1.銻金屬元素的發(fā)現(xiàn)與命名
銻是一種類(lèi)金屬元素。［英］Antimony；［拉?。軸tibium。元素符號(hào)Sb。原子序數(shù)51。位于元素周期表第5周期ⅤA族。早在公元前3100年的埃及前王朝時(shí)代，三硫化二銻就用作化妝用的眼影粉。在迦勒底的泰洛赫（今伊拉克），曾發(fā)現(xiàn)一塊可追溯到公元前3000年的銻制史前花瓶碎片；而在埃及發(fā)現(xiàn)了公元前2500年至前2200年間的鍍銻的銅器。公元前18世紀(jì)左右，人們?cè)谛傺览l(fā)現(xiàn)了小塊輝銻礦，但很長(zhǎng)時(shí)間，人們并未真正認(rèn)識(shí)這種礦物和其中的金屬銻。在公元前6-7世紀(jì)裝飾磚的釉料中也發(fā)現(xiàn)了黃色的銻酸鉛。一般認(rèn)為，純銻是由賈比爾·伊本·哈揚(yáng)（Jābir Ibn Hayyān）于8世紀(jì)時(shí)最早制得的，但爭(zhēng)議不斷。到中世紀(jì)，銻被用來(lái)制作鉛字，還被當(dāng)作瀉藥使用。歐洲人萬(wàn)諾喬·比林古喬于1540年最早在《火焰學(xué)（De la pirotechnia）》中描述了提煉銻的方法，這早于1556年阿格里科拉的名著《論金屬（De re Metallica）》。1604年，德國(guó)出版了《凱旋戰(zhàn)車(chē)銻（Currus Triumphalis Antimonii》一書(shū)，其中介紹了金屬銻的制備。書(shū)的作者是佐罕·邵爾德（johann tholde，約1565—1624）,他聲言他的著作大部分譯自15世紀(jì)（1450）筆名叫巴西利厄斯·華倫提努（Basilius Valentinus）的圣本篤修會(huì)的煉金術(shù)士的拉丁文，因此，一般化學(xué)史著作將銻的發(fā)現(xiàn)榮譽(yù)歸功于德國(guó)邵爾德氏。1777年，德國(guó)采礦官員包恩在西班包根(Siebenbürgen)發(fā)現(xiàn)了天然銻化物（即輝銻礦），他將其焙燒后，變成氧化物，再用碳還原，便得到了金屬銻。英文名稱(chēng)Antimony，源于詞頭“Anti（不，反對(duì)）”和詞尾“Monk（僧侶）”變化而來(lái)的，傳說(shuō)輝銻礦可以治療僧侶的常見(jiàn)的癩病，但是很多僧侶服用后病情反而惡化，故被認(rèn)為是僧侶的克星。拉丁文名稱(chēng)Stibium，源于“Stibnite”(輝銻礦)，即由化學(xué)成分“Stibi-銻”命名。銻在地殼中的豐度估計(jì)為百萬(wàn)分之0.2～0.5，盡管這種元素并不豐富，但它依然在近340種礦物中存在。自然界中除少量銻單質(zhì)礦物外，多數(shù)銻存在于銻的硫化物或硫鹽和銻的氧化物或氫氧化物及其它銻礦物中。
2.銻金屬元素的特征和性質(zhì)
銻是一種半金屬元素，有四種同素異形體，即：灰銻、爆銻、黑銻和黃銻。普通金屬銻為六方晶系菱形晶體，呈銀白色或銀灰色，又稱(chēng)灰銻，具金屬光澤，莫氏硬度3左右，較軟，脆性。熔點(diǎn)為630.74℃，沸點(diǎn)為1750℃。密度為6.684g/cm3。熱導(dǎo)率相對(duì)較低，電導(dǎo)率中等，有獨(dú)特的熱縮冷脹性，無(wú)延展性，工業(yè)上不能單獨(dú)使用。有毒。