铷、铯在低温火焰中即可激发,可分别在波长780.0nm和852.1nm处测量其发射强度。
本法适用于地下水中铷、铯含量的测定。最佳测定范围为0.02~2.0mg/L。
其他碱金属有增感作用,故应控制试样与标准溶液中钾、钠含量一致。
仪器
火焰分光光度计或具发射方式的原子吸收光谱仪。
试剂
氯化钾溶液ρ(K)=25mg/mL见81.26.2。
氯化钠溶液ρ(Na)=25mg/mL见81.26.2。
铷标准储备溶液ρ(Rb)=1.00mg/mL称取0.3537g已在105℃烘至恒量的光谱纯氯化铷(RbCl)溶于少量蒸馏水中,定容于250mL容量瓶中。
铷标准溶液ρ(Rb)=25.0μg/mL用水逐级稀释铷标准储备溶液配制。
铯标准储备溶液ρ(Cs)=1.00mg/mL称取0.3167g已在105℃烘至恒量的光谱纯氯化铯(CsCl)溶于少量蒸馏水中,定容于250mL容量瓶中。
铯标准溶液ρ(Cs)=25.0μg/mL用水逐级稀释铯标准储备溶液配制。
校准曲线
分别吸取含Rb、Cs0μg、0.5μg、1.0μg…50μg的Rb标准溶液和Cs标准溶液于一系列25mL容量瓶中,加2.5mLKCl溶液、2mLNaCl溶液,加蒸馏水至刻度,摇匀。配制成混合标准溶液。分别用火焰分光光度计或原子吸收光谱仪的发射方式,用不发亮的氧化性火焰,测量高度7.5mm,选择波长Rb780.0nm和Cs852.1nm,测量其发射强度,绘制校准曲线。
分析步骤
取20.0mL水样于25mL容量瓶中,根据其中钾、钠的含量,分别补加氯化钾溶液及氯化钠溶液,至最终试液中分别含有2500mg/LK和2000mg/LNa,加水至刻度。
在与绘制校准曲线相同的仪器条件下测得水样中铷、铯的浓度(mg/L)。分析结果乘以稀释倍数1.25。
1铷原矿加工到一定品位才能够销售。
2根据市场需求和行业标准,铷原矿加工到一定的品位才能够被市场接受和销售。
一般来说,铷原矿的品位需要达到90%!以(MISSING)上才能够销售。
3铷原矿加工到可销售的品位需要采用一系列的加工工艺和技术手段,如浮选、重选、磁选等。
同时,还需要控制生产过程中的各个环节,确保产品品质符合市场要求。
化合物的应用
长期以来,由于金属铷化学性质比钾还要活泼,在空气中能自燃,其生产、贮存及运输都必须严密隔绝空气保存在液体石蜡、惰性气体或真空中,因而制约了其在一般工业应用领域的开发研究和大量使用。
然而,随着人类科学技术的发展和对铷应用开发研究的不断深入,近15年来,除在一些传统的应用领域,如电子器件、催化剂及特种玻璃等,有了一定发展的同时,许多新的应用领域也不断出现,特别是在一些高科技领域,显示了广阔的应用前景。
以下综述了利用铷及其化合物的一些特性,在一些传统和高科技领域内的应用现状。
2、能源
利用铷易于离子化的特点,多年来国内外在离子推进火箭、磁流体发电、热离子转换发电等方面的应用作了大量研究工作,并有了一些重要的发展。
磁流体发电是把热能直接转换成电能的一种新型发电方式。用含铷及其化合物作磁流体发电机的发电材料(导电体),可获得较高热效率。如一般核电站的总热效率为29%~32%,而结合磁流体发电可使核电站总热效率提高到55%~66%
热离子发电是利用二极真空管的原理,把热能直接变为电能。
由于离子化铷能中和电极之间的空间电荷,因此,实际上提高了发射极的电子发射速度,减少了集电极的能量损失等,即增加了换流器的能量输出。如用铷和铯制作(含铷涂层电极)的热电换能器,与原子反应堆联用时,可在原子反应堆的内部实现热离子热核发电。
铷可用在空间飞行器的“离子推进发动机”中。以铷和铯作为材料的离子推进火箭,运行速度可达到1.6X105km·h-1;一艘携带有500g铯和铷的离子推进宇宙飞船,其航程是当今使用固体或液体燃料的约150倍。
3、特种玻璃
含铷特种玻璃是当前铷应用的主要市场之一。碳酸铷常用作生产这些玻璃特种的添加剂,可降低玻璃导电率、增加玻璃稳定性和使用寿命等。含铷特种玻璃已广泛使用在光纤通讯和夜视装置等方面。
4、电子
由于铷原子失去价电子非常容易,可见光的能量就足以使原子电离,受光电磁辐射作用下表面释放自由电子,显示出优良的光电特性、导电性、导热性及强烈的化学活性,使它们在众多技术领域中有着非常独特的用途。
