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第789节

科普-中华学生百科全书-第789节

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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 158.786 克拉)、陈埠 1 号(重 124.27 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 38.7℃时,它会变成美丽的银蓝色固体;如果温度在 357.25℃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,但硫磺却能制服它,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 13.6,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℃之间时,体积膨胀系数变化均匀且不会沾湿玻璃,

因此我们便把它用于制做温度计;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,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,作泻药用的甘

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 4 千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

药才外,还用作颜料。朱砂的名字就是因为它呈鲜艳的朱红而来的。

    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 65.4 毫

米,宽 35 毫米,高 37 毫米,净重 237g,是世界最大的辰砍晶体,故取名为

“辰砂王”,现藏于北京地质博物馆。

    深海珍宝——锰结核

    锰结核这个名称的来历,是和它的构造紧紧联系在一起的。这种矿产含

锰、铁较多,加之每块矿石往往都有一个由生物骨骼或岩石碎片构成的核,

所以被称作锰结核或铁锰结核。它最早是在 100 多年前,即 1873 年 2 月由深

海考察船“挑战者”号在进行海洋环球考察过程中发现的。

    1872 年,英国海洋调查船“挑战者”号,在海洋学家汤姆森教授的率领

下从英国希尔内斯港出发,驶向浩瀚的大西洋。1873 年 2 月 18 日,“挑战

者”号航行到加纳利群岛的费罗岛西南大约 300 公里的海域作业,他们用拖

网采集洋底沉积物样品时,偶然发现了一种类似鹅卵石的东西,他们当时还

没想到,沉睡在海底亿万年的深海珍宝让他们发现了。1873 年 3 月 7 日,他

们再次从拖网中发现了这种奇怪的鹅卵石。之所以奇怪,是因为鹅卵石大都

分布在海滨和浅滩,四五千米深的大洋底哪来的鹅卵石呢?这一次,引起了

汤姆森教授的极大兴趣,他当即作了记录。后来,他们又在大西洋、印度洋

和太平洋采得了这种鹅卵石,这些样品被大英博物馆当作海底珍品收藏了起

来。1882 年,约·雷默爵士和地质学家雷纳教授才系统地对这些样品进行了

研究,9 年以后,他们俩发表了详细的研究报告,把这种鹅卵石正式命名为

“锰结核”。

    为了更多地得到海洋矿产资源,从 70 年代起,许多国家把深海底锰结核

的开发研究,列为海洋科学研究的重要课题,并首要进行矿区的锰结核分布、

储藏量、金属含量和开采环境条件方面的调查。通过调查证实,锰结核的储

藏量极为巨大,分布面积甚广。根据分析,结核中除了铁和锰外,还含有铜、

镍、钴等 30 多种金属元素、稀土元素和放射性元素,其中锰、镍、钴在目前

技术条件下都具有工业意义。从结核中回收金属的试验也取得了成功。美国

已设计出特制的冶金炉,用电解法提取铜、钴、镍、锰,纯度达到 90%以上。

1978 年 3 月,由日本、加拿大等国参加的国际企业集团,用气吸法采矿系统,

在太平洋夏威夷东南水深 5000 米的深海底,采出了 300 多吨锰结核,从而转

入了即将开发阶段。据统计。目前在大洋底发现具有经济远景的锰结核矿区

有 500 多处。

    1979 年,我国海洋科学工作者在太平洋赤道海域考察中,从 4000~5000

米水深的深海底取得了锰结核矿样,其中最大的一枚锰结核直径为 5 厘米,

标志着我国研究、利用和开发海底矿产资源进入了新的阶段。

    锰结核的形状是多种多样的。有的呈块状;有的呈薄薄一层附在海底岩

石上;而大多数都呈结核状,有的浑圆,有的有棱有角,有的许多结核聚集

在一起,成为葡萄状或其他更为复杂的形状,这就是通常所说的锰结核。结

核的颜色从黑色到黄褐色,一般以土里色为常见。多数结核的表面模糊不清,

但也有的透明度很好,如美国东海岸外采到的结核,就有似玻璃的光泽。

     锰结核的个体有大有小,相差十分悬殊。小的如同沙粒一样,直径还不

到 1 毫米,甚至更小,要放在显微镜下才能观察;大的直径可达几十厘米;

最常见的是在 0.5 厘米到 25 厘米之间,有的巨型结核,直径在 1 米以上,重

达几十至几百公斤。1967 年,深海研究潜艇“阿鲁明诺号”采到了一颗 90

公斤重的锰结核,苏联调查船“勇士号”在第 43 次航行在夏威夷岛西部水下

山脉的斜坡处,于 3800 米深的海底中发现了一颗至今世界上最大的锰结核

块,重达 2000 公斤。

     结核的硬度不大,一般只有摩氏硬度级的 1~4 度,平均在 3 度。

     锰结核的内部中心有一核,该核可能是一粒海底火山碎屑,或碳酸盐质

或磷酸盐质岩屑,也可能是鲨类齿、鲸类耳骨、有孔贝壳或宇宙尘等。核外

是清晰的环带状构造。

     锰结核的化学成分包括锰、铁、镍、钴、铜等 28 种,它们高出地壳中平

均值的 27~46 倍,高出海水中含量的 100 万倍。同一地点的锰结核,其总体

成分彼此都很一致。单个结构说来,最外层接触海水的一面,其中铁、钴和

铅含量相对少。就锰来说,被海底沉积物埋没的半核中含量最高,泥—水界

面趋向减少,到接触海水的半核含量最低。铁的分布则与锰相反。这种外层

分布的特征,内层并不存在。内层的成分趋向均一。

     锰结核勘探和开采的一个突出的优点是,在海洋底部沉积的表层上,矿

物清晰可见,所以可用装有照相机和录像机的水下电视作为了解矿藏分布和

厚度的有效手段。前苏联的技术人员已经制造出了一种远距离的可操纵系

统,用它来调查和精确估计已了解的矿藏,经实验已取得了显著效果,这个

系统是由一部电视机、一个自动装置和两台水动的电子计算机组成,工作起

来很方便。这是一种直接勘探手段。

     直接手段虽能获得样品,可准确地测定锰结核的富集度、品位等,但使

用这种方法需要大量的时间,工作效率低,因而人们正研究一种勘探途径,

即间接勘探。

     锰结核的开采正逐步走向成熟。目前一般认为有 3 种方法比较经济、实

用。

     一种是空气提升采矿系统,由高压气泵、采矿管、集矿装置等部分构成。

高压气泵安装在船上,采矿时,首先在船上开动高压气泵,气泵产生的高压

空气通过输气管道向下从采矿管的深、中、浅三个部分输入,在采

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