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有色金屬原來不止64種?——關(guān)于有色金屬劃分方式的再清晰

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元素周期表中的118個元素,有超過80%為金屬元素。這些金屬是否都屬于有色金屬,有色金屬應(yīng)該如何劃分,是一個值得再清晰的問題。

有色金屬及其合金,作為現(xiàn)代材料的重要組成部分,在國民經(jīng)濟、人民日常生活及國防工業(yè)、科學(xué)技術(shù)發(fā)展等領(lǐng)域,均發(fā)揮著基礎(chǔ)材料和戰(zhàn)略物資的重要作用。

人類對有色金屬的研究與探索,同對自然的認識一樣,是一個從宏觀到微觀不斷深入的過程。隨著研究的不斷完善,化學(xué)元素周期表中的元素,也一直在經(jīng)歷不斷測定、不斷準確、不斷增加的過程。

目前,元素周期表中的118個元素,有超過80%為金屬元素。這些金屬是否都屬于有色金屬,有色金屬應(yīng)該如何劃分,是一個值得再清晰的問題。

什么是有色金屬

“有色金屬”英文翻譯為“Nonferrous Metals”,與“黑色金屬”的英文翻譯“Ferrous Metals”相對應(yīng)。

英文“Ferrous Metals”直譯為鐵類金屬,是指鐵、錳、鉻三種金屬的統(tǒng)稱。“Nonferrous Metals”直譯為非鐵類金屬,即指除鐵、錳、鉻以外的金屬的統(tǒng)稱。

據(jù)一位長期從事有色金屬行業(yè)工作的老先生講,當初將“Ferrous Metals”和“Nonferrous Metals”翻譯為“黑色金屬”和“有色金屬”的過程,也是一個體現(xiàn)翻譯藝術(shù)的有趣故事。

最早翻譯“Ferrous Metals”和“Nonferrous Metals”的學(xué)者,覺得如果直接翻譯為“鐵的金屬”和“非鐵的金屬”,或“含鐵的金屬”和“不含鐵的金屬”,雖然考慮到了翻譯的準確性,但并不簡潔,在使用上也十分拗口。于是這位學(xué)者跳出慣性思維,從金屬的光學(xué)性質(zhì)出發(fā),進行了翻譯中的再創(chuàng)造。

純凈的鐵雖然是銀白色,但在人們?nèi)粘9ぷ鳌⑸钪谐3R姷降蔫F,卻是黑色。這是因為鐵的表面覆蓋了一層黑色的氧化膜:四氧化三鐵。也正是由于這層氧化膜,使鐵給人以黑色的印象,于是從這個角度出發(fā),將“Ferrous Metals”再創(chuàng)造地翻譯為“黑色金屬”。

有了“黑色金屬”,考慮到銀是白色、金是金色、是黃色、鉛是灰色,“非鐵的金屬”呈現(xiàn)多彩的光學(xué)特性,于是將“Nonferrous Metals”翻譯為“有色金屬”。

從此,“黑色金屬”和“有色金屬”便成為漢語中的“Ferrous Metals”和“Nonferrous Metals”在行業(yè)中傳播開來。

《大辭海(材料科學(xué)卷)》金屬材料-有色金屬材料一節(jié)中對“有色金屬”的定義為:“元素周期表中除鐵、鉻、錳三種金屬以外的所有金屬元素的統(tǒng)稱??煞炙念悾海?)重金屬,包括銅、鉛、鋅、鎳等;(2)輕金屬,包括鋁、鎂、鈦等;(3)貴金屬,包括金、銀、鉑等;(4)稀有金屬,包括鎢、鉬、鉭、鈮、釷、鈹、銦、鍺、稀土金屬等。由于稀有金屬在現(xiàn)代工業(yè)中具有重要地位,故常從有色金屬中劃出來單獨成為一類。”

“稀有金屬”的定義為:“亦稱‘新金屬’。在地殼中含量較少、分布稀散、提煉困難和應(yīng)用較晚的金屬。迄今國際上還沒有統(tǒng)一劃分標準。按中國慣例,一般將稀有金屬分為稀有輕金屬、稀有高熔點金屬、稀土金屬、稀有分散金屬、放射性金屬五類。稀有金屬是具有優(yōu)異性能和特殊功能的新型材料,其應(yīng)用大體包括軍事技術(shù)應(yīng)用、工業(yè)應(yīng)用、農(nóng)業(yè)應(yīng)用、第三產(chǎn)業(yè)應(yīng)用和高技術(shù)應(yīng)用五個方面。”

“稀有放射性金屬”定義為:“亦稱‘放射性稀有金屬’。稀有金屬的一類。包括天然放射性金屬……和人造放射性元素……”

