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銣銫資源應用隨科技進步不斷擴大

2016年08月22日 8:33 27065次瀏覽 來源:   分類: 其他稀有金屬

  銣銫資源
  基本特征
  銣有45個同位素(銣-71至銣-102),其中有1個穩(wěn)定同位素。天然產(chǎn)出的銣-87,為放射性同位素,它能衰變?yōu)殒J-87。銣的化學性質(zhì)比鉀活潑,在光的作用下銣易放出電子。遇水劇烈反應,生成氫氣和氫氧化銣。易與氧作用生成氧化物。因遇水反應放出大量熱,故可使氫氣立即燃燒。純金屬銣常存儲于煤油中。銣在空氣中能自燃,與水甚至同溫度低到-100℃的冰接觸都能猛烈反應,生成氫氧化銣并放出氫。
  銫(舊譯作鏭),元素符號Cs,原子序數(shù)55,原子量132.9,英文名Caesium 或 Cesium,源于拉丁文coesius(意為天藍色)。銫為金黃色堿金屬,質(zhì)地非常軟(莫氏硬度0.2,最軟的金屬)而輕(密度1.879);易熔(熔點28.44 °C,隔著玻璃管用手握一會就會熔化,是除汞外最易熔金屬),沸點678.4℃。天然產(chǎn)出的銫-133為穩(wěn)定同位素,而其他銫同位素都有放射性,且都是人工的。銫的化學性質(zhì)極為活潑,在潮濕空氣中易自燃:2Cs+3O2=2CsO3。遇空氣易氧化:Cs+O2=CsO2。銫和水的反應是爆炸性的,反應生成氫氣和氫氧化銫:2Cs+2H2O=2CsOH+H2↑。銫可在氯氣中立即自燃,生成氯化銫:2Cs+2Cl=2CsCl。銫與水和-116°C的冰反應都很劇烈;碘化銫與三碘化鉍反應能生成難溶的亮紅色復鹽。銫的火焰成比鉀深的紫紅色。
  全球儲量
  銣、銫資源主要賦存于花崗偉晶巖,鹵水和鉀鹽礦床中?,F(xiàn)在人們主要從花崗偉晶巖礦床開發(fā)回收銣和銫,主要工業(yè)礦物是鋰云母和銫榴石。
  國外花崗偉晶巖氧化銣資源儲量約為17萬噸,其中津巴布韋10萬噸,占59%;納米比亞5萬噸,占29%;加拿大1.2萬噸占7%.這三個國家氧化銣含量為16.2萬噸,占國外銣資源的95%。
  國外花崗偉晶巖氧化銫資源儲量約為18萬噸,其中加拿大8萬噸,占44%;津巴布韋6萬噸,占33%。納米比亞3萬噸,占17%。這三個國家氧化銫含量為17萬噸,占國外銫資源的94%。
  加拿大是世界上銫榴石礦最豐富的國家,曼尼托巴的伯尼克湖一坦科礦區(qū),銫榴石礦儲量達36萬噸,其平均品位達23.3%CS2O。加拿大鉭采礦工公司是世界上銫榴石的主要生產(chǎn)廠家,每年產(chǎn)出銫榴石百噸以上。津巴布韋和納米比亞還生產(chǎn)一定數(shù)量的鋰云母。
  我國的銣、銫資源豐富,且類型齊全,分布全國。我國銣資源主要賦存于鋰云母和鹽湖鹵水中,鋰云母中銣含量占全國銣資源儲量的55%,以江西宜春儲量最為豐富,江西宜春鋰云母中的銣儲量(Rb2O)40.17萬噸,是目前我國銣礦產(chǎn)品的主要來源。湖南、四川的鋰云母礦中也含有銣。青海、西藏的鹽湖鹵水中含有極為豐富的銣,是有待于開發(fā)的我國未來的銣資源。
  我國銫資源主要來源于銫榴石、鋰云母。江西宜春鋰云母中的銫儲量(Cs2O)5.43萬噸,占我國銫儲量的42.5%,居全國第一。
  銣銫鹽的生產(chǎn)和產(chǎn)能
