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铷铯资源应用随科技进步不断扩大

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-08-22  浏览次数:1551

铷铯资源基本特征

铷有45个同位素(铷-71至铷-102),其中有1个稳定同位素。天然产出的铷-87,为放射性同位素,它能衰变为锶-87。铷的化学性质比钾活泼,在光的作用下铷易放出电子。遇水剧烈反应,生成氢气和氢氧化铷。易与氧作用生成氧化物。因遇水反应放出大量热,故可使氢气立即燃烧。纯金属铷常存储于煤油中。铷在空气中能自燃,与水甚至同温度低到-100℃的冰接触都能猛烈反应,生成氢氧化铷并放出氢。

铯(旧译作鏭),元素符号Cs,原子序数55,原子量132.9,英文名Caesium 或 Cesium,源于拉丁文coesius(意为天蓝色)。铯为金黄色碱金属,质地非常软(莫氏硬度0.2,最软的金属)而轻(密度1.879);易熔(熔点28.44 °C,隔着玻璃管用手握一会就会熔化,是除汞外最易熔金属),沸点678.4℃。天然产出的-133为稳定同位素,而其他铯同位素都有放射性,且都是人工的。铯的化学性质极为活泼,在潮湿空气中易自燃:2Cs+3O2=2CsO3。遇空气易氧化:Cs+O2=CsO2。铯和水的反应是爆炸性的,反应生成氢气和氢氧化铯:2Cs+2H2O=2CsOH+H2↑。铯可在氯气中立即自燃,生成氯化铯:2Cs+2Cl=2CsCl。铯与水和-116°C的冰反应都很剧烈;碘化铯与三碘化铋反应能生成难溶的亮红色复盐。铯的火焰成比钾深的紫红色。

全球储量

铷、铯资源主要赋存于花岗伟晶岩,卤水和钾盐矿床中。现在人们主要从花岗伟晶岩矿床开发回收铷和铯,主要工业矿物是锂云母和铯榴石。

国外花岗伟晶岩氧化铷资源储量约为17万吨,其中津巴布韦10万吨,占59%;纳米比亚5万吨,占29%;加拿大1.2万吨占7%.这三个国家氧化铷含量为16.2万吨,占国外铷资源的95%。

国外花岗伟晶岩氧化铯资源储量约为18万吨,其中加拿大8万吨,占44%;津巴布韦6万吨,占33%。纳米比亚3万吨,占17%。这三个国家氧化铯含量为17万吨,占国外铯资源的94%。

加拿大是世界上铯榴石矿最丰富的国家,曼尼托巴的伯尼克湖一坦科矿区,铯榴石矿储量达36万吨,其平均品位达23.3%CS2O。加拿大钽采矿工公司是世界上铯榴石的主要生产厂家,每年产出铯榴石百吨以上。津巴布韦和纳米比亚还生产一定数量的锂云母。

我国的铷、铯资源丰富,且类型齐全,分布全国。我国铷资源主要赋存于锂云母和盐湖卤水中,锂云母中铷含量占全国铷资源储量的55%,以江西宜春储量最为丰富,江西宜春锂云母中的铷储量(Rb2O)40.17万吨,是目前我国铷矿产品的主要来源。湖南、四川的锂云母矿中也含有铷。青海、西藏的盐湖卤水中含有极为丰富的铷,是有待于开发的我国未来的铷资源。

我国铯资源主要来源于铯榴石、锂云母。江西宜春锂云母中的铯储量(Cs2O)5.43万吨,占我国铯储量的42.5%,居全国第一。

铷铯盐的生产和产能

目前,世界上铷、铯盐工业生产的主要原料是铯榴石和锂云母。用铯榴石生产铯盐多用酸法,包括硫酸法、盐酸法、氢氧酸法,以硫酸法和盐酸最为流行。用碱法处理铯榴石有碳酸钠烧结法、氧化钙-氯化钙烧结法、氯化钙-氯化铵烧结法等。用锂云母生产铷、铯盐时,一般采用氯锡酸盐法、铁氯化物、BAMBP萃取法。对于铷铯含量低的公司液体矿物,如海水、盐湖卤水、工业母液,一般采用吸附法和萃取法。

