7低熔金屬及稀有金屬礦床學(xué)講義

1、.四低熔金屬:.其熔點低于普通金屬熔點許多，一般在700。以下的金屬，并且其強 度一般較低。在現(xiàn)代社會低熔金屬及其合金也獲得廣泛應(yīng)用，主要用 于焊接與安全保險等方面。.1錫.錫是人類最早發(fā)現(xiàn)和使用的金屬，錫有三種變體，低溫(18笆)為粉末 狀灰錫，密度5.85，是半導(dǎo)體材料。高于18C時成常見的白錫，為 銀白色，比重7. 31，熔點231. 97C，硬度3. 75。高于160C時形成脆 錫，可以研成白色粉末，用于制造錫粉、焊膏涂料。錫的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn) 定，無毒，錫與有機酸反應(yīng)緩慢。.鍍錫薄板可用作食品包裝材料，錫的主要用途是馬口鐵(43%)、焊 料、低熔合金、青銅、化學(xué)試劑，在原子能工業(yè)、造船、航

2、空化學(xué)、 醫(yī)療器械等。.近年研究發(fā)現(xiàn)，錫鈮合金是一種高級超導(dǎo)體，由長達20公里以上的錫 鈮合金絲饒在一個直徑5英尺的輪上，當(dāng)其在液氦中活化時，會產(chǎn)生 強烈的磁場，以至整個裝置都可以懸浮在它自己磁場的空間中。.錫的主要工業(yè)礦物是錫石(SnO )、黃錫礦(Cu FeSnS )、錫一銅一 鐵硫化物和硫錫鉛礦(PbSnS ) 2等。24.金屬錫工業(yè)品位02%。2.錫礦物主要產(chǎn)于高溫?zé)嵋旱V床，如云英巖、矽卡巖，殘坡積及砂礦也 是錫礦的重要工業(yè)類型。.我國華南錫礦較多，重要的有云南個舊，儲量為全國的1 /4,是傳統(tǒng)的錫礦基地， 素有中國錫都之稱，廣西南丹縣大廠，已成為新興的產(chǎn)錫基地。湖南香花嶺也是 一老錫

3、礦山。.全球錫礦資源分布極不平衡，集中分布在環(huán)太平洋成礦帶上的東南亞、中國及澳 大利亞、玻利維亞等地。國外錫儲量為306X 104t，其中東南亞地區(qū)的錫儲量占67%。主要礦床類型有砂礦型、熱液型、偉晶巖型等。砂錫礦的錫儲量占國外錫儲量的64%,主要分布在東南亞、中南非、西澳大利亞 等地。熱液型錫礦床，一般產(chǎn)于花崗巖體頂部及頂部圍巖中或巖體的內(nèi)外接觸帶，占原 生礦床錫儲量的90%左右，主要分布于環(huán)太平洋中新生代構(gòu)造帶及歐洲西緣和澳 大利亞東緣的晚古生代造山帶中。其礦化類型包括錫石一石英脈型和錫石一硫化 物型。 .第5章有色稀有俏錫礦床.ppt 2銻(.礦物砷銻汞礦ppt):銻是銀白色脆性金屬，比

4、重6.69,熔點630.5笆。在冷卻時，體積膨 脹而不收縮。由于這一特征，銻廣泛用于銻鉛合金。這種合金鑄字體積可以不變， 并具有較大的韌性和剛度。銻鋁合金主要用作蓄電池極板、薄板、管道、電纜包皮，牙膏皮、金 屬箔、槍彈、鉛字、焊料、減摩軸承和半導(dǎo)體。銻合金有銻白合金(Pb-Sb-Cu, Pb-Sn-Sb)；錫銻焊料(Sn-Sb-Cu-Zn) 和Cu-S b-Zn-Fe合金等。銻氧化物可用作遮蓋劑、阻燃劑、脫色劑、觸媒保護劑、催化劑等， 銻的硫化物用作引爆、引燃劑。銻的化合物主要是Sb2O3 (銻白)，Sb2S3 (生銻)可以用作耐火材料、顏料、瓷 釉、安全火柴、硫化劑和醫(yī)藥。在軍事上可用于制造

