钼的用途

银 的 用 途 著 温取高获和 · 铂温独常唯向铁 、 钢及其它金属中加入合金元素便可改善它们的性能 , 如淬火性 、 下的强度 、 耐腐蚀性与耐研磨性等 。 对美国来说 , 自产的所有合金元素中 , 容易 , 可满足需求 。 含铂材料是当今能量生产和输送过程中许多方面非常重要的用料 , 例如 , 用于原子 能 、 煤气或液化气及其它动力的发生系统 , 用含铂钢管远距离输送燃气和燃油 。 尽管铂被划为 “ 重金属 ” , 但它与非金属区元素一样重要 。 铝是无毒的 , 己越来越 多地用它做减蚀剂和颜料 , 代替有毒的化合物 , 铂的硫化物 , 其分子结构为层状排列 , 是良好的润滑撅 铂的化学 品也是石油工业重要的催化剂 。 一 、 引言 从矿石中提取和富集铂成为工业利用的产品是一个复杂而有趣的过程 。 钥产品从二 硫化铂到纯铝粉有多种形式 。 那么 , 铝的各种化学品是怎样用于工业上的呢 在化学和冶 金方面钥的主要用途又是什么呢 本文将分别描述铂在化学和冶金领域的用途 , 并着重 谈谈它在能源发生系统 、 环境和生态方面应用的重要性 。 首先要提的是 , 人们要实现有 充足的能源又要有安全的环境似乎是矛盾的两个 目标 。 在过去 , 二者不能统翻 , 然而 , 钥的应用 , 可使我们实现既有充足的能源又有安全的环境 。 设想未来 , 在材料技术方面 , 面临最大的挑战之一就是能量发生系统的用料问题 , 而含铂合金和铂的化合物将在这个 系统起重要作用并可为环境接受 。 · 在讨论相的一些特殊用途之前 , 应适当了解一下铂在现实生活中那些被人们忽视的 用途舒如同其它元素一样 , 铂元素在世界生态体系中是必需的 。 这方面的研究表明 铂 是植物、 动物和人类生存必不可少的元素 , 它是土壤中基本的微量元架少 ‘ 在植物和动物 有所下降 。 主要原因是 ‘ 卜 外 ‘ 有些大国营农场上地承包到家庭 , 家庭没有能力进行飞机喷洒么另外 , 有些人对 党的政策不放心 , 不愿在地力上投资 , 没有长远打算 。 铂肥原料涨价 , 迫使农用铂酸按涨价 , 经销部门倒挂 、 亏损 , 二 不愿经营 。 因此影 响了农民购买的积极性 。 一 部分农民对科学种田还缺乏认识 。 对铂肥的认识还需要有一个过程 。 这栽需要广 大农业科技人员进行大量的推广宣传工作 。 一 总之 , 钥肥应用 的前景是十分可观的 , 只要努力工作 , 农用钥酸按一定会为农业生 产做出更大贡献 。 几 、 体内的几种酶素中也发现有铂 。 苏联科学家已估算出了人体每 日 平均的最小铂需求量 。 其它研究也表明 它对人类是有益的 。 适量的铂不但有利 于生命且确实不能缺少 。不过 高含量是有害的 。 但与其它元素和它们的化合物相比 , 钥对生命开始产生有害的含量极 限要高的多。 二 、 铂的化学用途 表 概括了可供工业利用的铂化合物的三种主要形式 , 它们是铂的二硫化物 、 铂的 氧化物和铂酸盐 , 这些化合物中的某些产品已用于目前运转中的能量发生系统 , 而未来 更多的用途正在研究和设计中。 表 相的化学用途 硫 化 铂 氧 化 铂 粘接胶片抗扯裂的化合物 、 极限压力润滑脂 、 工业齿轮油 、 塑料和橡胶部件 催化剂 、 颜料 、 染料 铝 酸 盐 ‘ · 防腐蚀 ‘ , 催化剂 ‘ 颜料 、 染料 催化剂 在石油处理工业 , 含铝催化剂被广泛用于原油的加氢脱硫和脱氮 。 要得到清净的燃 油 以满足使用要求 , 减少燃烧时对空气的污染 , 就必须从原油中脱除硫和氮 。 