
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編輯鉬與鎢一樣是一種難熔稀有金屬。自1778年瑞典科學家C.W.SCHEELE發(fā)現(xiàn)鉬元素之后，經(jīng)過十余年努力M.MOISSAN才用電爐制得金屬鉬，使人類第一次得到這種具有許多優(yōu)良物理化學和機械性能的金屬。鉬的熔點為2620℃，由于原子間結合力極強，所以在常溫和高溫下強度都很高。它的膨脹系數(shù)小，導電率大，導熱性能好。在常溫下不與鹽酸、氫氟酸及堿溶液反應，僅溶于硝酸、王水或濃硫酸之中，對大多數(shù)液態(tài)金屬、非金屬熔渣和熔融玻璃亦相當穩(wěn)定。因此，鉬及其合金在冶金、農(nóng)業(yè)、電氣、化工、環(huán)保和宇航等重要部門有著廣泛的應用和良好的前景，成為國民經(jīng)濟中一種重要的原料和不可替代的戰(zhàn)略物質。鉬在地球上的蘊藏量較少，其含量僅占地殼重量的0.001%，鉬礦總儲量約為1500萬噸，主要分布在美國、中國、智利、俄羅斯、加拿大等國。我國已探明的鉬金屬儲量為172萬噸，基礎儲量為343萬噸，僅次于美國而居世界第二位。鉬礦集中分布在陜西、河南、吉林和遼寧等四省。世界上金屬儲量在50萬噸以上的特大型鉬礦共有六個，我國的河南欒川、吉林大黑山和陜西金堆城三大鉬礦榜上有名。豐富的鉬資源，為我國發(fā)展鉬的冶煉和加工，大力推廣鉬的應用，提供了極為有利的條件和堅實的基礎。近年來，我國鉬的開采、冶煉和加工得到了迅速的發(fā)展。據(jù)資料介紹，2001年我國實際生產(chǎn)鉬精礦72000噸，氧化鉬33000噸，鉬鐵7600噸，各類鉬酸銨9500噸，鉬條1183噸，鉬板坯1200噸，鉬板材150噸，鉬圓片40余噸，鉬頂頭及其他異型制品約50噸，電光源行業(yè)及機械加工鉬絲31.5億米，還有潤滑劑、催化劑、顏料等化工產(chǎn)品數(shù)百噸。不僅如此，我國在世界鉬市場中占有舉足輕重的地位，據(jù)海關統(tǒng)計，2001年我國出口鉬礦焙砂、鉬酸鹽、鉬鐵及其他鉬制品70274噸之多，創(chuàng)匯達2.62億美元。鉬的消費形式以工業(yè)三氧化鉬為主，約占70%，鉬鐵約占20%，金屬鉬和鉬化學制品各占5%。其應用領域和分配比例大概如下：鋼鐵冶煉消費約占80%（其中合金鋼約為43%，不銹鋼約為23%，工具鋼和高速鋼約8%，鑄鐵和軋輥約為6%），化工產(chǎn)品約占10%，金屬鉬制品消費約占6%，高溫高強度合金和特殊合金約占3%，其他鉬制品約為1%。由上可見鋼鐵工業(yè)的發(fā)展對鉬的消費起著決定性的作用，但隨著科學技術的發(fā)展，鉬在高科技和其他領域的應用將會不斷地擴大和發(fā)展。 鋼鐵工業(yè)：根據(jù)世界各國鉬消費統(tǒng)計，鉬在鋼鐵工業(yè)中的應用仍然占據(jù)著最主要的位置。鉬作為鋼的合金化元素，可以提高鋼的強度，特別是高溫強度和韌性；提高鋼在酸堿溶液和液態(tài)金屬中的抗蝕性；提高鋼的耐磨性和改善淬透性、焊接性和耐熱性。鉬是一種良好的形成碳化物的元素，在煉鋼的過程中不氧化，可單獨使用也可與其他合金元素共同使用。特殊鋼的耗鉬量在有規(guī)律地增長，每噸特殊鋼的鉬消耗量已達到0.201公斤的水平。