銻在常溫下不會(huì)被空氣氧化，但可與氫氣、氧氣、硫、鹵素以及金屬等單質(zhì)，氧化性酸、堿、鹽以及氧化物，烷基汞等有機(jī)化合物發(fā)生反應(yīng)。除灰銻外的其它三種異形體，則完全無(wú)金屬性質(zhì)，應(yīng)稱(chēng)為非金屬。當(dāng)溫度在-90℃以下時(shí)，是以無(wú)定形黃銻存在。當(dāng)金屬銻的蒸氣驟然冷卻，會(huì)凝固成無(wú)定形黑銻。黑銻化學(xué)性質(zhì)活潑，有時(shí)會(huì)自燃。在溫度達(dá)90℃以上時(shí)，漸變?yōu)榛忆R。用三氯化銻電解會(huì)得到含有少量三氯化銻的黑色銻。這種銻在摩擦和撞擊時(shí)，會(huì)發(fā)生爆炸，稱(chēng)為爆銻。
圖1.銻元素基本信息
3.銻金屬元素的用途
早在公元前3100年的埃及前王朝時(shí)代，三硫化二銻就被當(dāng)作眼影粉使用。而在埃及發(fā)現(xiàn)的鍍銻銅器，也可以追溯到公元前2500年至前2200年間。在公元前6-7世紀(jì)銻酸鉛用作裝飾磚的黃色釉料。到中世紀(jì)，銻被用來(lái)制作鉛字，還被當(dāng)作瀉藥。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，“小金屬銻”的用途越來(lái)越廣泛，被稱(chēng)為工業(yè)“萬(wàn)金油”和“工業(yè)味精”?，F(xiàn)已被廣泛用于國(guó)防、軍工、化工、高鐵、船舶、飛機(jī)、火箭、導(dǎo)彈、光伏、電子、紡織、醫(yī)藥、塑料等領(lǐng)域，生產(chǎn)各種阻燃劑、電池、合金、陶瓷、玻璃、顏料、半導(dǎo)體、催化劑、藥物等產(chǎn)品。其中用于阻燃劑生產(chǎn)的銻約占消耗總量的60%，制造電池中的合金材料、滑動(dòng)軸承和焊接劑所消耗的銻約占20%，其他方面的消耗約為20%。自古以來(lái)就被稱(chēng)為“戰(zhàn)爭(zhēng)金屬”的銻，目前已成為軍工生產(chǎn)不可或缺的“寵兒”，并成為中美博弈的新角色。
（1）阻燃劑
銻最主要的用途是將它的氧化物(三氧化二銻)用于制造耐火材料。三氧化二銻形成銻的鹵化物的過(guò)程可以減緩燃燒。除了含鹵素的聚合物阻燃劑以外，三氧化二銻幾乎總是與鹵化物阻燃劑一起使用。這些阻燃劑常應(yīng)用于飛機(jī)和汽車(chē)座套、手機(jī)外殼、兒童服裝、玩具等，也常用作玻璃纖維復(fù)合材料（俗稱(chēng)玻璃鋼)工業(yè)中聚酯樹(shù)脂的添加劑，用于制造輕型飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)蓋。5G新基建高端材料使用溴-銻阻燃體系等。
（2）合金
銻是電和熱的不良導(dǎo)體，在常溫下不易氧化，有抗腐蝕性能。因此，銻在合金中的主要作用是增加硬度，常被用作金屬或合金的硬化劑。含銻鉛基合金耐腐蝕，是生產(chǎn)車(chē)船用蓄電池電極板、化工泵、化工管道、電纜包皮的首選材料；銻與錫、鋁、鉛、銅的合金強(qiáng)度高，極耐磨損，是制造軸承、軸襯及齒輪的絕好材料。其“熱縮冷脹”的特性可以使合金的硬度發(fā)生變化，廣泛應(yīng)用于軍工產(chǎn)業(yè)。
（3）電子元件材料
高純度銻及銻金屬化合物(銦銻、銀銻、鎵銻等)也是生產(chǎn)半導(dǎo)體和熱電裝置的理想材料。銻常被用作超高電導(dǎo)率的n-型硅晶圓的摻雜劑，這種材料用于生產(chǎn)二極管、紅外線(xiàn)探測(cè)器和霍爾效應(yīng)元件，而銻化銦則被用于制作中紅外探測(cè)儀，等。