在石油和石油基燃油是最主要能源的今天 , 很显然它的供给不可能无限制 , 必须开 发未来的替代能源 。 而最有希望的途径之一 , 就是从我们丰富的 自然资源 —煤中获得液体或气体燃料 。 正在探索 中的煤气化和液化 , 其中就涉及到用钥作催化剂的问题 。 在煤气化的一个方案中 , 用铂酸钻作催化剂 , 与水蒸气发生交换反应 , 使一氧化碳转化 成氢气和二氧化碳 。 用铂酸镍作催化剂 , 可使氢气和二氧化碳合成甲烷 。 铝酸盐的催化 活性将有助于为未来提供取之不竭的无污染的气体燃料能源 。 防腐蚀剂 铂化合物的另一个重要应用领域是作为防腐蚀剂 。 近年来 , 水处理工业已找到了不 影响环境的化学 品 。 尤其是 , 一种高效 、 价廉完全可取代有毒防腐剂铬酸盐的新产品即 将问世 。 克莱马克斯的研究表明 铂酸盐可有效地代用铬酸盐 , 自三十年代人们知道了铂 酸盐离子有防止钢及其它暴露到水中或与湿气接触的金属被腐蚀的作用后 , 工业上首次 以可溶性的铂酸盐作为防腐剂是在有机的防冻溶液中 , 用于发动机的冷却系统 。 表 列 举了在热的乙二醇水溶液中有 、 无铂酸钠的情况下 , 对汽车发动机冷却系统各种常见金 属的腐蚀特性 。 从表中数据可 明显地看到 , 铝酸钠能大大降低腐蚀速度 , 尤其对工业中 应用最广的铁类金属 , 效果更明显 。 , , 从 目前的环境观点来看 , 铂酸盐防腐剂更重要的应用领域是在工业冷却系统的水处 理设施中 , 克莱马克斯实验室的研究数字表明 对于冷却塔水中典型的高氯 、 高硫含量 条件 , 用无毒的铂酸盐比有毒的铬酸盐效果更好 。 试验结果如表 。 表 在热的乙二醇水溶液中 对各种金属的腐蚀数据 表 低碳钢在高抓 三 平均损失重量毫克 厘米 水溶液中的腐蚀速度 陋饰无防腐剂 肠铂酸钠 防腐系统 蚀速度耳 年 低碳钢 镀镐钢 镀锌钢 铝 铜 黄 铜 铅青铜 焊料 防腐剂浓度 无 。 。 辛 。 铬酸盐今 铝酸盐带 铂酸盐 锌带 重铬酸钠 铂酸钠 铂酸钠 硫酸锌 也含 烷基磷酸盐 、 六 偏磷酸盐 、 硫基笨并曝吐 。 · 重量增加 这些试验是在含有多功能防腐蚀剂的条件下 , 模拟真实的防腐系统对低碳钢所作的 。 要指出的是 无毒的钥酸盐与有毒的铬酸盐相比 , 当与 的硫酸锌联合使用时 , 效果 更佳 。 颇料 许多年来 , 防腐的涂料一直是用红铅 、 铬酸锌或碱性硅铬酸铅混合而成 。 然而 , 随 着对其毒性的了解 , 铝基颜料已引起了人们的普遍关注 。 它们不仅是溶剂和水基颜料中 有效的防腐剂 , 而且具有两个早期颜料没有的特性 , 即它们是 白色且无毒 。 与传统的防 腐颜料相比 , 消费产品安全委员会按照美国危脸品法规 , 未把工业用铝酸锌和钥酸钙颜 料划归为有毒物质 。 此外 , 直到钥酸盐防腐颜料的出现 , 还从未有 过可用 于 食 品 、 饮 料 、 医药等 日用工业设备和装置的无毒颜料 。 润滑剂 铝的另一个重要的化学用途是以硫化钥的形式作为润滑剂 , 无论是将硫化铂用作粘 结胶片 、 与润滑脂混合 、 悬浮在油 中或掺人塑料及其它聚合物中 , 它的作用都是减小磨 损和摩擦 , 从而延长机器零件的使用寿命 、 节省动力消耗 。 换一种说法 , 就是用它可降 低单位输出功的输人能量 , 即在工业上用硫化铝润滑剂可更有效地利用能源 。 此外 , 硫 化铂的毒性试验表明 它属于 “ 相对无害 ” 类 , 属最安全物质 。 