通常铷化合物和合金是制造光电池、光电发射管、原子钟、电视摄像管和光电倍增管的重要材料,也是红外技术的必需材料,如锑化铷、碲化铷、铷铯锑合金等。使用了铷碲表面的光电发射管常被安装在不同电子探测和激活装置内,在宽辐射光谱范围内仍具有高灵敏度。
铷铯锑涂层常用在光电倍增管阴极上,用于辐射探测设备、医学影像设备和夜视设备等。利用这些光电管、光电池可以实现一系列自动控制。
碘化铷银RbAg4I5是良好的电子导体,是已知离子型晶体中室温电导率最高的。在环境温度下,其电导率与稀硫酸相当,可用作固体电池的电解质,如薄膜电池。
5、医学
氯化铷和其他几种铷盐用于DNA和RNA超速离心分离过程中的密度梯度介质;放射性铷可用于血流放射性示踪;碘化铷有时取代碘化钾用于治疗甲状腺肿大;一些铷盐可作为镇静剂、使用含砷药物后的抗休克制剂和癫痫病治疗等。
6、其他方面
铷及其化合物除上述应用领域外,还具有下列一些典型应用:铷及其与钾、钠、铯形成的合金可作为真空电子管中痕量气体的吸气剂和除去高真空系统中残余气体的除气剂。铷作为化学示踪剂,示踪不同种类的生产物品。87Rb衰变成86Sr已广泛应用于鉴别岩石和矿物年代。
氯化铷用于钠、铱、钛、锆和过氯酸盐的分析;硝酸铷可作为分析试剂、氧化剂、环境控制分析中放射性物质检测等。氯化铷、碳酸铷是制备金属铷、其它铷盐和同位素分离等的主要原料。
铷及其一些铷盐还可作为化工中一些有机化学反应的催化剂、陶瓷工业中的添加剂。金属铷是制取其他高纯铷盐和铷单晶的基础原料。
随着国内外高新技术产业的迅猛发展,铷及其化合物的一些独特特性已显示出极大的应用前景和重要的科学与商业价值,特别是在航天航空、能源和国防工业等领域的应用需求有不断增加之态势,显示了强大的生命力。
发达国家铷的应用主要集中在高科技领域,有80%的铷用于开发高新技术,只有20%的铷用于传统应用领域。特别值得一提的是,随着世界能源日趋紧缺,人们都在寻求新的能量转换方式,以提高效率和节约燃料,减少环境污染。铷在新能量转换中的应用显示了光明的前景,并已引起世界能源界的注目。
存量
铷在海水中的浓度平均为125μg/L。相比之下,钾的浓度则高得多(408mg/L),铯则低得多(0.3μg/L)。
由于离子半径较大,所以铷属于所谓的“不相容成分”。在熔岩结晶过程中,铷和更重的同族元素铯聚集在一起,处于液态,是最后一个结晶的成分。因此,含有铷和铯的最大矿藏,都是经由这种浓缩过程所形成的伟晶岩矿带。
由于铷会在结晶时代替钾的位置,所以其浓缩的程度远低于铯。从含有铯榴石的伟晶岩中可开采出铯,从锂云母中可开采出锂,过程中也会产生铷作副产品。
在目前已知的107种元素,对于其中的金属元素,各国有不同的分类方法。有的分为铁金属(ferrousmeta-ls)和非铁金属(non-ferrousmetals)两大类:铁金属系指铁及铁合金;非铁金属则指铁及铁合金以外的金属元素。有的分为黑色金属(чёрныеметаллы)和有色金属(цветныеметаллы)两大类。有色金属是指铁、铬、锰三种金属以外所有的金属。中国在1958年,将铁、铬、锰列入黑色金属;并将铁、铬、锰以外的64种金属列入有色金属。这64种有色金属包括:铝、镁、钾、钠、钙、锶、钡、铜、铅、锌、锡、钴、镍、锑、汞、镉、铋、金、银、铂、钌、铑、钯、锇、铱、铍、锂、铷、铯、钛、锆、铪、钒、铌、钽、钨、钼、镓、铟、铊、锗、铼、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇、硅、硼、硒、碲、砷、钍。
在历史上,生产工具所用的材料不断改进,它与人类社会发展的关系十分密切。因此历史学家曾用器物的材质来标志历史时期,如石器时代、青铜器时代、铁器时代等。到17世纪末被人类明确认识和应用的有色金属共8种。中华民族在这些有色金属的发现和生产方面有过重大的贡献(见冶金史)。进入18世纪后,科学技术的迅速发展,促进了许多新的有色金属元素的发现。上述的64种有色金属除在17世纪前已被认识应用的8种外,在18世纪共发现13种。19世纪发现39种,进入20世纪,又发现4种。
能源、信息技术和材料被称为当代文明的三大支柱。有色金属及其合金是现代材料的重要组成部分,与能源及信息技术的关系十分密切。按1981年世界资料统计,铜、铝、铅、锌、镍、锡、金、银8种有色金属的产量虽仅为钢产量(7亿吨)的5.4%,但其产值则达到钢产值的50%以上。有色金属和黑色金属相辅相成,共同构成现代金属材料体系。
