一、認識鉬
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。
鉬與鎢一樣是一種難熔稀有金屬。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,對大多數液態金屬、非金屬熔渣和熔融玻璃亦相當穩定。
因此,鉬及其合金在冶金、農業、電氣、化工、環保和宇航等重要部門有著廣泛的應用和良好的前景,成為國民經濟中一種重要的原料和不可替代的戰略物質。
二、鉬在我國的開采使用狀況
近年來,我國鉬的開采、冶煉和加工得到了迅速的發展。
據資料介紹,2001年我國實際生產鉬精礦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、顏料等化工產品數百噸。
不僅如此,我國在世界鉬市場中占有舉足輕重的地位,據海關統計,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,創匯達2.62億美元。
鉬的消費形式以工業三氧化鉬為主,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%。由上可見鋼鐵工業的發展對鉬的消費起著決定性的作用,但隨著科學技術的發展,鉬在高科技和其他領域的應用將會不斷地擴大和發展。
鋼鐵工業
根據世界各國鉬消費統計,鉬在鋼鐵工業中的應用仍然占據著*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律地增長,目前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,工業車輛和推土設備。在軋制狀態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。
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。
在現代電子工業中除使用純鉬外,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,生產出“高溫鉬絲”。采取在氧化鉬生產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。
模具工業的迅速發展,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,其放電加工穩定,能有效地提高模具的精度。
以上是鉬絲兩種*為廣泛的用途,燈泡制造業的發展和模具制造業的崛起,使得鉬絲的生產和消費突飛猛進。據中國照明協會統計,2001年全國生產鉬絲達到31.5億米,實際產量估計達到40億米,消耗將近800噸鉬條,其數量十分可觀。其中線切割用鉬絲產量超過20億米,占鉬絲總量的一半以上,其市場發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。
*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。
農用肥料
鉬是植物體內必須的“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發揮其作用。鉬還能加快植物體內醣類的形成與轉化,提高植物葉綠素的含量與穩定性,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,是提高農業收成特別是使大豆豐收的一項重要措施。鉬在農業上的廣泛應用,也為我國鉬生產工廠的廢水、廢渣及低品位礦的綜合利用,開辟了一條新的途徑。
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/㎜2。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以提高活塞環、同步環、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的發展,汽車齒輪和其它部件的熱噴涂將有較大發展,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熱體和結構材料。在鎢鉬及硬質合金生產過程中,大都采用鉬絲加熱的方式制作還原爐和燒結爐,部份鐵制品連續燒結還采用鉬桿加熱排作發熱體,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熱體。鉬在熔化的石英中有很好的抗燒蝕性能,在玻璃工業中用作通電熔融電極,每生產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