5、彈心、雷管、發(fā)濃白色煙塵 的信號彈。含銻礦物很多，用于生產(chǎn)銻的礦物主要是輝銻礦(SbS )、黝銅礦(3CuS. SbS )。工業(yè)品位1.5%。2 322 3銻礦屬于低溫?zé)嵋旱V床，產(chǎn)于淺成熱液礦脈中，常與辰砂伴生。湖南冷水江市錫礦山銻產(chǎn)量居全國之首，也是世界上最大的銻礦產(chǎn)地，號稱世界 銻都。其次有貴州晴隆銻礦、云南木利銻礦、甘肅崖灣銻礦都是大型銻礦。我國銻礦年產(chǎn)6萬噸，占世界總產(chǎn)量的一半.世界銻礦資源豐富，中國銻礦居世界之首。.國外銻礦儲量為2Mt，主要沿三個帶分布，即太平洋沿岸帶、地中海 沿岸帶和亞洲大陸東西帶。.成礦類型有熱液層狀銻礦、熱液脈狀銻礦及熱泉銻汞礦床。其中熱液 層狀銻礦床占國外銻

6、儲量的50%,多屬大、中型，主要產(chǎn)于褶皺帶中 相對穩(wěn)定的地區(qū)，受次級背斜構(gòu)造控制，成礦時代多為古生代或新生 代。.熱液脈狀銻礦床也將近占世界總儲量的50%，但多屬中小型礦床，主 要分布在褶皺帶或地塊再次活動斷裂發(fā)育的地帶，多受區(qū)域性大斷裂 的次級斷裂構(gòu)造的控制，具有疊加成礦作用的特點。.含銻、汞熱泉多分布于第四紀(jì)火山活動區(qū)，屬非主要類型（砷銻礦床 學(xué).ppt） O.3 鉍（Bi）：.鉍是低熔點金屬，熔點271C，固結(jié)時體積可膨脹3.3%o.鉍在工業(yè)上用作制造飛機的薄質(zhì)軟管及雷達設(shè)備零件。.鉍與錫、銻、銅的合金是一種低熔合金，制造軸承襯里，在消防和電 氣安全裝置中有特殊用途。.鉍合金熔點很低（B

7、i-Pb-Sn-Cd-Sb，271C，Bi-Sn-Cd，60C），適 用于制造自動噴水防火器、保險絲等。.鉍的最大用途是用來制造消炎藥及收斂藥等藥物，鉍鹽可治療傷口和 消化功能紊亂，鉍鹽的光滑性適于制造化妝品。.鉍鹽還可用于瓷器上釉、上琺瑯質(zhì)、印染織物和制造光學(xué)玻璃。.生產(chǎn)金屬伴的礦物有采然鉍、輝鉍礦（Bi S ）和鉍華（Bi O ） o*獨開采鉍的最低工業(yè)品，是0. 5%。、o.我國70%的鉍礦資源伴生于）礦中，其中柿竹園）錫礦中伴生鉍礦儲 量占全國儲量一半。.我國鉍礦年產(chǎn)居世界第一，約1000 300噸。.4 汞（Hg）：.汞又稱為水銀，是常溫下唯一呈液態(tài)的銀白色金屬，-38. 89C是凝

