科普-中华学生百科全书-第707部分

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　　　　天然红、蓝宝石，由于价格太昂贵，工业上是用不起的。经多年研究，

人们已能人工生产红、蓝宝石了。它们主要用来制造钟表和各种仪表的轴承，

还用来作小型仪表的玻璃。以及作为激光材料。

　　　　我国的铝土矿是很丰富的。探明储量已在　11　亿吨以上，仅次于澳大利

亚、巴西、几内亚，居世界第四位。我国的铝土矿在分布上是极不均衡的，

主要分布在山西、河南、贵州、山东等省。像山西的孝义、河南的巩县、贵

州的修文、山东的淄博等地均有储量相当丰富的大型铝土矿藏。

　　　　我们坚信，随着我国地质勘探事业的发展，必将有更多的铝土矿藏被发

现，我国的炼铝工业也必将得到高速发展。

　　　　轻金属——镁

　　　　镁被称为铝的“小弟弟”。一来，它比铝还轻；二来，在地壳中含量仅

次于铝，它的丰度为铝的四分之一。

　　　　镁的化学性质比铝更活泼，因此，要从矿石中提取它，更为困难。工业
制取镁，常利用在钾的矿床中发现镁的复盐光卤石（MgCl2·KCl·6H2O）。

或将白云石分解为氧化镁再用硅铁还原。好在海洋是它的一个丰富的来源。

它大量存在于海水中，人们知道，海洋中所有的各种溶解物相当于海水总量

的　3．5％，在这些溶解物中，有　3．7％的镁离子。因此，在海洋里含有　2000

亿吨镁，可以说是取之不尽，用之不竭了。事实上，凡是能够以某种划得来

的成本从海水中提取出来的任何一种元素，都可以看做是取不尽、用之不竭

的元素，因为它在用掉以后，最后又会回到海里。据估计，如果在　100　万年

以内每年都从海水里提取　1　亿吨镁的话，海洋里的含镁量只会从目前　0．13％

下降到　0．12％。

　　　　有些国家从海水中吸取镁，选用的办法是先把海水泵进巨大的储槽里，

然后加进氧化钙（氧化钙也是从海中，即从牡蛎壳中取得的）。这样，使海

水中的镁离子形成氢氧化镁，由于氢氧化镁是不溶解的，它会从溶液中沉淀

下来。在氢氧化镁加进盐酸后，氢氧化镁就会转变为氯化镁，进而可得到焙

烧过的氯化镁。再将熔融的氯化镁进行电解，便制得金属镁。这种类似生产

铝的过程，当然需要消耗大量的电能。

　　　　纯镁并不作结构材料使用，因为它的强度不高。而且镁是可燃金属，它

在温度　550～600℃时就会剧烈燃烧。但镁可与铝、锌、锰等金属制成合金。

它们之中最主要的两组是镁、铝、锌合金和带有少量钍或锆添加物的镁、铈

合金。

　　　　镁合金最主要的优点在于它能很好地进行切削加工。在同样的切削速度

条件下，其切削应力，镁大约是黄铜的　1／2，而只是钢的　1／6。

　　　　镁合金可以制造飞机、快艇，可以制成照明弹、镁光灯，还可作为火箭

的燃料。人们日常用的压力锅及某些铝制品中也含有镁。农业有一种镁肥，

其主要成分就是镁。镁是组成植物叶绿素的主要元素，又能促进作物对磷的

吸收作用。作物缺镁，光合作用就减少，生长停滞，叶片发黄并出现斑点，

镁还是冶炼某些珍贵的稀有金属（如钛）的还原材料。

　　　　镁砖是含氧化镁　80％～88％以上的碱性耐火材料，它能耐　2000℃以上的

高温，对碱性炉渣有高度稳定性，主要用于碱性炼钢平炉和其他碱性冶金炉

以及水泥窑的炉衬。镁氧水泥是由轻质氧化镁粉末与氯化镁或硫酸镁溶液调

制而成的胶凝材料，硬化快，强度高。可掺和木屑、刨花等为填料，用作建

筑材料，也用于制造人造石、刨花板等。氯化镁还可以作凝乳剂。点豆腐的

卤水，其主要成分就是氯化镁。在医药上常用硫酸镁作泻药。

　　　　金属镁主要是从菱镁矿、海水中以及湖盐中提炼。菱镁矿不仅可提炼金

属镁，还是重要的耐火材料和水泥原料。我国的菱镁矿很丰富，储量占世界

总储量的　60％以上，产量也居世界首位。

　　　　当今世界上生产海水镁矿的　3　个主要国家分别是美、日、英。目前，美

国共有　7　家公司的　8　个工厂生产海水镁矿，年生产能力为　77．5　万吨，占全国

镁矿生产总量的　74％，成为世界上海水镁矿生产最多的国家。

　　　　日本生产海水镁矿的能力达到年产　70　万吨，位居世界第二位。