因此 , 美国食品和医药 管理机构允许在食品工业的烘箱链条上用硫化铂润滑剂 。 硫化铂有助于缓解能源短缺状 祝而不影响环境。 三 、 铂的冶金用途 铂的冶金用途简要归纳于表 。 此表绝不是一个完整的用途清单 , 仅是介绍了含铂 合金在有关能源方面的应用 。 在冶金方面 , 钥作为合金元素对钢和其它合金有两个重要 作用 , 即提高强度和耐腐蚀性 , 在能量生产系统由于高温和恶劣的化学环境 , 许多 材料的寿命都不长 。 而这两个特性则能满足能量发生系统的要求 。 表 中列举的五类材 料已经或在未来将用于能量发生领域 。 前三类 不锈钢 、 高强度钢和高温钢已广泛用于 生产 , 当然 , 这三种都是铁基材料 。 超耐热合金 , 一般为镍基 、 钻基或铁镍基材料 , 使 用在超高温 、 超高压或高腐蚀环境下 , 在未来的能量发生系统有相当大的利用前景 , 不 过 , 铂纂合金比它们更有潜在优势 。 表 相的冶金用途 合金型式 一 ” ’ 一 ‘ 吃 ’ 量含铂 不 锈 钢 一 气体洗涤器 、 原子核反应堆 、 汽轮机 、 煤气发生器 沂 一 — 高强度钢 铬钥高温钢 一 一 管道 、 油井套管 石油提炼 、 动力发生器 、 煤气发生 超耐热合金 钥基合金 一 一 气轮机 、 原子核反应堆 、 煤气发生 、 化学处理 气轮机 、 原子核反应堆 、 玻璃熔融 、 电极 一︺一一八一 ,,刀胜弓,月 ‘ 不锈钢 不锈钢是添加铂得到广泛应用的典范 , 尤其在含氯的环境中 , 不锈钢之所以能耐腐 蚀 , 就是因为铂的作用 , 钥对耐腐蚀性的改善可使人们获取最经济 的 能 源 而不污染环 境 。 如美国若在环境允许的条件下 , 能够更多用煤的话 , 则所需的能源就可满足 自给 , 其方法之一就是用洗涤气体的方式 , 中和煤泥或溶液 , 从烧煤工厂排出的烟气中除掉硫 , 而含铂 一 的 型不锈钢则是所有气体洗涤器的主要材料 。 美国对于排入河道和湖内的废液要求非常严格 , 越来越多的水耍通过冷却塔进行再 处理 。 无疑 , 水中肯定聚集着包括氯化物在内的大量杂质 。 上面已经提到 , 在水处理系 统钥酸盐有良好的防腐蚀作用 , 这样 , 对于此系统的用材就不用考虑了 。 普通不锈钢 , 在水冷却塔的高氯环境中 , 经过一段时间后会出现坑蚀或裂纹 。 几年 前 , 克莱马克斯已经研制了一种新型的可防止坑蚀和裂纹 出现的铁 一铬 一 铂铁素体不锈钢 。 表 简要比较了 一 。铁素体不锈钢与广泛使用的 一 奥氏体不 锈钢 在几种不同介质中的相对腐蚀特性 。 第一种介质 , 是在沸腾的氯化镁中 , 测量两种合金 对应力腐蚀裂纹的灵敏性。 第二 、 第三是在高氯的环境中考察有无裂纹 出现 , 而第四、 第五是模拟应用于化学处理过程的腐蚀试验结果 。 从表 清楚地看到 , 卜 。铁 素体不锈钢在每一试验中都比普通钢好得多 , 这种钢 目前已遍及全球 。 此外 , 在原子核 反应堆系统 , 虽然对材料不要求超耐腐蚀 , 但由于这种不锈钢的热膨胀系数小 , 可延长 部件的热疲劳寿命 , 也引起了人们的兴趣 。 表 不锈钢在各种介质中的相对腐蚀特性 受 腐 蚀 情 况 一 早石 一 沸腾的氯化镁 氯 , 铜 , 氧气饱和 帅 氯 , 铜 , 气饱和 “ 沸腾乙酸 沸腾磷酸 在八小时内弯曲裂缝 一 毫克 分米 天 一 毫克 分米 天 一 毫克 分米 “ 天 一 毫克 分米 “ 天 小时弯曲无裂缝 一 毫克 分米 “ 天 一 毫克 分米 天 一 毫克 分米 天 一 毫克 分米 “ 天 高强度钢 含铂高强度钢是气和油输送管道的主要用料 。 