8、成固體，比重13.55。汞化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易與氧結(jié)合，但易于與硫、氯結(jié)合。以其特殊的物理化學(xué)性質(zhì)主要用于化學(xué)、電氣、儀表及軍工業(yè)，及醫(yī)藥業(yè)，如電 器開關(guān)、離合器、整流器和無線電器材、紫外光燈、水銀燈、反光鏡、溫度計、 氣壓計、工業(yè)控制儀表等；汞具有揮發(fā)性，是一種對人畜有害的劇毒物質(zhì)，可以利用這種性質(zhì)制作各種消炎 藥品、藥物、催化劑、農(nóng)用殺蟲劑、防腐劑；用汞作電極電解食鹽，生產(chǎn)氯、堿；軍用起爆筒的雷粉、干電池等等。.我國在3000多年以前就開始利用汞，主要用作礦物顏料和中藥，混汞法提取金銀， 直到現(xiàn)代仍具有這些用途，并利用混汞法從煉鉛的煙塵中提取鉈。.辰砂為色澤鮮艷的紅色重礦物，是高檔顏料，其中

9、粒度大者呈珠寶砂，用于激光 技術(shù)方面。.與葉臘石共生者稱雞血石，是珍貴的印章等工藝品料石。含汞礦物有辰砂HgS（黑辰砂）、甘汞（HgCl）和自然汞，辰砂是主要的工業(yè)汞工業(yè)品位0.08%。.汞產(chǎn)于低溫?zé)嵋旱V床中，以斷裂疊加層控礦床為主，并且主要產(chǎn)于碳酸鹽系地層 中。汞礦床常與銻礦、神礦伴生或共生，并普遍伴生微量元素硒，辰砂中硒最高可達1. 22 T. 44。世界汞礦總資源量為58.65萬噸。國外汞金屬儲量12.765萬噸，其中西班牙占國外總儲量的703%。全球汞礦的分布同銻一樣，主要沿太平洋沿岸帶、地中海沿岸帶和亞洲大陸東西 帶分布。礦床類型也可分為熱液層狀汞礦，熱液脈狀汞礦及熱泉銻、汞礦床三種

10、。熱液層狀汞礦是世界汞的主要來源，其中僅西班牙阿爾馬登汞礦就占 國外汞儲量的四分之一，該類型汞礦主要分布在新、老阿爾卑斯期斷 裂構(gòu)造活動帶內(nèi)或褶皺皺帶附近較穩(wěn)定地段的碳酸鹽巖層內(nèi)。熱液脈狀汞礦床一般屬中小型礦床，呈帶狀分布。.我國汞礦資源豐富，資源儲量80000噸，主要汞礦山在貴州萬山、務(wù) 川、丹寨、銅仁、和湖南新晃。.目前萬山及其附近大銅喇、水銀廠、木油廠、邢日五大汞礦產(chǎn)量占全 國的百分之九十，年產(chǎn)汞1000噸，其中內(nèi)銷僅一半左右。.5 銫（Cs）：銫是銀白色輕金屬，熔點28. 5C。.銫的氯化物是高能固體燃料，可以用作煙火制造材料、銫的化合物制 作紅外輻射燈可以發(fā)射夜間不易發(fā)現(xiàn)的訊號。.銫

11、還用于跟蹤、阻截和摧毀飛行敵機的瞄準(zhǔn)彈，銫在電子電氣工業(yè)用 于電池、電影、電視、交通管理、門的自動開關(guān)裝置、電子管等方面， 制造發(fā)光染料。.醫(yī)藥上還可用于治療癌癥和皮膚病。:銫繆分礦物有籍石囂噂器長我鹽礦物中與鉀、鋰 呈類質(zhì)同象置換，獨居石砂礦也可產(chǎn)少量銫，綜合利用品位0.05%。:產(chǎn)于堿性花崗巖與偉晶巖或鹽湖礦床中。:四 稀土、稀有及放射性礦產(chǎn):1、稀土 （TR）金屬：:稀土是元素周期表皿鈧釔鑭系（La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、 Gd、Tb、Dy、HO、Er、Tm、Yb、Lu）等17種元素的總稱，并且常 共生在一起，以地球化學(xué)性質(zhì)的差異，釓（Gd）以前的稀土稱為輕 稀土或鈰族稀土