  目前,世界上銣、銫鹽工業(yè)生產(chǎn)的主要原料是銫榴石和鋰云母。用銫榴石生產(chǎn)銫鹽多用酸法,包括硫酸法、鹽酸法、氫氧酸法,以硫酸法和鹽酸最為流行。用堿法處理銫榴石有碳酸鈉燒結(jié)法、氧化鈣-氯化鈣燒結(jié)法、氯化鈣-氯化銨燒結(jié)法等。用鋰云母生產(chǎn)銣、銫鹽時,一般采用氯錫酸鹽法、鐵氯化物、BAMBP萃取法。對于銣銫含量低的公司液體礦物,如海水、鹽湖鹵水、工業(yè)母液,一般采用吸附法和萃取法。
  當前世界上生產(chǎn)銣銫的主要原料為銫榴石、鐵鋰云母、透鋰長石、鹽湖鹵水,全球2014年的銫鹽新料產(chǎn)能約為3000噸,另外還有銫鹽回收料4500余噸,銣鹽因銷售市場和用途的原因,全球的產(chǎn)量僅為10噸左右。我國生產(chǎn)銣銫的主要工業(yè)原料是銫榴石和鋰云母。新余市東鵬化工有限責任是我國目前最大的銣鹽生產(chǎn)基地,他們利用鋰云母提鋰后的混合堿母液采用T-BAMBP萃取法從中分離,提取銣和銫,他們還利用這種萃取法提取銣、銫化合物,以不同無機酸和或有機酸進行反萃,制得多種銣、銫化合物。T-BAMBP萃取工藝目前在國外都處于領先水平。2014年該公司生產(chǎn)銫鹽新料600噸,銣鹽1~2噸(根據(jù)市場需求),總體來看,當前中國大陸的銣銫生產(chǎn)鏈還處于一個逐步發(fā)展的過程,由于應用領域的不足,無法支撐產(chǎn)業(yè)鏈的高速發(fā)展,因此,盡管我國有豐富的銣銫資源,個體企業(yè)的產(chǎn)能和產(chǎn)量都還比較小。據(jù)江特電機2013年發(fā)布的公司通告:含銣銫釩催化劑有望迅速推廣。據(jù)悉,江特電機生產(chǎn)的含銣銫催化劑已達到進口銫催化劑的標準和使用要求,部分指標超過進口產(chǎn)品,且下游龍頭企業(yè)已與公司達成協(xié)議,于2014年開始購買公司銣銫溶液進行“添加銣銫二氧化硫氧化制硫酸催化劑”的工業(yè)化生產(chǎn);目前下游市場規(guī)模約5億元,格局穩(wěn)定有序。由此可見,拓寬我國銣銫的傳統(tǒng)應用領域,對于我國銣銫工業(yè)的發(fā)展有著現(xiàn)實意義,在不太長的時間內(nèi)便會收到效果。同時,高新技術(shù)上的銣銫應用,如磁流體發(fā)電、熱離子發(fā)電、激光能轉(zhuǎn)換發(fā)電等,對銣銫工業(yè)界有極大的吸引力,一旦銣銫在這些高新技術(shù)領域應用得到成功,銣銫的應用便會上千噸甚至上萬噸。因此就銣銫的應用而言,前景廣闊。
  銣銫的應用
  由于銣銫具有獨特的性質(zhì),使其在許多領域中有著重要的用途,不但有許多傳統(tǒng)的應用領域,而且還出現(xiàn)了一些新的應用領域,特別是在一些高科技領域中,銣銫顯示出了越來越重要的作用。銣銫在電子器件、催化劑、特種玻璃、生物化學及醫(yī)藥等傳統(tǒng)應用領域中,近10年來有較大的發(fā)展;而在磁流體發(fā)電、熱離子轉(zhuǎn)化發(fā)電、離子推進發(fā)動機、激光能轉(zhuǎn)換電能裝置、銫離子云通訊等新應用領域中,銣銫也顯示了強勁的生命力。
  國外,銣銫礦產(chǎn)和銣銫化學品生產(chǎn)及其應用在地區(qū)上發(fā)展很不平衡。銣銫資源主要集中在津巴布韋、加拿大、納米比亞等國,但這些國家并不生產(chǎn)銣銫化學品,只是生產(chǎn)和出售礦物原料產(chǎn)品。
