书城童书地球有话说
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第17章 丰富的资源(8)

金刚石最常见的用途,就是制作用于划玻璃的玻璃刀。不过,用金刚石做玻璃刀,用量毕竟十分有限。在生产中,消耗金刚石最多的部门,是机械工业和地质钻探。

在机器制造工厂,用车床切削金属时,要用各种车刀。用金刚石做成的车刀,在高速切削时,具有万夫不当之勇。一把金刚石车刀安装在车床上切削工件,能行进1968000米而不卷刃;可是一把硬质合金车刀,却只能行进34000米。据研究,金刚石刀具比碳化钨耐用68倍,比高速工具钢耐用246倍,能切削任何特硬材料。特别是切削诸如红宝石、蓝宝石、单晶硅、光学石英等很硬的材料时,就非金刚石车刀莫属了。金刚石真不愧为攻无不克、战无不胜的“常胜将军”!

有意思的是,金刚石还善于切削特软而有弹性的材料,如橡胶、塑料等制品。用金刚石车刀切削塑料,比用硬质合金车刀可提高工作效率900倍以上。

我们的眼睛,是无法看到地底下的情况的。地质人员根据地表的实际观察,理论的研究,从而推断地下某一地方可能有矿。可是为了验证推断是否正确,就需要将地底下的岩石或矿石取出来看一看。怎么取呢,这就需要钻探。钻探就要用钻探机,在钻探机的钻头上,常常镶着许多金刚石。钻探机上安了金刚石钻头,那真是如虎添翼,它能毫不费劲地攻破顽石,凿穿地层,带着人们的希望向地下宝藏进军。用金刚石钻头钻探,远比用硬质合金钢钻头钻进速度快,且成本低。

细粒金刚石是极好的磨料。用金刚石粉琢磨宝石金刚石几乎是唯一的方法。用金刚石碎屑制成的砂轮,可用于各种仪器的精密加工。

坚硬无比的金刚石还有一个用途,就是做拉丝模。金刚石拉丝模用来抽拉高质量的细金属丝,可以细到0001毫米。用它抽出的金属丝不仅粗细均匀,而且表面光洁。

在一些精密仪器中,用金刚石做耐磨的轴承、竖轴和枢轴等,也是利用金刚石的一个方面。

金刚石还是一种半导体和很好的热传导体,在电子工业和空间技术领域里,都非常有用。正因为金刚石有着上述重要的用途,因而,金刚石极受人们的青睐,被列为特殊的战略物资。

迄今为止,人们开采金刚石,只能从埋藏有金刚石的原生矿床和次生砂矿矿床中获得。次生砂矿床,是含有金刚石的岩石被风化后,流水把岩石碎屑向别处搬运过程中,把金刚石携带到水流平稳的地方沉积下来形成的。也就是说,发现次生砂矿床,从逻辑上就可以推断在其附近或周围地区一定埋藏有金刚石的原生矿床。那么,原生矿埋藏在什么地方呢?经过多年的探索与研究,我们已经知道,原生的金刚石只存在于一种稀少而又特殊的“金伯利岩”体中。也就是说,要问金刚石哪里找,只能到金伯利岩体中去找。

金伯利岩体的形成与火山活动密切相关。我们知道,地球在漫长的形成过程中,地壳中产生了无数大大小小的断裂带,这些地球身上留下的创伤,是地壳的薄弱地带。地下深处灼热的岩浆在强大的内压力作用下,常常会沿着这些断裂带侵入地壳或喷出地表。岩浆在向上运动过程中,由于出路(火山口)常常被堵死,上升的岩浆在极其巨大的压力下逐渐冷却凝结。其中含有少量纯碳,在高温高压下便结晶为金刚石。由于这种含金刚石的岩石,首先是在南非金伯利城附近的火山岩管中发现的,所以就被称作金伯利岩。这种岩石大多是在距今007亿~104亿年前形成的,因而这一时期是金刚石形成的最重要时期。

岩管中的金伯利岩在漫长的地质年代中,受到风化破坏,变成一种蓝色的泥土,金刚石由于又硬又稳定,便毫无变化地藏在了这些泥土中,随后随着流水运动到低处沉积下来,便形成我们前面所讲的含金刚石的次生砂矿床。

大约在2500年前,金刚石首先在印度被发现。但在我国发现的较晚,相传在明朝时,在我国湖北长江流域曾发现了金刚石,清朝时,在山东沂蒙山区也曾发现有金刚石;而有计划地开展金刚石的地质找矿工作,却是新中国成立之后的事情了。本世纪50年代,在沅江流域首次找到具有经济价值的金刚石砂矿床;60年代在沂蒙山区发现原生矿床;70年代,在该地又发现了规模较大、品位较高,具有重大经济价值的原生矿床;进入80年代,我国又在辽宁南部发现了3个金伯利岩带,上百个岩体。此外,在贵州和内蒙古也发现了极富远景的金伯利岩体和金刚石矿床。从而使我国的金刚石探明储量,跃居世界第六位。并于1977年12月和1981年8月在山东的沂蒙山区,相继发现了常林钻石(重1580786克拉)、陈埠1号(重124027克拉)等多颗宝石级大钻石。