12、，釓以后的稀土稱為重稀土或釔族稀土。:稀土元素正常化合價是正三價，但在特殊條件下鈰、錯、鋱可以形成四價化合物，釤、銪、鏡可以呈現(xiàn)二價。:稀土元素的離子半徑隨原子序數(shù)增加而減小，稱鑭系收縮。由于這一特征導(dǎo)致稀土元素化學(xué)性質(zhì)有規(guī)律的變化，堿性度逐漸減弱，化學(xué)活潑性減弱等。稀土金屬的熔點7931652C,密度4. 479. 84,并且具有一些特殊的物理性質(zhì)，如順磁性、鐵磁性等。.稀土元素在冶金、石油化工、玻璃、電子、原子能及新材料等方面均 有廣泛的用途。鈰還用于照相、玻璃器皿和電子管以及用于金屬凈化 劑。.在冶金工業(yè)中，稀土作為合金元素、煉鋼的還原劑、脫氧、脫硫劑， 并能夠中和低熔點有害雜質(zhì)，改善鋼

13、的物理化學(xué)、機械加工性能，具 有耐高溫、抗氧化等特性。.石油化工領(lǐng)域稀土及其化合物用作催化劑，用稀土分子篩催化劑具有 活性高、選擇性好、抗重金屬中毒能力強等。稀土氧化物可以用作內(nèi) 燃機尾氣凈化劑、油漆催干劑等。在陶瓷玻璃中加入稀土氧化物可以制作不同用途的陶瓷、特種玻璃， 其中包括能夠吸收紫外線、吸收紅外線的玻璃、防X射線玻璃、耐酸 耐熱玻璃等。在玻璃燒制過程中加入二氧化鈰對鐵進行強氧化脫出，降低鐵的含 量，可以降低玻璃中的綠色。在陶釉、瓷釉中加入稀土，可以減輕瓷釉的碎裂性，使陶瓷呈現(xiàn)不同 的顏色光澤。在新材料領(lǐng)域，高純氧化釹可以制作固體激光材料、稀土六硼化物可以用作電子發(fā)射陰極材料。具有高剩磁

14、、高矯頑力的釤鉆合金、鐵釹硼合金是一種永磁性材料具有吸力大，體積小的優(yōu)點，在汽車，宇航，電子等工業(yè)有廣泛的應(yīng)用前景。鈰鐵合金是一種脆性合金，摩擦?xí)r可打出火花，故大量用作閃光發(fā)射劑和火石。.稀土氧化物還是電視熒光粉、三基色熒光粉等光源材料，一些國家正 在研究用稀土合金作超導(dǎo)材料。.在農(nóng)牧業(yè)，用含硝酸稀土、氯化稀土肥料可以使農(nóng)作物大面積增產(chǎn)增效。用作飼料添加劑可以提高畜禽的出肉率、產(chǎn)蛋率。.稀土氧化物還是電視熒光粉、三基色熒光粉等光源材料，一些國家正 在研究用稀土合金作超導(dǎo)材料。.我國一些中醫(yī)研究用稀土氧化物配制中藥，治療疑難雜癥。.稀土金屬的許多用途正在被開發(fā)利用。.稀土工業(yè)礦物有獨居石、氟碳鈰

15、礦、褐廉石、燒綠石、磷釔礦、硅鈹釔礦、褐釔鈮礦等，氧化物工業(yè)品位0.1 %。一般為巖漿熱液礦床或偉晶巖礦床，及相應(yīng)的風(fēng)化殼礦床。.內(nèi)蒙白云鄂博稀土儲量占世界的70%, 3600萬噸，包頭市成為我國的 稀土回收中心。.白云鄂博稀土礦床成因特征（白云鄂博.ppt）。.2 鈮、鉭（Nb、Ta），.鈮但是兩種最重要的稀有金屬，具有熔點高2468笆、2996C，比重大 （分別是8.66與16. 6）、強度高、抗疲勞、耐腐蝕，具有導(dǎo)熱性、 超導(dǎo)性、單極導(dǎo)電性及吸收氣體等優(yōu)良特性。.鈮、鉭金屬廣泛應(yīng)用于宇航、電氣、冶金、電子、化學(xué)和原子方面， 含鈮鉭合金鋼是噴氣發(fā)動機的重要材料，含稀有金屬導(dǎo)線可以大大降 低