  自發(fā)現(xiàn)銣銫后的半個多世紀以來,由于其價格昂貴和人們不了解它們的獨特性能,致使其應用范圍狹小,生產(chǎn)發(fā)展緩慢。直到本世紀50年代末,由于人們對銣銫獨特性能的認識逐步深入和努力開發(fā)其應用領域,才促進銣銫資源的開發(fā)利用和提取工藝技術(shù)的進步,從而使銣銫產(chǎn)量逐漸增加。我國上世紀50年代末開始開發(fā)研究銣銫,隨著我國第一臺圖象增強X光機在上海誕生,揭開了銣銫在我國應用的序幕。之后,隨著碘化銫單晶探測器在我國問世,銣銫在催化劑、復活劑、空心陰極燈和原子鐘方面的初步應用,促使我國銣銫工業(yè)逐步發(fā)展,銣銫化學品的用量由幾十公斤增加到幾百公斤。隨著我國加大開拓銣銫應用的力度,例如拓展銣銫在催化劑方面的利用,努力改進原有銣銫催化劑的性能提高催化效力,增加應用范圍,開發(fā)新的銣銫催化劑,使其在新的合成反應中得到應用,隨世界科技的進步,銣銫的應用日益廣泛,除了傳統(tǒng)的應用領域,在以下新領域取得了突破性的進展。第一,能源轉(zhuǎn)換:以銣銫作為高溫流體添加劑的磁流發(fā)電機具有效率高、污染小、啟動快、造價低和發(fā)電費高成本低等優(yōu)點。銣銫在熱離子轉(zhuǎn)換器中的應用已取得進展,這種轉(zhuǎn)換器利用銣銫等離子的熱離子活性把熱能直接轉(zhuǎn)化成電能。第二,化學工業(yè):銣銫應用化學工業(yè)作為催化劑和助催化劑的研究取得了很大的進展,可以提高催劑的活性和選擇性,在氟化、氫化、裂化等反應中能有效地起到催化劑的作用。第三,冶金工業(yè):銣銫用于有色或黑色金屬合金的精煉中作脫氣劑和精煉劑,可配制多種熔鹽電解質(zhì)、焊接熔劑、合金添加劑等。第四,石油開采:在石油勘探和開采中,使用銣銫作交混劑,可大幅度提高石油的開采率,提高產(chǎn)量和回收率。特別是近20年來,人們在努力拓寬銣銫傳統(tǒng)應用領域的同時,還努力開發(fā)銣銫應用新領域,特別是在高新技術(shù)領域中的應用,從而加快了世界銣銫工業(yè)發(fā)展。
  市場價格
  由于整個銣銫鹽的市場需求量不大,生產(chǎn)合格產(chǎn)品的企業(yè)不多,因此總體的市場價格較為平穩(wěn),沒有大的上下波動。根據(jù)了解的市場情況,2014年的銫鹽(99.9%)銷售平均價約為10萬元/噸~15萬元/噸,小量的銷售價有過250~300元/公斤;500公斤/單以上的銷售價一般在10萬元/噸~15萬元/噸區(qū)間。銣鹽(99.9%)的銷售平均價約為200萬元/噸,因整個銣鹽的市場較小,年銷售量僅為旺季4噸/年~5噸/年,淡季1噸/年~2噸/年,基本處于有價無市的狀態(tài).由于目前生產(chǎn)銫鹽的主要原料銫榴石的產(chǎn)量和市場價格穩(wěn)定,今后兩三年內(nèi)銫產(chǎn)品的價格將會在一個較為平穩(wěn)的價位上運行。因為在使用中銣銫鹽能相互替代,而進口銫榴石的價格和含量的因素,使的銫鹽的生產(chǎn)成本較低,市場的競爭力較銣鹽高很多(銣價為銫價的10倍以上),如果國內(nèi)鋰云母生產(chǎn)成本能大幅降低,綜合銷售價格能和進口銫榴石競爭,鋰云母中的銣就能替代銫,那整個銣銫市場的需求可能就會有較大的增長。

責任編輯:李峒峒

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