按照《大辭?!分?ldquo;有色金屬”的定義,則元素周期表中除非金屬元素和“鐵、鉻、錳”3種黑色金屬以外的所有金屬,均為有色金屬。

“有色金屬”的英文翻譯“Nonferrous Metals”,也與《大辭?!分械亩x相一致。

因此,“有色金屬”的準確定義應(yīng)為:元素周期表中除鐵、鉻、錳三種金屬以外的所有金屬元素的統(tǒng)稱。

現(xiàn)有64種有色金屬劃分的由來

關(guān)于64種有色金屬具體品種的劃分,最廣泛、最普遍的說法是:1958年,我國將鐵、鉻、錳三種金屬列為黑色金屬;并將鐵、鉻、錳以外的64種金屬列為有色金屬。

根據(jù)1997年,中南工業(yè)大學(xué)出版社出版的,由汪貽水、王志雄、沈建忠編著的《六十四種有色金屬》一書,64種有色金屬具體包括:鋁、鎂、鉀、鈉、鈣、鍶、鋇、銅、鉛、鋅、錫、鈷、鎳、銻、汞、鎘、鉍、金、銀、鉑、釕、銠、鈀、鋨、銥、鈹、鋰、銣、銫、鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭、鎢、鉬、鎵、銦、鉈、鍺、錸、鑭、鈰、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、鈧、釔、硅、硼、硒、碲、砷、釷。此劃分方法,也是最廣為傳播的64種有色金屬劃分方法。

1958年,我國劃定64種有色金屬的具體出處,雖然尚無考證。但費子文先生曾在《人事有代謝 往來成古今——深切悼念邱純甫同志和原總公司其他老同志》一文中提到:“邱純甫同志……1956年到1969年任冶金部黨組成員兼辦公廳主任,分管有色金屬日常工作。在這期間,他主持編寫了向黨中央、毛主席匯報的題為《爭取有色金屬產(chǎn)量飛躍,占領(lǐng)有色金屬全部領(lǐng)域》的報告。毛主席批示:‘64種有色金屬沒有它不行。’鄧小平批示:‘把64種有色金屬當64個堡壘,要一個一個地攻下來。’之后,經(jīng)過孫鴻儒同志組織北京有色金屬研究總院等科研單位奮力攻關(guān),我國全部掌握了64種有色金屬的提煉技術(shù)。”

鐘少曦先生在《毛澤東與攀枝花開發(fā)建設(shè)》一文中也提到:“1958年4月5日,王鶴壽向中共中央提交了題為《爭取有色金屬產(chǎn)量的飛躍,占領(lǐng)有色金屬的全部領(lǐng)域》的報告說:無論重工業(yè)或輕工業(yè),對各種有色金屬的需要愈來愈大。原子工業(yè)、電子工業(yè)以及國防工業(yè)中的噴氣飛機、導(dǎo)彈等,如果沒有有色金屬(特別是稀有金屬),就不可能建立和發(fā)展。必須以快于其他部門的速度,提高有色金屬的產(chǎn)量。在第二個五年計劃中,有色金屬增長三倍以上,才能逐漸趕上我國其他工業(yè)水平……中共中央批示說:同意冶金工業(yè)部黨組所提的關(guān)于有色金屬工業(yè)的規(guī)劃和措施……”

從上述文字中可以洞悉,1958年64種有色金屬的劃分,或許便源于《爭取有色金屬產(chǎn)量飛躍,占領(lǐng)有色金屬全部領(lǐng)域》這份報告。

現(xiàn)有64種有色金屬劃分中存在的問題

在《六十四種有色金屬》一書中介紹的,現(xiàn)在廣為傳播的64種有色金屬劃分方法,仍存在一些值得討論的問題。

1.天然放射性元素中,為何只有“釷”屬于有色金屬?

在《六十四種有色金屬》一書前言中,關(guān)于64種有色金屬劃分的介紹,單列“鈾、釙、釷、鐳、錒、鏷”為6種天然放射性金屬,屬于51種稀有金屬,區(qū)別于13種普通有色金屬,包括在64種有色金屬之中。

而前言介紹中的64種有色金屬,與該書具體內(nèi)容中的64種有色金屬有所出入,用“鈾、釙、鐳、錒、鏷”5種天然放射性金屬,替換了該書具體內(nèi)容中介紹的“硅、硼、硒、碲、砷”5種準金屬。

從“有色金屬”的定義看,不僅是“釷”,包括“鈾、釙、鐳、錒、鏷”在內(nèi)的全部放射性金屬均屬有色金屬。因而,有色金屬品種遠不止64種。

2.稀土金屬中,為何只有“钷”不屬于有色金屬?