16、電阻率，可以用作鈮基超導(dǎo)合金。.鉭鈮單晶可以用作激光、微聲表面波信息存儲材料。.含鈮鉭礦物主要有鈮鐵礦（Fe, Mn） （Nb, Ta） O、鉭鐵礦 （Mn,Fe）（Ta,Nb） O、黑稀金礦、褐釔鈮礦、鈰鈮鈣鈦礦、細晶石、燒 綠石、磷灰石、獨居石。.稀有鈮鉭礦床主要產(chǎn)于堿性雜巖、偉晶巖及高溫?zé)嵋航淮V床中，礦 石工業(yè)品位以(Ta+Nb) O計為0.022%。.有一部分形成風(fēng)化殼和砂礦中，(Nb+Ta) O的工業(yè)品位是0. 01%。鈮但礦物密度大、性脆，通常先進行重選，再進行多種方法的精選。.2 錯(Zr)：鋯金屬有塊狀與粉末狀兩種，熔點1850C,鋯化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有較 強的耐高溫、抗腐蝕、

17、抗氧化性。鋯的氧化物是最耐高溫的氧化物，用于耐火材料，如制造坩堝、實驗 器皿、抗化學(xué)腐蝕爐磚和高溫粘合劑、搪瓷、染料、油漆、絕熱、絕 緣、研磨材料。金屬鋯主要應(yīng)用于冶金工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、國防工業(yè)和原子反應(yīng)堆中， 金屬鋯及其合金用于制造白熱燈絲、焊機電極、人造纖維噴絲頭、原 子反應(yīng)堆等。鋯鎳合金可用于制造銳利的高速切削工具，錯鋼可制造甲板和炮彈。鋯的化合物，如硼化鋯、氮化鋯、碳化鋯是高熔點、高硬度耐腐蝕材 料。鋯的工業(yè)礦物有鋯石(ZrSiO )和斜格石(ZrO )。氧化錯工業(yè)品位 0.16%。42礦床類型有砂礦、巖漿熱液型及風(fēng)化殼型等，與鈦砂礦伴生鋯礦是主 要工業(yè)礦床類型。 2 錯(Ge)：錯是銀

18、灰色脆性金屬，熔點937. 4C，比重5. 323。在電子工業(yè)中，用來生產(chǎn)低功率半導(dǎo)體二極管，金屬錯能讓215微 米的紅外線通過，可以制造紅外窗口、三棱鏡和紅外光學(xué)透鏡。錯與鈮組成化合物是超導(dǎo)體材料。用氧化錯制造的光學(xué)玻璃具有高的 折射率和色散性能，可用于照相鏡頭和顯微鏡。還可以用于制造治療惡性貧血特效藥，還可治療昏睡癥。錯常呈分散狀態(tài)存在于其他礦物中，取自煉鋅硫化礦物殘渣，赤鐵礦中含錯量達0. 008%是可以獨立開采。在煤系地層是錯礦主要資源，云南西部臨昌有一大型錯礦產(chǎn)于第三系 碎屑巖中，內(nèi)蒙古錫林浩特紅旗煤礦含錯，是亞洲最大錯礦床。鈾(礦物鈾礦.ppt鈾是一種略帶藍色的銀白色金屬，密度19

