我国矿产资源供需状况

我国矿产资源供需状况当今世界上的国家很少有仅靠自身的矿产资源来发展本国经济的，但是拥有丰富的矿产资源无疑是本国社会经济发展的优势。由于多种因素的影响，我国主要矿产品进口量逐年上升。1987年我国矿产品及初级加工制品出口创汇62亿美元，而进口则达98亿美元；1988年出口85.75亿美元，进口116.8亿美元，逆差达31.1亿美元。可以说我国已逐渐成为矿产资源进口大国。随着我国经济高速发展，对矿产资源需求增长很快，主要矿产资源短缺的态势日益明显。1989年我国铁矿石原矿的产量为1.7145亿吨，进口铁矿砂1259万吨。2000年现有铁矿的生产能力将减少10%～20%，因而2000年我国铁矿石产量基本稳定在目前水平。资源缺口增加，每年需进口铁矿砂2000万吨～3000万吨。预计2020年铁矿石产量可达2.8亿吨～3.0亿吨，每年需进口4500万吨～5000万吨铁矿砂。现有铜、铅、锌生产能力2000年减少30%～40%，三分之二有色金属统配矿山主要金属生产也到了中晚期。如果地质勘探无重大突破，21世纪初，我国金属矿产资源将出现全面紧缺的局面。2.金属的存在和冶炼地球上的金属资源十分丰富，除蕴藏在地壳中的外，还有数量很大的海滨沙矿和海底金属矿藏(如锰结核和重金属矿床等)，它们为人类的生活和生产提供了丰厚的物质基础。陆地上可用来制取金属的矿石大约有以下八大类：(1)天然金属矿，如金、银、铂、汞等贵金属，常以单质形式存在；(2)氧化物矿，如铝矾土Al2O3·nH2O、赤铁矿Fe2O3和锡石SnO2等；(3)碳酸盐矿，如石灰石CaCO3、孔雀石Cu2(OH)2CO3等；(4)硅酸盐矿，如绿柱石Be3Al2Si6O18、高岭石(Al2Si2O7·2H2O)等；(5)硫酸盐矿，如重晶石BaSO4、石膏CaSO4·2H2O等；(6)磷酸盐矿，如磷酸钙Ca3(PO4)2和磷酸稀土矿等；(7)卤化物矿，如岩盐NaCl、光卤石KCl·MgCl2·6H2O等；(8)硫化物矿，如闪银矿Ag2S、硫铁矿FeS2、辉钼矿MoS2等。从矿石中制取金属单质的过程叫做冶金。金属作为材料，其价值不仅取决于它在地壳中的含量和独特的性能，在很大程度上还取决于其冶炼的难易程度。例如，铝已是人们熟悉的工业金属，其蕴藏量居金属的首位，应用也很广，但在1886年以前，它比黄金还贵重。因为那时的铝是用金属钠还原氧化铝来制取的，成本极高。直到电解铝法实际用于生产后，铝才得以广泛使用。2.铁矿石的种类和特征铁矿石的种类很多，最重要的铁矿石有磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿等。铁矿石常按其含铁量的高低分为富矿(含铁量高于50%以上)和贫矿(含铁量在45%～50%以下)。在评定铁矿石的品位和质量时，除看这种铁矿石里的含铁量以外，还要看它的脉石的成分和有害杂质(硫、磷)的含量的多少。我们可以根据铁矿石的颜色、光泽、密度、磁性、条痕等性质来识别它们。(1)磁铁矿主要成分是Fe3O4，铁黑色，有时晶体带浅蓝色，具有金属光泽或无光泽，不透明，在粗瓷器上刻划，它的条痕为黑色，硬度5.5～6.5，密度4.9g/cm3～5.2g/cm3，具有强磁性，能吸引小铁钉，是良好的导电体。(2)赤铁矿主要成分是Fe2O3，颜色暗红，含铁量越高的颜色就越深，甚至接近黑色，但是它的条痕仍然是红色。它的硬度介于5～6之间，密度5.0g/cm3～5.3g/cm3，不具有磁性，通常成致密块状产出，表面呈鱼子状或肾状；有时也成结晶的块状(称为镜铁矿)或土状产出。(3)褐铁矿主要成分为含水氧化铁(mFe2O3·nH2O)，随所含杂质的不同，矿石的颜色呈黄褐色、褐色或黑褐色，条痕都为黄褐色。它的硬度5～5.5，可用小刀划动，密度3.3g/cm3～4.0g/cm3，无磁性。(4)菱铁矿主要成分为FeCO3，有黄白色、浅褐色或深褐色，条痕是白色或浅黄色。它的硬度3.5～4.5，小刀易划动，密度3.8g/cm3～3.9g/cm3，性脆，无磁性。