　　　　目前世界海水镁矿的年产量已达　270　万吨，约占镁矿总产量　1／3。我国

由于陆地天然菱镁矿资源丰富，镁及镁的化合物的来源主要靠陆地解决，只

是根据需要每年利用制盐卤水生产一些氯化镁。我国海水镁矿的开发，近　10

年进行了一些研究和试生产，研究的内容包括产品种类、海水预处理、沉淀

剂、降硼等方法，并取得了可喜的成绩。

　　　　“时代的金属”——钛

　　　　如果说钢是　19　世纪中叶轰动世界的金属，铝是　20　世纪初期轰动世界的

金属，镁是　20　世纪中叶轰动世界的金属，那么，下一个轰动世界的新金属将

是钛——人称“我们时代的金属”。

　　　　钛对于我们来说是比较陌生的。因为我们真正认识它的本来面目只是近

些年的事情。钛是一种不寻常的金属，它兼有质量轻、强度大、耐热耐冷、

耐腐蚀和原料丰富五大优点。

　　　　如钛的比重比钢轻近一半，但强度却比不锈钢高　3．5　倍，比铝高近　20

倍，在…253℃～500℃的温度范围内，它能镇定自如，仍保持其高强度。我们

在分类时往往把钛算做“稀有”金属，这的的确确有点名不副实。它在地壳

里含量占地壳的　1‰。这个数字告诉我们，它的储量比银的蕴藏量多几万倍，

比锡高上百倍，铜的蕴藏量也只有它的几十分之一。我们随便从一把泥土，

其中都含有千分之几的钛。你看，钛能算“稀有金属”吗！

　　　　钛由于有上述极为独特的优点，因而在目前，尤其是未来有着极为广泛

的用途，故又有“未来的金属”之称。

　　　　如果我问你，飞机是用什么金属制造的？你会毫不犹豫地回答，是铝镁

合金呗。是的，铝镁合金是制造飞机的主要材料。但随着航空工业的发展，

飞机的飞行速度也越来越快。特别是当飞机的飞行速度达到音速二三倍时，

飞机表面与空气摩擦产生的高温可达摄氏四五百度。这时铝镁合金便难以承

受，就必须由钛合金来取而代之了。因此，钛和钛合金便

　　　　成为制造飞机、枪炮、船舰等现代武器不可缺少的材料。如果我们用钛

制造坦克的履带，可使坦克重量减轻　40％，这对提高坦克的机动能力来说，

真是太有用了。

　　　　除了飞机之外，钛在宇宙空间还大显神通。现在，钛及钛合金主要用来

制造火箭、导弹发动机的外壳，燃料和氧化剂的储箱以及宇宙飞船的船舱、

骨架等等，可使导弹、火箭、宇宙飞船的体重减轻数百公斤。这不但能很好

地改善它们的飞行性能，而且可以节省大量昂贵的高级燃料，降低制造和发

射费用。所以，人们又把钛称做“空间金属”。

　　　　钛还有极高的抗腐蚀能力，有人曾经把一块钛片扔到海里，5　年之后捞

出来一看，钛片照样闪闪发光。由此，钛及钛合金便又成为制造军舰、潜艇、

船舶部件的材料。用钛制造的潜水艇，不仅经得起海水常年累月的腐蚀，而

且由于重量大大的减轻，可比不锈钢制造的潜水艇潜水深度增加　80％。

　　　　不怕酸碱腐蚀的钛及钛合金，还被人们广泛应用于石油化工、冶金、制

药、造纸、纺织、漂白、食品、电镀等工业部门，让其大显身手。

　　　　钛还有一个“怪脾气”，就是非常乐意和氧、氮结合在一起。不过，它

和氧、氮的结合，对我们来说有时并没有什么好处。这是因为钛只要和氧、

氮一接触，那怕是吸收了千分之几的氧和氮，就会变成毫无价值的东西。钛

的这一特性给我们提炼钛增加了相当的困难。但我们也可以把坏事变好事。

比如，我们让钛粉和氧气迅速结合并燃烧，便能够产生强烈的高温和光辉。

我们不止一次地看过节日夜晚绚丽多彩的焰火吧？这里就有钛的一份功劳。

我们还可以根据这个原理，制造军事上常用的信号弹。我们还可以利用钛对

空气的强大吸收力，除去空气，造成真空，这对电子计算机、原子能等工业

来说，有着极为重大的意义。

　　　　钛还可以应用于医疗上。人的骨头坏了，用钛片、钛螺丝钉修补，几个

月后，骨头就重新生长在钛片的小孔和螺丝钉的螺纹里，新的肌肉就包在钛

片上。这样，骨头就和真的一个样子。据推测，用这种材料制成的人工关节

可连续使用　140　年。

　　　　由于钛的高强度、耐高温和耐蚀性，加上它质轻的优点，在未来的工业

技术中，无疑将越来越占据显著的地位。那时制取钛和它的合金的方法将更

为完善。很可能用钛合金制成的汽车不久将出现在马路上。钛合金制成的车

身与铸钢制成的车身相比，将减轻一半的重量。其实，现在在欧洲城市的街