在《六十四種有色金屬》一書中,“钷”元素不在64種有色金屬之列。但在《大辭?!分?,稀土金屬的定義為:“鈧、釔和鑭系金屬中鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿和镥17種金屬元素的合稱……”

既然“稀土金屬”屬于“稀有金屬”,“稀有金屬”屬于“有色金屬”,那么“钷”金屬,也應(yīng)為有色金屬。

3.準金屬是不是有色金屬?

《大辭海》中,“準金屬”的定義為:“一類外表呈現(xiàn)金屬特性,但卻表現(xiàn)金屬和非金屬兩種化學(xué)性質(zhì)的元素。例如硼、硅、鍺、砷、銻、碲等。其中一些元素或其化合物具有半導(dǎo)體性質(zhì)。它們的一些氧化物既溶于酸也溶于堿。”

《大辭?!吩?ldquo;金屬”的定義中提到:“……少數(shù)金屬同非金屬之間有時很難加以劃分。有些元素按其性質(zhì)可列為金屬,也可列為非金屬(如硼、砷、銻、硒、碲等),有時也稱為‘準金屬’……”

按照上述定義,則“硅、硼、硒、碲、砷”5種準金屬元素,可以列為金屬,屬于有色金屬之列。

綜上,現(xiàn)有64種有色金屬劃分方法存在不足之處,并未包括全部有色金屬。

關(guān)于有色金屬具體劃分的討論

有色金屬品種多,各金屬性質(zhì)復(fù)雜,在有色金屬具體種類劃分上,由于定義不同,同一金屬品種可以屬于不同子類。在國際上,關(guān)于稀有金屬的劃分,迄今也沒有統(tǒng)一的標準。

但根據(jù)《大辭?!分杏嘘P(guān)定義,以及我國慣例,結(jié)合各金屬品種的突出特點,以及行業(yè)應(yīng)用實際,在避免重復(fù)劃分的基礎(chǔ)上,可作如下劃分,以供討論。

1.有色輕金屬(8種)

鋁、鎂、鈣、鈉、鈦、鉀、鍶、鋇。

《大辭?!分?,“輕金屬”定義為:“一般指相對密度小于5的金屬??煞譃橛猩p金屬和稀有輕金屬兩類。前者有鋁、鎂、鈣、鈉、鈦、鉀、鍶等,后者有鋰、鈹、銣、銫等……”

根據(jù)“輕金屬”定義及有色金屬行業(yè)慣例和應(yīng)用實際,將鋁、鎂、鈣、鈉、鈦、鉀、鍶、鋇8種金屬列為“有色輕金屬”。

2.有色重金屬(10種)

銅、鈷、鎳、鉛、鋅、鎘、鉍、錫、銻、汞。

《大辭?!分?,“重金屬”定義為:“一般指相對密度大于5的金屬。如銅、鈷、鎳、鉛、鋅、鎘、鉍、錫、銻、汞、鈮、鉭、鎢、鉬等……”按照該定義,則所有金屬可劃分為重金屬和輕金屬兩類。

但在重金屬中,雖然鈮、鉭、鎢、鉬等金屬相對密度也大于5,屬于重金屬之列,然而考慮到鈮、鉭、鎢、鉬等重金屬兼具稀有金屬和難熔金屬的特點,可進一步加以劃分。因此,參考“輕金屬”定義中的“有色輕金屬”和“稀有輕金屬”,單獨將銅、鈷、鎳、鉛、鋅、鎘、鉍、錫、銻、汞10種金屬列為“有色重金屬”,以同其他重金屬進行區(qū)分。

3.貴金屬(8種)

金、銀、鉑、釕、銠、鈀、鋨、銥。

《大辭?!分?,“貴金屬”定義為:“有色金屬的一類。在地殼中儲量很少,曾被認為是最貴重的金屬,故名。包括金、銀和鉑系金屬。多數(shù)具有很強的化學(xué)穩(wěn)定性和很好的延展性??勺鞔呋瘎?hellip;…”

按照該定義,將金、銀、鉑、釕、銠、鈀、鋨、銥8種金屬列為“貴金屬”。

4.稀有輕金屬(4種)

鋰、鈹、銣、銫。

根據(jù)《大辭?!?ldquo;輕金屬”定義中,劃分出的“稀有輕金屬”,將鋰、鈹、銣、銫4種金屬,歸為此類。

5.稀有難熔金屬(8種)