鉬與鉻、鎳、錳和硅等可制造不同類型的不銹鋼、工具鋼、高速鋼和合金鋼等。所制成的不銹鋼有良好的耐腐蝕性能，可用于石油開采的耐腐蝕鋼管，一種加鉬約6%的不銹鋼還可取代鈦用于海水淡化裝置、
遠洋船舶、海上石油及天然氣開采管道。這類不銹鋼還可以用于汽車外殼、污水處理設備等。含鉬工具鋼的效率是鎢工具的兩倍，性能優(yōu)良，成本低廉且重量較輕。鉬系列高速鋼具有碳化物不均勻性、耐磨、韌性好、高溫塑性強等優(yōu)點，適用于制造成型刀具。含鉬合金鋼可用于制造機床結構部件，工業(yè)車輛和推土設備。在軋制狀態(tài)下有微細珠光體組織的含鉬合金鋼，是鐵軌和橋梁建設中的重要鋼材。
鉬作為鐵的合金添加劑，有助于形成完全珠光體的基體，能改善鑄鐵的強度和韌性，提高大型鑄件組織的均勻性，還可以提高熱處理鑄件的可淬性。含鉬灰口鑄鐵具有很好的耐磨性，可作重型車輛的閘輪和剎車片等。
農(nóng)用肥料：鉬是植物體內(nèi)必須的“微量元素”之一，約占植物干物量的0.5ppm左右，是不可缺少和不可替代的。近年來國內(nèi)外廣泛地采用鉬酸銨作為微量元素肥料，能顯著地提高豆類植物、牧草及其他作物的質量和產(chǎn)量。這主要是鉬能促進根瘤菌和其他固氮生物對空氣中氮的固定，并將氮元素進一步轉化成植物所需的蛋白質。鉬也能促進植物對磷的吸收和在植物體內(nèi)發(fā)揮其作用。鉬還能加快植物體內(nèi)醣類的形成與轉化，提高植物葉綠素的含量與穩(wěn)定性，提高維生素丙的含量。不僅如此，鉬還能提高植物的抗旱抗寒能力以及抗病性。
施用鉬肥的特點是用量少，收效大，成本低，是提高農(nóng)業(yè)收成特別是使大豆豐收的一項重要措施。鉬在農(nóng)業(yè)上的廣泛應用，也為我國鉬生產(chǎn)工廠的廢水、廢渣及低品位礦的綜合利用，開辟了一條新的途徑。電子電氣鉬有良好的導電和高溫性能，特別是與玻璃的熱膨脹系數(shù)極其相近，廣泛地用于制造燈泡中螺旋燈絲的芯線、引出線、掛鉤、支架、邊桿及其他部件，在電子管中做柵極和陽極支撐材料。在超大型集成電路中鉬用作金屬氧化物半導體柵極，把集成電路安裝在鉬上可以消除“雙金屬效應”。超薄型無縫鉬管（約15μm）可用作高清晰度電視機顯象管的陽極支架，這種電視機的圖象掃描線達1125條，比一般的電視機提高2倍。鉬圓片還可作功率晶體管隔熱屏和硅整流器的基板和散熱片。 在現(xiàn)代電子工業(yè)中除使用純鉬外，Mo-Re合金可作電子管和特種燈泡的結構材料，Mo-50Re和TZM合金還可作高功率微波管和毫米波管中的熱離子陰極結構元件，其工作溫度可達到1200℃，電流密度可達10安培/厘米2。作為引出線的的純鉬絲再結晶溫度低，在高溫下易出現(xiàn)脆化，影響使用壽命，近年來，有人研制出添加Si、k和C等元素，以提高再結晶溫度，生產(chǎn)出“高溫鉬絲”。采取在氧化鉬生產(chǎn)過程中添加稀土元素釔、鈰、鑭等，更能有效地提高再結晶溫度，克服材料高溫脆化問題。含0.1-0.3%鋯、0.1%鈧的鉬絲，在1200℃氮化處理，使鈧彌散到整個合金中去，這種鉬絲在20℃時抗拉強度可達到1400百萬帕斯卡。