19、.7,熔點1130C。鈾在自然界有三個放射性同位素，其中238U占99. 2741%,其衰變逐漸 產(chǎn)生234U、砹、鐳、氨，最終形成206Pb ,其半衰期4.5 X 109年;235U 占0 .72 %, 其衰變產(chǎn)生207Pb,半衰期5.7 X108年；234。占0.0055%，半衰期2.7 X 105 年。鈾礦粉在室溫條件暴露于空氣氧氣及水中可以自燃。金屬鈾是一種強 還原劑，可以與大多數(shù)非金屬元素及化合物反應(yīng)。 235U在熱中子撞擊下可以產(chǎn)生核裂變釋放原子能，主要作為一種新型原 子能源。238U、234U只能被快中子裂變，主要用于快中子反應(yīng)堆。鈾主要用于核工業(yè)和原子彈，通過反應(yīng)堆將核能轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

20、熱能，用于發(fā) 電。原子裂變產(chǎn)生的核輻射及放射性同位素廣泛用于鋼鐵工業(yè)、機械制 造、地質(zhì)勘探、儀器制造、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)和食品工業(yè)等方面，是現(xiàn)代科 學(xué)技術(shù)有效的研究方法。鈾在自然界含量甚微，地殼中約4X106,其在酸性巖漿巖中較高，在 基性巖漿巖中較低。在自然界鈾主要形成氧化物及含氧酸鹽礦物，以獨立礦物或類質(zhì)同象 及分散吸附狀態(tài)存在。主要鈾礦物有瀝青鈾礦(UO )、晶質(zhì)鈾礦(U 4+,U 6+) O)、銅 鈾云母(Cu(UO ) (PO ) . 10HO)及鈾釷礦(U,Th) SiO )等。鈾礦以金屬鈾(U)表示，其工業(yè)品位0. 05%。鈾礦主要產(chǎn)于硅鉀質(zhì)較高的各類巖石中，礦床類型有鉀質(zhì)花崗巖型、 陸

21、相酸性火山巖型、砂巖型、泥質(zhì)巖型等。鈾礦經(jīng)常與多金屬礦床、 有機礦床伴生，以此可以綜合回收利用。海水是鈾礦的潛在資源，海水中u的含量達3mg/m3,某些海水中 可能更高，其儲量巨大。從海水中提取鈾可以采取離子吸附法、沉淀吸附法等各種方法。大多數(shù)金屬礦床都是多次富集的異常鉛，含有較高的異常鉛，因此以 鉛同位素追蹤成礦物質(zhì)源區(qū)主要考慮U、Th的富集規(guī)律。天然鈾的同位素組成：238U占99. 275%； 235U占0.7196%； 234U占0.0054%； 232Th基本100%o 原子半倒 1. 385A； Th 1. 798Ao鈾削4+、U6+，釷主要為Th4+，因此隊 此化學(xué)性質(zhì)有一定差異。

22、 U、放射性元素易于富集在堿性巖漿巖中（表11. 4-2 ），但是不同 的巖漿Th/U比值不同，表明Th、。稍有分異，酸性巖石中相對富集隊 堿性巖中相對富集Th，噴出巖、淺成巖、巖漿期后熱液較深成侵入巖 富集成一般火成巖的Th/U比值為3.5/4，地幔巖石1/2,表明巖漿 演化過程中，地殼物質(zhì)優(yōu)先富集立。巖漿巖中向著分異程度高的堿性巖石中集中，K/Th比值近恒定，都3 X103 （圖 11.4-8） o U4+、Th4+的化學(xué)性質(zhì)相近，在高溫?zé)嵋杭皞ゾr階段經(jīng)常共生，但是 在低溫氧化階段，U轉(zhuǎn)變?yōu)閁，呈現(xiàn)（UO ） 2存在，與Th發(fā)生分離集 中于低溫礦床中。在變質(zhì)巖中隨著變質(zhì)程度加深，U、Th含量降低，U、Th向淺變質(zhì)部分 集中。在低級變質(zhì)巖中鈾的活動性比釷大，鈾發(fā)生遷移后，Th/U比值 增高，