当前世界上生产铷铯的主要原料为铯榴石、铁锂云母、透锂长石、盐湖卤水,全球2014年的铯盐新料产能约为3000吨,另外还有铯盐回收料4500余吨,铷盐因销售市场和用途的原因,全球的产量仅为10吨左右。我国生产铷铯的主要工业原料是铯榴石和锂云母。新余市东鹏化工有限责任是我国目前最大的铷盐生产基地,他们利用锂云母提锂后的混合碱母液采用T- BAMBP萃取法从中分离,提取铷和铯,他们还利用这种萃取法提取铷、铯化合物,以不同无机酸和或有机酸进行反萃,制得多种铷、铯化合物。T-BAMBP 萃取工艺目前在国外都处于领先水平。2014年该公司生产铯盐新料600吨,铷盐1~2吨(根据市场需求),总体来看,当前中国大陆的铷铯生产链还处于一个逐步发展的过程,由于应用领域的不足,无法支撑产业链的高速发展,因此,尽管我国有丰富的铷铯资源,个体企业的产能和产量都还比较小。据江特电机 2013年发布的公司通告:含铷铯钒催化剂有望迅速推广。据悉,江特电机生产的含铷铯催化剂已达到进口铯催化剂的标准和使用要求,部分指标超过进口产品,且下游龙头企业已与公司达成协议,于2014年开始购买公司铷铯溶液进行“添加铷铯二氧化硫氧化制硫酸催化剂”的工业化生产;目前下游市场规模约5亿元,格局稳定有序。由此可见,拓宽我国铷铯的传统应用领域,对于我国铷铯工业的发展有着现实意义,在不太长的时间内便会收到效果。同时,高新技术上的铷铯应用,如磁流体发电、热离子发电、激光能转换发电等,对铷铯工业界有极大的吸引力,一旦铷铯在这些高新技术领域应用得到成功,铷铯的应用便会上千吨甚至上万吨。因此就铷铯的应用而言,前景广阔。

铷铯的应用

由于铷铯具有独特的性质,使其在许多领域中有着重要的用途,不但有许多传统的应用领域,而且还出现了一些新的应用领域,特别是在一些高科技领域中,铷铯显示出了越来越重要的作用。铷铯在电子器件、催化剂、特种玻璃、生物化学及医药等传统应用领域中,近10年来有较大的发展;而在磁流体发电、热离子转化发电、离子推进发动机、激光能转换电能装置、铯离子云通讯等新应用领域中,铷铯也显示了强劲的生命力。

国外,铷铯矿产和铷铯化学品生产及其应用在地区上发展很不平衡。铷铯资源主要集中在津巴布韦、加拿大、纳米比亚等国,但这些国家并不生产铷铯化学品,只是生产和出售矿物原料产品。

自发现铷铯后的半个多世纪以来,由于其价格昂贵和人们不了解它们的独特性能,致使其应用范围狭小,生产发展缓慢。直到本世纪50年代末,由于人们对铷铯独特性能的认识逐步深入和努力开发其应用领域,才促进铷铯资源的开发利用和提取工艺技术的进步,从而使铷铯产量逐渐增加。我国上世纪50年代末开始开发研究铷铯,随着我国第一台图象增强X光机在上海诞生,揭开了铷铯在我国应用的序幕。之后,随着碘化铯单晶探测器在我国问世,铷铯在催化剂、复活剂、空心阴极灯和原子钟方面的初步应用,促使我国铷铯工业逐步发展,铷铯化学品的用量由几十公斤增加到几百公斤。随着我国加大开拓铷铯应用的力度,例如拓展铷铯在催化剂方面的利用,努力改进原有铷铯催化剂的性能提高催化效力,增加应用范围,开发新的铷铯催化剂,使其在新的合成反应中得到应用,随世界科技的进步,铷铯的应用日益广泛,除了传统的应用领域,在以下新领域取得了突破性的进展。第一,能源转换:以铷铯作为高温流体添加剂的磁流发电机具有效率高、污染小、启动快、造价低和发电费高成本低等优点。铷铯在热离子转换器中的应用已取得进展,这种转换器利用铷铯等离子的热离子活性把热能直接转化成电能。第二,化学工业:铷铯应用化学工业作为催化剂和助催化剂的研究取得了很大的进展,可以提高催剂的活性和选择性,在氟化、氢化、裂化等反应中能有效地起到催化剂的作用。第三,冶金工业:铷铯用于有色或黑色金属合金的精炼中作脱气剂和精炼剂,可配制多种熔盐电解质、焊接熔剂、合金添加剂等。第四,石油开采:在石油勘探和开采中,使用铷铯作交混剂,可大幅度提高石油的开采率,提高产量和回收率。特别是近20年来,人们在努力拓宽铷铯传统应用领域的同时,还努力开发铷铯应用新领域,特别是在高新技术领域中的应用,从而加快了世界铷铯工业发展。

市场价格

由于整个铷铯盐的市场需求量不大,生产合格产品的企业不多,因此总体的市场价格较为平稳,没有大的上下波动。根据了解的市场情况,2014年的铯盐(99.9%)销售平均价约为10万元/吨~15万元 /吨,小量的销售价有过250~300元/公斤;500公斤/单以上的销售价一般在10万元/吨~15万元/吨区间。铷盐(99.9%)的销售平均价约为 200万元/吨,因整个铷盐的市场较小,年销售量仅为旺季4吨/年~5吨/年,淡季1吨/年~2吨/年,基本处于有价无市的状态.由于目前生产铯盐的主要原料铯榴石的产量和市场价格稳定,今后两三年内铯产品的价格将会在一个较为平稳的价位上运行。因为在使用中铷铯盐能相互替代,而进口铯榴石的价格和含量的因素,使的铯盐的生产成本较低,市场的竞争力较铷盐高很多(铷价为铯价的10倍以上),如果国内锂云母生产成本能大幅降低,综合销售价格能和进口铯榴石竞争,锂云母中的铷就能替代铯,那整个铷铯市场的需求可能就会有较大的增长。

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