过去几年 , 克莱马克斯已研制了一系 列高强度 、 有 良好韧性的可焊钢 , 尤其在寒冷的北极地区 , 对用材的韧性要求很高 。 目 前 , 美国 、 加拿大 、 日本 、 西德 、 法国和意大利的钢铁公司每年已可产锰钥泥 柯 合 金管道几十万吨 , 由于良好的韧性 , 用这种钢材可制造大直径的管道 , 用于寒冷地区安 全输送燃油 , 减少环境污染 。 表 比较了厚壁大直径锰 一 柯钢管与新型锰 一 铂 一 柯管在寒冷地区使用时的机械性能 。 从表 可以看出 , 铝的添加提高了该合金的屈服强度和抗拉强度及室温下的延 展 性 , 更 重要的是提高了韧性 。 表 大直径厚壁管道的性能比较 机 械 性 能 普 通 型一 一 寒 冷 型一 一 抗拉极限强度 千磅 平方英寸 屈服强度 千磅 平方英寸 延伸率 摆锤 型刻槽冲击值 叹一磅 断裂 出现过渡温度 “ 。 在 一 铬毛目高温钢 新型不锈钢和高强度钢是克莱马克斯近年夕发的两个新产品 。 然而 , 还有许多种其 , 它含铂合金 , ‘ 由于含有铂而获得了所需要的性能。 如广泛用于气轮机 、 蒸气发生站、 原 它核燃料发电厂的铬铂高温钢就是代表 。 铂的加入 , 可改善型钢的耐高温强度 、 淬火性 及使用过程中的抗过度回火性 。 对于未来的发电厂 , 无论有什么设想 , 只要是为社会提 供能源 , 铬铂高温钢都将作为重要材料被采用 。 将来有应用可能 , 目前正在实验的两种能源发生系统 , 一是液体金属快速增殖反应 堆 , 简写为 , 一是高温气体冷却反应堆 , 简写为 , 在它们的实验系统 已 大量的采用 了含 去 和 。的铬铂高温钢及其它类含铝合金 。 超耐热合金 铝在能量发生系统起重要作用的第四类材料是超耐热合金 , 它们一般是镍基 、 钻基 或铁镍基合金 , 由于在高温下的高强度和超耐腐蚀性 , 可用作动力发生站气轮机受热部 件的核心或原子核反应堆的关键部位 。 本文提到的任何能量发生系统都是在非常高的温 度 、 严重腐蚀或氧化环境中运转 , 用料必须含超耐热合金 , 而它们在高温下的高强度 、 耐腐蚀性 、 耐氧化性都来 自于钥 。 钥基合金 镍基钻基超耐热合金使用的温度范围仍有一定限制 , 因为在未来设想的动力发生系 统中要涉及难以预料到的高温 。 常有人建议 , 用高熔点的铝金属作为基金属而不是作为 合金元素加人其它金属中 , 这样当提高气轮机的牵引机工作温度时 , 就可大大提高动力 发生系统的热利用效率 。 铂的高熔点 “ 或 “ 和高温下的高强度 , 使它 可用 于工作温度超过镍基 、 钻基超耐热合金的极限使用温度 , 遗憾的是 , 直到现在 , 铂基合 金在这样的温度下长期应用的耐氧化性一直未能令人满意 。 不过 , 最近克莱马克斯实验 室正在探索提高这一性能 。 四 、 结语 本文着重论述了铂在能量发生系统的一些工业用途 , 很显然 , 钥在解决世界范围的 能源危机问题时将扮主要角色 , 它在许多领域的应用都会取得良好的环保效果 —代替有毒物质 , 有助于生产清洁的燃料或从烟气中清除污染 , 最终 , 为技术上可行 、 环保满 意的能源生产作 出贡献 。 我们必须看到 , 随着适 当有计划地利用本文所描述的材料 , 我们的社会就能够提早 实现有充足的能源和安全的环境两个 目标 。 西安冶金建筑学院 李淑华 摘译自美国 技术交流资料 胡家磺校