遇热浓盐酸能溶解，同时产生二氧化碳。4.金属的腐蚀与防护当金属和周围介质接触时，由于发生化学和电化学作用而引起的破坏叫做金属的腐蚀。从热力学观点看，除少数贵金属(如Au、Pt)外，各种金属都有转变成离子的趋势，就是说金属腐蚀是自发的普遍存在的现象。金属被腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能方面都将发生变化，造成设备破坏、管道泄漏、产品污染，酿成燃烧或爆炸等恶性事故以及资源和能源的严重浪费，使国民经济受到巨大的损失。据估计，世界各发达国家每年因金属腐蚀而造成的经济损失约占其国民生产总值3.5%～4.2%，超过每年各项天灾(火灾、风灾及地震等)损失的总和。有人甚至估计每年全世界腐蚀报废和损耗的金属约为1亿吨!因此，研究腐蚀机理，采取防护措施，对经济建设有着十分重大的意义。金属防腐蚀的方法很多，主要有改善金属的本质，把被保护金属与腐蚀介质隔开，或对金属进行表面处理，改善腐蚀环境以及电化学保护等。(1)改善金属的本质根据不同的用途选择不同的材料组成耐蚀合金，或在金属中添加合金元素，提高其耐蚀性，可以防止或减缓金属的腐蚀。例如，在钢中加入镍制成不锈钢可以增强防腐蚀能力。(2)形成保护层在金属表面覆盖各种保护层，把被保护金属与腐蚀性介质隔开，是防止金属腐蚀的有效方法。工业上普遍使用的保护层有非金属保护层和金属保护层两大类。它们是用化学方法，物理方法和电化学方法实现的。①金属的磷化处理钢铁制品去油、除锈后，放入特定组成的磷酸盐溶液中浸泡，即可在金属表面形成一层不溶于水的磷酸盐薄膜，这种过程叫做磷化处理。磷化膜呈暗灰色至黑灰色，厚度一般为5μm～20μm，在大气中有较好的耐蚀性。膜是微孔结构，对油漆等的吸附能力强，如用作油漆底层，耐腐蚀性可进一步提高。②金属的氧化处理将钢铁制品加到NaOH和NaNO2的混合溶液中，加热处理，其表面即可形成一层厚度约为0.5μm～1.5μm的蓝色氧化膜(主要成分为Fe3O4)，以达到钢铁防腐蚀的目的，此过程称为发蓝处理，简称发蓝。这种氧化膜具有较大的弹性和润滑性，不影响零件的精度。故精密仪器和光学仪器的部件，弹簧钢、薄钢片、细钢丝等常用发蓝处理。③非金属涂层用非金属物质如油漆、塑料、搪瓷、矿物性油脂等涂覆在金属表面上形成保护层，称为非金属涂层，也可达到防腐蚀的目的。例如，船身、车厢、水桶等常涂油漆，汽车外壳常喷漆，枪炮、机器常涂矿物性油脂等。用塑料(如聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等)喷涂金属表面，比喷漆效果更佳。塑料这种覆盖层致密光洁、色泽艳丽，兼具防蚀与装饰的双重功能。搪瓷是含SiO2量较高的玻璃瓷釉，有极好的耐腐蚀性能，因此作为耐腐蚀非金属涂层，广泛用于石油化工、医药、仪器等工业部门和日常生活用品中。④金属保护层.它是以一种金属镀在被保护的另一种金属制品表面上所形成的保护镀层。前一金属常称为镀层金属。金属镀层的形成，除电镀、化学镀外，还有热浸镀、热喷镀、渗镀、真空镀等方法。热浸镀是将金属制件浸入熔融的金属中以获得金属涂层的方法，作为浸涂层的金属是低熔点金属，如Zn、Sn、Pb和Al等。热镀锌主要用于钢管、钢板、钢带和钢丝，应用最广；热镀锡用于薄钢板和食品加工等的贮存容器；热镀铅主要用于化工防蚀和包覆电缆；热镀铝则主要用于钢铁零件的抗高温氧化等。(3)改善腐蚀环境改善环境对减少和防止腐蚀有重要意义。例如，减少腐蚀介质的浓度，除去介质中的氧，控制环境温度、湿度等都可以减少和防止金属腐蚀。也可以采用在腐蚀介质中添加能降低腐蚀速率的物质(称缓蚀剂)来减少和防止金属腐蚀。(4)电化学保护法电化学保护法是根据电化学原理在金属设备上采取措施，使之成为腐蚀电池中的阴极，从而防止或减轻金属腐蚀的方法。①牺牲阳极保护法牺牲阳极保护法是用电极电势比被保护金属更低的金属或合金做阳极，固定在被保护金属上，形成腐蚀电池，被保护金属作为阴极而得到保护。牺牲阳极一般常用的材料有铝、锌及其合金。