（4）武器裝備
銻廣泛用于武器裝備領(lǐng)域，包括穿甲彈、夜視鏡、炸藥配方、紅外傳感器、導(dǎo)彈和核武器等。如美國(guó)F/A-18F“超級(jí)大黃蜂”戰(zhàn)機(jī)掛載AIM-9X紅外制導(dǎo)空空導(dǎo)彈，該導(dǎo)彈采用了銻化銦凝視焦平面導(dǎo)引頭。
（5）醫(yī)藥
銻也被用在生物學(xué)或醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。如含銻藥劑(Antimonial)被用作催吐劑，酒石酸銻鉀(俗稱(chēng)吐酒石)曾用作治療血吸蟲(chóng)病的藥物，它后來(lái)逐漸被吡喹酮所取代。銻及其化合物也被用于多種獸醫(yī)藥劑，例如安修馬林(硫蘋(píng)果酸銻鋰)用作反芻動(dòng)物的皮膚調(diào)節(jié)劑。
（6）其他應(yīng)用
銻不僅是生產(chǎn)聚對(duì)苯二甲酸乙二酯的穩(wěn)定劑和催化劑，還是去除玻璃中顯微鏡下可見(jiàn)氣泡的澄清劑，主要用于電視屏幕的制造。銻白是一種優(yōu)良的白色顏料，是搪瓷、陶瓷、橡膠工業(yè)中的充填劑，也是油漆、玻璃（光伏玻璃）、紡織及化工工業(yè)的常用原料。銻白還可作為防火涂料，用于合成纖維、建筑材料、安全膠卷、大功率電路元件、高溫絕緣材料、汽車(chē)內(nèi)部裝飾等。生銻具有燃點(diǎn)低的特點(diǎn)，是制作雷管和安全火柴的配料，也可用于生產(chǎn)發(fā)煙劑。銻也用于制造子彈和子彈示蹤劑；銻-124和鈹一起用于中子源；銻的硫化物已被證實(shí)可以穩(wěn)定汽車(chē)剎車(chē)片材料的摩擦系數(shù)等。
1.4銻金屬消費(fèi)結(jié)構(gòu)
據(jù)測(cè)算，2023年全球銻消費(fèi)中，阻燃劑占比46%，光伏玻璃24%，鉛酸電池14%，聚酯催化11%。
2023年美國(guó)市場(chǎng)銻消費(fèi)中，阻燃劑占比為35%，鉛酸電池、軍工等金屬制品占比為43%，玻璃陶瓷及其他非金屬制品占比為22%。圖2和圖3是中國(guó)銻的消費(fèi)結(jié)構(gòu)情況。華經(jīng)情報(bào)網(wǎng)和中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)雖有所差異，但總體情況相近。中國(guó)銻主要用于阻燃劑，占比達(dá)51-55%；聚酯催化劑15-20%；玻璃、陶瓷8-10%；其他（包括高科技）4-5%。差異表現(xiàn)在：華經(jīng)情報(bào)網(wǎng)列出了合金應(yīng)用17%；而中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)列出了鉛酸電池15%。綜合兩家資料，可以反映出中國(guó)銻的消費(fèi)概況。
圖2.華經(jīng)情報(bào)網(wǎng)中國(guó)銻消費(fèi)結(jié)構(gòu)
圖3.2023年中國(guó)銻消費(fèi)結(jié)構(gòu)（張會(huì)瓊引自：中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)）
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