目前,我国的金刚石主要产自山东、湖南、辽宁等省。其中,山东沂蒙山区天然金刚石的探明储量占全国一半多,山东省金刚石产量占全国产量的4/5以上,是我国最重要的天然金刚石产区。

随着生产的发展,工业上金刚石的需要量急剧增加,天然金刚石越来越供不应求。于是,人们根据金刚石是碳在高温高压下形成的原理,纷纷研究人造金刚石。1953年,瑞典的ASEA公司第一次合成人造金刚石成功,不久之后,各国相继研究了不同的生产方法,并投入了工业生产。我国在60年代之后也逐渐大规模生产人造金刚石。

人工合成金刚石,主要是将石墨放在触媒中,加高温和高压,石墨即转变为金刚石。但这样生产的金刚石颗粒小、成本高、技术难度大,而且生产的多为工业金刚石。1989年,郑州磨具磨削研究所青年工程师郑周经过刻苦研究,认真探索,在常压大气开放条件下,用火焰法合成了金刚石和有特殊用途的金刚石薄膜,把我国人工合成金刚石的研究和生产推上了一个新高度。使我国成为继日、美之后掌握这项先进技术的国家。

总之,我国不仅是世界上金刚石储量比较丰富的国家,也是世界上人造金刚石合成技术水平最高的国家之一。

液态金属——汞

一说到金属,大家就会联想到固体。这是因为我们平常见到的金属几乎都是固体的缘故。但是,是不是还有液态的金属呢?有,在常温下,汞就是唯一呈液态的金属。

其实,汞对大家来说并不神秘,它就是我们常说的水银。为什么把汞叫水银呢?这主要与汞的一些特性有关。

汞并不是在任何情况下都呈液态,它只是在常温下呈液态。如果温度在零下3807摄氏度时,它会变成美丽的银蓝色固体;如果温度在357025摄氏度时,它又会沸腾气化。汞在常温下是稳定的,但如果加热至近于沸点时,它便会氧化成红色的氧化汞。汞虽能溶于水,但与水不起化学反应,与盐碱和稀硫酸以及碱也不起作用。汞在低温时不导电,但当它在高温下时,则既导电又能发射绿色光和紫外线光谱。

此外,汞易流动,又能挥发,它的蒸气有毒,但硫黄却能制服它,所以当少量汞洒落时,我们必须尽可能地收集起来或用硫黄粉覆盖处理。

汞是一种银白色、有极强金属光泽的液体,它很重,密度为1306,也就是说,它比银和铝都重。正由于此,人们才给它取一个形象的名字——水银。它在现代生活中有着广泛用途。

由于汞在0~200摄氏度之间时,体积膨胀系数变化均匀且不会沾湿玻璃,因此我们便用它制作温度计;由于它化学活动性小,易流动、密度大,我们又常常把它用在真空泵、气压计和水银蒸气灯等的制造上。

除上述特性外,汞最有趣的性质之一,是具有溶解除铁和铂以外几乎所有的金属的特性,它与这些金属所组成的合金统称为汞齐。汞齐可以呈液态,也可以是糊状或固体,汞齐中的金属仍保留它原有的性质。人们在很久以前便利用汞的这个性质来提取金、银。汞的合金由于有可塑性和易硬性,因而我们在医院里常见到医生用有锡、银或金的汞剂来补牙。

在医药上,有许多汞的化合物,像日常外伤用的红药水,做泻药用的甘汞、消毒用的升汞、中药用的朱砂等都是汞的化合物。

此外,爆破上用的雷汞也是用汞制造的。

据不完全统计,目前汞在冶金、电气、仪表、化工、农业、美术、医学等方面的用途达1000多种,而且在现代国防及宇航科学领域中也有许多用途。

汞在地球上是很分散的,成因也较复杂。我国的汞矿多是原生沉积的。含汞的矿物在自然界有20多种,但主要以辰砂(硫化汞)为主。辰砂是因为在我国湖南辰州所产的硫化汞质优量多,故如此称之。

我国汞矿的开发历史非常悠久,约在4000年前就已能大量生产水银。据文献记载,我国在3000年前就已利用汞治癞病了。秦汉时开采的汞矿除用作药材外,还用作颜料。朱砂的名字就是因为它呈鲜艳的朱红色而来的。

辰砂在我国古代是一种贵重的药物。历代的“金丹家”和药物学家都非常重视它,他们期望用它来炼制成黄金或仙丹,以求发财或长寿,并给了它“灵液”“姹女”“青龙”等美称。这实在是无知和梦想。因为许多金丹家,甚至皇帝,都是由于过量服用用汞炼制的“仙丹”而一命呜呼的。

我国的汞矿,古今中外早已有名。汞虽然在地球上是很分散的,但我国的汞矿床却以规模大、品位高而著称。我国汞矿的探明储量目前居世界第三位,汞矿几乎遍及全国。其中,贵州、湖南、四川、广西和云南等省产汞最多,尤以贵州最著名。贵州的探明储量和年产汞量均占全国总量的80%以上,有“汞矿省”之称。贵州汞矿(万山)是目前我国最大的汞和朱砂生产基地。1980年,我国就曾在万山发现一颗世界罕见的辰砂晶体,长6504毫米,宽35毫米,高37毫米,净重237克,是世界最大的辰砂晶体,故取名为“辰砂王”,现藏于北京地质博物馆。