模具工業(yè)的迅速發(fā)展，使電火花加工技術得到普遍的應用，鉬絲是理想的電火花線切割機床用電極絲，可切割各種鋼材和硬質合金，加工形狀極其復雜的零件，其放電加工穩(wěn)定，能有效地提高模具的精度。以上是鉬絲兩種最為廣泛的用途，燈泡制造業(yè)的發(fā)展和模具制造業(yè)的崛起突飛猛進。據(jù)中國照明協(xié)會統(tǒng)計，2001年全國生產(chǎn)鉬絲達到31.5億米，實際產(chǎn)量估計達到40億米，消耗將近800噸鉬條，其數(shù)量十分可觀。其中線切割用鉬絲產(chǎn)量超過20億米，占鉬絲總量的一半以上，其市場發(fā)展前景十分令人樂觀。
鎢-銅假合金廣泛應用電火花切削工具電極，然而近年來研究以鉬取代鎢作電極，結果表明，鎢基和鉬基電極隨銅（≤50%重量）的含量而變的耐蝕性是不一樣的。在加熱脈沖和機械負荷脈沖存在時，這種耐腐蝕性主要取決于脆裂過程，鉬的延-脆性轉變溫度較鎢低，所以脆性小，耐蝕性能較強。鉬-銅、鉬-銀假合金具有耐燒蝕性和良好的導電性，可以作為空氣開關、高壓開關和接觸器的觸點。鉬-銅復合薄膜在連續(xù)的銅機體上夾帶大量的離散鉬粒子，顯微組織均勻，有良好的穿厚導熱性和導電性，可作金屬芯子應用于多層電路板中。
最近，還研制出可變色的三氧化鉬，這種材料在強光照射下會改變顏色，且可輕易還原，可用于電子計算機光存儲元件及多次使用的復印材料。
汽車噴涂：鉬的熔點高達2620℃，且有良好的高溫性能和耐腐蝕性能，鉬與鋼鐵結合力強，因而是汽車部件生產(chǎn)中主要的熱噴涂材料。汽車部件一般采用鉬絲高速火焰噴涂，噴槍的氣體混合噴射裝置產(chǎn)生高溫燃氣燃燒，特殊設計的燃燒室和氣體噴射混合室，使鉬絲在完全熔化前，以極高的速度噴涂在工件的表面上，噴射鉬的致密度可達99%以上，結合強度接近10公斤/mm2。這一工藝過程能有效地改善受磨面的耐磨性，也提供了一個可以浸漬潤滑油的多孔表面。它廣泛地應用于汽車工業(yè)以提高活塞環(huán)、同步環(huán)、撥叉和其他受磨部件的性能，也用于修復磨損的曲軸、軋輥、軸桿和其他機械部件。據(jù)資料介紹噴涂鉬絲歐洲市場年銷售量可達1000噸，美國每年消耗量也達600噸左右，日本每年也消耗鉬絲30-40噸，我國噴涂鉬絲市場容量尚小于每年30噸。但隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車齒輪和其它部件的熱噴涂將有較大發(fā)展，噴涂鉬絲的銷售量將大幅度增長。
高溫元件：鉬的純度高、耐高溫、蒸汽壓低等特性，使之常常被用來制造高溫爐的發(fā)熱體和結構材料。在鎢鉬及硬質合金生產(chǎn)過程中，大都采用鉬絲加熱的方式制作還原爐和燒結爐，部份鐵制品連續(xù)燒結還采用鉬桿加熱排作發(fā)熱體，鉬桿加熱排以鉬鉤懸掛于爐子的兩側。這類爐子一般為還原性氣氛或非氧化性氣氛，在氫氣和分解氨中鉬絲可使用至接近熔點，氮氣中可使用至2000℃。高于1700℃使用時，可采用再結晶溫度更高、強度更好的TZM合金或鉬鑭合金作發(fā)熱體。鉬在熔化的石英中有很好的抗燒蝕性能，在玻璃工業(yè)中用作通電熔融電極，每生產(chǎn)一噸玻璃鉬電極僅損失7.8克，使用壽命可長達一年多。除作電極外，鉬還用作玻璃熔化高溫結構材料，如導槽、管子、坩堝、流口以及稀土冶煉的攪拌棒。以鉬代鉑在玻璃纖維拉絲爐上使用效果良好，大大降低了生產(chǎn)成本。新近研制出的核燃料燒結爐采用鉬網(wǎng)加熱，用ф0.8mm鉬絲編織成三相網(wǎng)狀加熱器，工作溫度可達1800-2000℃。除此之外，鉬及其合金還可以作熱等靜壓的爐架、隔熱屏、燒結和蒸涂的料舟、SmCo磁體及二氧化鈾燒結的墊板，熱電偶及其保護套管等。