道上可以遇到几十种形形色色的时髦自行车，这些自行车不仅结构不凡，而

且用于制造框架的传统材料——钢，已经开始让位给其他金属。用钛合金制

造的自行车，每辆总共只有　7　公斤重。

　　　　这些年来，掀起了世界性的超导研究热潮，我们中国走在了世界超导研

究的前列，特别是用钛合金研制的超导材料，是许多国家望尘莫及的。

　　　　钛的化合物也有许多重要用途。如军事上的四氯化钛可以制造人造雾来

迷惑敌人。

　　　　而二氧化钛又叫钛白，许多东西只要一挨它，马上就会变得雪白。它是

白油漆里最好的颜料，也是世界上最白的涂料，它还可以作人造丝的减光剂，

白色橡胶和高级纸张的填料等。钛酸钡还是发射和接收超声波的极好材料，

用它制造的超声波鱼群探测仪、水底探测仪、金属探伤仪等等，像一双犀利

神奇的眼睛，用于探测鱼群的行踪，侦察水下情况，检查金属的伤病等，它

们已成为我们生产活动的好助手。

　　　　钛的老家在陆地上的岩浆岩中，岩浆岩被外力破坏后，被河流搬运到海

边沉积下来，形成含有钛的钛铁矿和金红石，它们是钛的重要来源。此外，

主要的含钛矿物还有钛磁铁矿、钙钛矿等，它们大都分布在地质历史时期岩

浆活动剧烈的地方。

　　　　我国是世界上钛储量最多的国家。我国钛的探明储量占世界探明总量的

72％，这是高速发展我国钛工业极为有利的条件。

　　　　说到这里，我们还需要说一说和钛像孪生姐妹一样，形影不离地住在一

起的钒。纯净的钒是没有什么用处的，但钒合金却有广泛的用途。如钒铁合

金是制造船舶、钢轨等的好材料；钒铝合金由于有轻、硬、耐腐蚀等特点，

更是制造水上飞机、汽艇等的专用材料。此外钒合金还广泛用于其他机器制

造方面。我国也是世界上钒最多的国家，我国钒的储量占世界总储量的　68％

以上。

　　　　我国最大的钒钛蕴藏地和生产基地，是位于四川和云南交界处崇山峻岭

中的攀枝花。

　　　　攀枝花正好位于攀枝花——西昌大裂谷上，地质历史上多次剧烈的岩浆

活动，使这里蕴藏了我国　20％的铁、87％的钒、93％的钛，还有数量惊人的

镓、钪、钴等稀有金属。此外，还有丰富的水力、木材和煤炭。

　　　　攀枝花之所以闻名世界，就是因为它有世界一半以上的钒和钛。神奇的

土地哺育了一代又一代不断创造奇迹的人。这里不仅已成为我国十大钢铁企

业之一，更重要的是已成为世界闻名的钒钛生产基地。特别是攀钢人创造的

用普通大型高炉一次性炼钢提钒钛新工艺，这在世界上是独一无二的。攀钢

的崛起，不仅使得我国成为世界上最主要的钒钛生产国，也为我国实现工业

现代化奠定了基础。

　　　　“工业的黄金”——铜

　　　　铜是人类普遍使用最早的金属。人类在经过漫长的石器时代之后，在劳

动中最早发现并使用的金属就是铜。人类也就是从这时起，开始用金属来制

造自己必需的武器和生产工具。由于这一时期人类使用的武器和工具主要是

用铜制造的，故而我们把这一时期叫做“铜器时代”。据考古研究证明，埃

及人早在公元前就已认识铜了。我国劳动人民也早在　4000　年前就已开始使用

铜，是世界上最早使用铜的国家之一。由于铜器比石器好用得多，而且损坏

了可以再冶炼重新制造。因而，铜器的使用标志着人类发展上的一个重大进

步。

　　　　我们的祖先一开始使用的是纯铜，即红铜。红铜之后，发展到使用铜锡

合金的青铜。青铜熔点比红铜低，硬度大，而且又比较耐腐蚀，因此得到广

泛的应用。距今两三千年前的商、周时代，我国当时已有世界上规模很大，

发达的青铜器制造业。当时已不止能制造小型的器物，还能制造大型的食具、

酒器和武器。如著名的“司母戊”大方鼎，高　137　厘米，长　110　厘米，宽　78

厘米，重　875　公斤，造于商代后期，是我国青铜时代杰出的代表作。

　　　　据研究，商代冶炼青铜的铜矿物主要是孔雀石。这是因为孔雀石是含铜

的硫化矿物在地表氧化，然后与矿物发生化学反应而形成的，它常呈美丽的

绿色和翠绿色，十分引人注目，同时孔雀石的熔点比较低，容易从中炼出铜，

因此利用的最早。

　　　　铜之所以最先被我们的祖先发现并使用，不外乎有这样几点原因：一是

铜经常以自然铜状态出现。而自然铜不需冶炼就能使用，这对人类来说是很

省事的；同时它的美丽的红色