鎢、鉬、鉭、鈮、釩、鋯、錸、鉿。

《大辭海》中,“稀有高熔點金屬”的定義為:“熔點高于鐵的熔點(1535℃)的稀有金屬。包括第4-6族(第IVB、VB、VIB族)、金屬錸和貴金屬中的鉑、鋨、銥、釕、銠和鈀等……”

考慮到鉑、鋨、銥、釕、銠和鈀,已根據(jù)其特點,歸入“貴金屬”一列。又參考“輕金屬”“重金屬”中,“有色輕金屬”“稀有輕金屬”“有色重金屬”的劃分方式,單列鎢、鉬、鉭、鈮、釩、鋯、錸、鉿8種金屬為“稀有難熔金屬”,作為“稀有高熔點金屬”中的細分小類。

6.稀有分散金屬(4種)

鍺、鎵、銦、鉈。

《大辭海》中,“稀有分散金屬”的定義為:“亦稱‘稀散金屬’。在自然界中不形成獨立礦床而以雜質(zhì)狀態(tài)分散在其他礦物之中的金屬。是稀有金屬的一類。包括鍺、鎵、銦、鉈、鉿、錸等金屬……”

按照該定義,鉿、錸也屬“稀有分散金屬”。但考慮到鉿、錸兼具“稀有難熔金屬”的特點,并已據(jù)此分類。為避免重復(fù)劃分,并結(jié)合行業(yè)實際,只將鍺、鎵、銦、鉈4種金屬,列入“稀有分散金屬”之列。

7.稀有稀土金屬(17種)

鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪;釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、鈧、釔。

(1)輕稀土金屬(7種)

鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪。

(2)重稀土金屬(10種)

釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、鈧、釔。

《大辭?!分校?ldquo;稀土金屬”的定義為:“鈧、釔和鑭系金屬中鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿和镥17種金屬元素的合稱。從鑭至銪稱‘輕稀土金屬’,從釓至镥包括鈧和釔則稱‘重稀土金屬’……”

根據(jù)定義,將鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪;釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、鈧、釔17種金屬劃為“稀有稀土金屬”;并將鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪7種金屬劃為“輕稀土金屬”,釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、鈧、釔10種金屬劃為“重稀土金屬”。

8.準金屬(5種)

硼、硅、砷、硒、碲。

劃分依據(jù)見第三節(jié)問題3。

9.稀有放射性金屬(32種)

锝、釙、鈁、鐳、鈩、钅杜、钅喜、钅波、钅黑、钅麥、钅達、钅侖、鎶、鉨、钅夫、鏌、鉝、錒、釷、鏷、鈾、镎、钚、镅、鋦、锫、锎、锿、鐨、鍆、锘、鐒。

《大辭?!分?,“稀有放射性金屬”的定義為:“亦稱‘放射性稀有金屬’。稀有金屬的一類。包括天然放射性金屬……和人造放射性元素……”

根據(jù)此定義,則全部放射性金屬屬于此類。考慮到放射性金屬“钷”,已根據(jù)其特點,列入“輕稀土金屬”,為避免重復(fù),未列入“稀有放射性金屬”之列。

按照上述劃分方法,則現(xiàn)階段有色金屬包括9大類96種有色金屬品種(具體劃分方式見下表)。

結(jié)語

元素周期系、元素周期表均處于不斷發(fā)展和不斷完善的過程之中。20世紀20年代末,在第1號到第92號元素組成的元素周期表中,就有43號、61號、85號和87號四個空位。此后的幾十年,人們通過不斷探索、發(fā)現(xiàn),陸續(xù)填補并不斷發(fā)展了元素周期系、元素周期表。

2018年,在中國化學(xué)會根據(jù)國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(IUPAC)譯制發(fā)布的元素周期表中,已包含118個元素。但在已發(fā)現(xiàn)或人工合成的這118個元素中,有些元素的原子量、原子結(jié)構(gòu)尚且沒有定論,人類對未知的探索仍在不斷進行之中。

上述有色金屬品種的劃分方法,也是基于現(xiàn)階段前人研究成果,在綜合考慮元素獨特性質(zhì),以及有色金屬行業(yè)應(yīng)用慣例和過往經(jīng)驗的情況下,在便于歸類、辨識清晰的原則下,提出的劃分方法。劃分的準確性和合理性,仍需有色金屬行業(yè)科研、生產(chǎn)等廣大工作者的不斷討論和完善。文章的不當之處,也請廣大業(yè)內(nèi)朋友批評指正。

希望通過有色金屬行業(yè)人的不斷努力探索,為祖國有色金屬工業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展、提質(zhì)創(chuàng)新,貢獻自己的一份力量。

有色金屬

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