有色金属是国民经济、人民日常生活及国防工业、科学技术发展必不可少的基础材料和重要的战略物资。农业现代化、工业现代化、国防和科学技术现代化都离不开有色金属。例如飞机、导弹、火箭、卫星、核潜艇等尖端武器以及原子能、电视、通讯、雷达、电子计算机等尖端技术所需的构件或部件大都是由有色金属中的轻金属和烯有金属制成的;此外,没有镍、钴、钨、钼、钒、铌等有色金属也就没有合金钢的生产。有色金属在某些用途(如电力工业等)上,使用量也是相当可观的。现在世界上许多国家,尤其是工业发达国家,竞相发展有色金属工业,增加有色金属的战略储备。
有色金属工业包括地质勘探、采矿、选矿、冶炼和加工等部门。矿石中有色金属含量一般都较低,为了得到1吨有色金属,往往要开采成百吨以至万吨以上的矿石。因此矿山是发展有色金属工业的重要基础。有色金属矿石中常是多种金属共生,因此必须合理提取和回收有用组分,做好综合利用,以便合理利用自然资源。许多种稀有金属、贵金属以及硫酸等化工产品,都是在处理有色金属矿石或中间产品以及矿渣、烟尘的过程中回收得到的。有色金属生产过程中通常产生大量废气、废水和废渣,其中含有多种有用组分,有时含有有毒物质,一些有色金属也具有毒性。因此,在生产有色金属的过程中,必须注意综合利用与环境保护。此外,与钢铁的生产相比,一般说来,有色金属生产需要的能量是比较多的。据统计,如从矿石生产每吨钢能耗以100计,镁为1127,铝为767,镍为455,铜为352,锌为206。因此,在有色金属工业中,降低能耗问题非常突出。
在有色金属的开采、选矿、冶炼、加工及再生回收过程中,有多种提取方法可资选用。就冶炼过程而言,通常分为火法冶金、湿法冶金和电冶金。火法冶金一般具有处理精矿能力大,能够利用硫化矿中硫的燃烧热,可以经济地回收贵金属、稀有金属等优点;但往往难以达到良好的环境保护。湿法冶金常用于处理多金属矿、低品位矿和难选矿;电冶金则适用于铝、镁、钠等活性较大的金属的生产。这些方法要针对所处理的矿物组成选择使用或组合使用。为了强化有色金属的冶炼加工过程,发展了一系列新技术、新方法和新设备,如高压浸取、流态化焙烧、有机溶剂萃取、离子交换、金属热还原、区域熔炼、真空冶金、喷射冶金、等离子冶金、氯化冶金以及连续铸轧、等静压加工、扩散焊接、超塑成型等,大大丰富了冶金学的理论和工艺,不断推动了有色金属生产的发展。
有色金属大多是加工成材后使用,因此如何合理有效地生产性能良好、物美价廉的有色金属材料以取得最大的社会经济效益,是个十分重要的问题。随着科学技术的进步与国民经济的发展,对于有色金属材料在数量、品种、质量及成本等方面不断提出新的要求;不仅要求提供更好性能的结构材料、功能材料;而且对其化学成分、物理性能、组织结构、晶体状态、加工状态、表面与尺寸精度以及产品的可靠性、稳定性等方面的要求也越来越高。总的说来,有色金属材料的生产正向大型化、连续化、自动化、标准化方向发展,这就需要高精度、高可靠性的工艺、装备、控制技术与成品检测技术。一些新材料,如半导体材料、复合材料、超导材料,新技术如粉末冶金、表面处理等已经形成或者正在发展成为一个新的技术领域。
中国有色金属资源的一个特点是复合矿多,而且有的品位较低,不但多种有色金属常共生在一起,而且有些铁矿中也含有大量的有色金属,如攀枝花铁矿中含有大量的钒、钛;包头铁矿中含有大量的稀土和铌,因此研究适合中国资源特点的新技术、新工艺、新设备和新材料,逐步建立适合中国情况的有色金属材料体系是今后一个十分重要的任务。
中国有色金属资源丰富,品种比较齐全。就目前所知,钨和稀土等7种金属的储量居世界第一位;铅、镍、汞、钼、铌5种金属的储量也相当丰富。在矿产资源中,有色金属是中国的一大优势。中华人民共和国成立以前,中国有色金属工业十分落后,无论矿山或工厂,其设备规模都很小,只能生产金、银、锡、锑、铜、铅、锌、汞等,许多有色金属都不能生产。自1949年以来,中国有色金属工业发展很快,已经形成了从常用有色金属到稀有金属,品种比较齐全,工艺比较完善的生产体系。中国各种有色金属的采矿、选矿、冶炼、加工工厂都具有相当规模,但与世界先进水平相比较,还有一定的差距。为此,在进行有色金属新矿山、工厂建设的同时,还面临现有矿山、工厂的技术改造任务,以充分发挥中国有色金属资源优势,满足国民经济发展的需要。