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金屬鉬
鉬是一種金屬元素，元素符號：Mo，英文名稱：Molybdenum，原子序數(shù)42，是VIB族金屬。鉬的密度為10.2g/cm3，熔點為2610℃，沸點為5560℃。鉬是一種銀白色的金屬，硬而堅韌，熔點高，熱傳導率也比較高，常溫下不與空氣發(fā)生氧化反應。作為一種過渡元素，極易改變其氧化狀態(tài)，鉬離子的顏色也會隨著氧化狀態(tài)的改變而改變。鉬是人體及動植物所必需的微量元素，對人以及動植物的生長、發(fā)育、遺傳起著重要作用。鉬在地殼中的平均含量為0.00011%，全球鉬資源儲量約為1100萬噸，探明儲量約為1940萬噸。由于鉬具有高強度、高熔點、耐腐蝕、耐磨研等優(yōu)點，被廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電氣和電子技術、醫(yī)藥和農業(yè)等領域。
鉬為銀白色金屬，鉬原子半徑為0.14nm，原子體積為235.5px/mol，配位數(shù)為8，晶體為Az型體心立方晶系，空間群為Oh(lm3m)，至今還沒發(fā)現(xiàn)它有異構轉變.常溫下鉬的晶格參數(shù)在0.31467~0.31475nm之間，隨雜質含量而變化。鉬熔點很高，在自然界單質中名列第六，被稱作難熔金屬，見表2。鉬的密度為10.23g/cm，約為鎢的一半(鎢密度19.36g/cm)。鉬的熱膨脹系數(shù)很低，20~100℃時為4.9×10/℃;鉬的熱傳導率較高，為142.35w/(m·k) 。鉬電阻率較低:0℃時為5.17×-10Ω·cm;800℃時為24.6×-10Ω·cm;2400℃時為72×-10Ω·cm。鉬屬順磁體，99.99%純度的鉬在25℃時比磁化系數(shù)為0.93×10cm/g。鉬的比熱在25℃時為242. 8J/(kg·k)。鉬的硬度較大，摩氏硬度為5~5.5。鉬在沸點的蒸發(fā)熱為594kJ/mol;熔化熱為27.6 ±2.9kJ/mol;在25℃時的升華熱為659kJ/mol。
室溫下，鉬能與F2反應。250℃鉬開始與Cl2反應，700~800℃鉬可與Cl2反應生成MoCl2。在白熱溫度下，鉬能與Br2反應。鉬與鹵素反應產物可以是MoX6(如MoF6)，亦可是MoO2X2(如MoO2Cl2)或者是MoOX4(如MoOCl4)或者是MoX。 600℃以上，鉬在N2中開始脆化。1500℃以上鉬才開始與N2反應，2400℃以上鉬與N2反應生成氮化物。但是，直至熔解(2622℃±10℃)，鉬都不能與H2反應。因而，工業(yè)上通常用H2還原MoO3以生產金屬鉬粉。反應過程可能是:450~500℃時，MoO3經H2還原，經生成Mo5O14、Mo17O47、Mo4O11等中間氧化態(tài)后生成MoO2;1000~1100℃時，H2進一步將MoO2還原成金屬鉬粉. 鉬在CO2中加熱，可以被氧化為MoO3;而反應產物MoO3與CO又可反應，再度還原成Mo:Mo + 3CO2←→MoO3+ 3CO 。鉬粉或氧化鉬在CO或者CH4、H2混合物中共同加熱可以生成碳化鉬。600℃時生成物為Mo2C，它性脆、密度為8.9g/cm，熔點為2380℃;而800℃時的生成物為MoC，它的密度為8.4g/cm。
鉬在常溫下不與HF、HCI、稀HNO3、稀H2SO4及堿溶液反應。鉬只溶于濃HNO3、王水或熱而濃的H2SO4、煮沸的HCI中。
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(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，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(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(fā)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(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，是提高農業(yè)收成特別是使大豆豐收的一項重要措施。鉬在農業(yè)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。 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(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。
飛猛進。據中國照明協(xié)會統(tǒng)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(shù)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(fā)展前景十分令人樂觀。
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