此法常用于保护海轮外壳，海水中的各种金属设备、构件和防止巨型设备(如贮油罐)以及石油管路的腐蚀。②外加电流法将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及河水中金属设备的腐蚀。金属的腐蚀虽然对生产带来很大危害，但也可以利用腐蚀的原理为生产服务，发展为腐蚀加工技术。例如，在电子工业上，广泛采用印刷电路。其制作方法及原理是用照相复印的方法将线路印在铜箔上，然后将图形以外不受感光胶保护的铜用三氯化铁溶液腐蚀，就可以得到线条清晰的印刷电路板。三氯化铁腐蚀铜的反应如下：2FeCl3+Cu==2FeCl2+CuCl2此外，还有电化学刻蚀、等离子体刻蚀新技术，比用三氯化铁腐蚀铜的湿化学刻蚀的方法更好，分辨率更高。五、资料1.分散体系一种物质(称为分散相)的粒子分散到另一种物质(称为分散介质)中所形成的体系叫做分散体系。按照分散相和分散介质的存在状态不同，分散系可分成九种类型。分散相分散介质实例气液泡沫液液酒、醋、煤油在水中形成的乳浊液固液糖水，粘土在水中形成悬浊液气固木炭、砖块液固湿砖块、珍珠固固合金、有色玻璃气气空气、爆鸣气液气云、雾固气烟、尘如果分散介质是液态的，叫液态分散体系，在化学反应中此类分散体系最为常见和重要，水溶液、悬浊液和乳浊液都属液态分散体系。溶液、悬浊液和乳浊液中分散相粒子的线性大小(近似其直径大小)没有绝对的界限。一般地说，分散相的粒子的线性大小小于10-9m时是溶液，溶液里的粒子实际上处于分子、离子或水合分子、水合离子的状态。分散相的粒子的线性大小在10-9m～10-7m之间的是胶体。分散相的粒子的线性大小在10-7m～10-3m之间的是悬浊液或乳浊液。在分散体系中，分散相的颗粒大小有所不同，分散体系的性质也随之改变，溶液、胶体和浊液各具有不同的特性。2.可湿性粉剂可湿性粉剂是农药的一种剂型，可制成悬浊液，进行喷雾。它是用农药原粉加入一定量的润湿剂和填充料，通过机械碾磨、过筛制成。其规格要求99.5%的粉粒通过200号筛目，即粉粒直径应在7.4×10-5m以下。3.乳浊液在自然界、工农业生产以及日常生活里常遇到乳浊液，如牛奶、石油原油、橡胶的乳胶、油漆等都是乳浊液。我们常把乳浊液分为两种类型，即油—水型，以O/W表示；水—油型，以W/O表示(O表示所有不溶于水的液态物质，W表示水)。例如，植物油分散到水里，这个分散体系是油内水外，用O/W表示；由地下开采出来的石油原油里含有少量分散的水，这个分散体系是水内油外，用W/O表示。有的乳浊液比较复杂，例如，牛奶就是一种复杂的液态分散体系。经过分析，一般牛奶里平均含有酪素3%，乳蛋白0.53%，脂肪3.64%，乳糖4.88%，其余是水分。脂肪和水形成乳浊液，酪素和乳蛋白均形成胶体，乳糖形成溶液。一般地说，一个多相液态体系，其中有一种不溶于水的液体以小液滴(直径在10-7m～10-3m)的形式存在的，就叫乳浊液。因此，牛奶仍可称乳浊液，属于O/W型。4.乳化剂乳化剂是乳浊液的稳定剂，是一类表面活性剂。乳化剂的作用是：当它分散在分散质的表面时，形成薄膜或双电层，可使分散相带有电荷，这样就能阻止分散相的小液滴互相凝结，使形成的乳浊液比较稳定。例如，在农药的原药(固态)或原油(液态)中加入一定量的乳化剂，再把它们溶解在有机溶剂里，混合均匀后可制成透明液体，叫乳油。常用的乳化剂有肥皂、阿拉伯胶、烷基苯磺酸钠等。20世纪60年代以来，人们开始重视表面活性剂使用的安全性，加强了对无毒、生物降解性好的非离子乳化剂的研究。在食品、化妆品、医药等行业限制某些乳化剂的使用，开发出山梨酸醇脂肪酸酯类、磷脂类、糖脂类乳化剂等新型乳化剂。20世纪80年代以来，人们对乳化剂提出多功能、高纯度、低刺激、高效率的更高要求，开发出更多的新型乳化剂。目前乳浊液的种类已从传统的水包油型和油包水型扩大到多重乳浊液、非水乳浊液、液晶乳浊液、发色乳浊液、凝胶乳浊液、磷脂乳浊液和脂质体乳浊液等多种形式。5.污水的处理人类在生产和生活中排放的污染物，有些会进入水体，溶入水中或混入水中，会造成水污染。例如，工业排放的废水、生