中华学生百科全书-第717部分

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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，在采矿中产生

高速上升的固、气、液三相混全流，将经过集矿装置的筛滤系统选择过的锰

结核提升到采矿船内，其提升效率为　30％～50％，这种采矿系统已于　1970

年试验成功，它能在　5000　米水深处达到日产　300　吨锰结核的采矿能力。

　　　　　一种是水力提升式采矿系统。主要由采矿管、浮筒、高压水泵和集矿装

置　4　部分组成。采矿管悬挂在采矿船和浮筒下，起输送锰结核的作用；浮筒

安装在采矿管道上部　15％的地方，中间充以高压空气，以支撑水泵的重量；

高压水泵装置在浮筒内，它的功率为　8000　马力，通过高压使采矿管道内产生

每秒　5　米的高速上升水流，使锰结核和水一起由海底提升到采矿船内。集矿

装置起挑选、采集锰结核的作用。1975　年采矿试验已获成功，现能达到日产

500　吨的采矿能力。

　　　　一种是连续链斗采矿系统，是在高强度的聚丙二醇脂材料编成的绳上，

每隔　25～50　米安装一个采矿戽斗。采矿时，船上的牵引机带动绳索，使戽斗

不断在海底拖过挖取锰结核，并将其提升到采矿船上，卸入船内储仓。这种

采矿法是由日本人发明的，1970　年　8～9　月在希塔提岛以北　400　公里、水深

4000　米处进行了试验，并获得了成功。这种装置结构简单、适应性强、采矿

成本低。

　　　　各国时锰结核的勘探和开发日益活跃。美国在深海锰结核勘探、试采和

加工处理等技术方面，处于领先地位。美国开发的重点是夏威夷群岛至美国

本土之间的海域，其中有的海区的普查工作已经完成，现已进行到详查和开

发阶段。日本是从　60　年代开始了锰结核的调查工作，真正大规模的调查是在

70　年代以后。前苏联对锰结核的调查则是从　50　年代开始的，前苏联科学家

并在　1964　年编制了《太平洋底锰结核分布图》，70　年代以后，对太平洋锰

富矿区进行了勘探。法国人在　1974　年成立了法国锰结核研究公司，主要进行

矿区勘探：法国并与日本合作，在法属社会群岛的塔布堤岛以北进行了多次

调查和开采方法的试验。

　　　　中国对大洋锰结核的调查工作开展较晚，正式调查是在　1983　年　5～7　月

进行的。1983　年以后，中国又多次派遣“向阳红　16”号和“海洋　4”号船进

行了锰结核的调查，1985　年和　1986　年航次的调查区域从中太平洋扩大到东

太平洋，采用了国际上先进的声波探测技术和海底照相，调查研究的程度有

了更大的提高，并圈出了数万平方公里的富矿区。现在，中国已正式向国际

申请，在太平洋中北部圈定了两块先行投资区，并在国内成立了相应组织。

　　　　不过，尽管各国对大洋锰结核的可采储量和极大的开采价值注目已久

了，但由于锰结核的开发是一项高投资多风险的新兴产业，受技术因素和经

济因素的限制，其开发进程不可能像海洋石油和天然气那样快。从目前的情

况看，最先进行商业性开发锰结核的，可能是美国和日本，其中以美国为主

的海洋产业协会准备在　1995　年以后投资　15　亿美元，每年生产　100～200　万吨

干锰结核，同时，在加利福尼亚建一座日处理　5000　吨锰结核的加工提炼厂。

日本国土资源贫乏，对大洋锰结核抱有极大的希望，已制订出　1994　年前的开

发计划，现正在作各项准备工作，以期在　1994　年进行大洋锰结核的商业开

发，据估计，在　1990～1995　年期间，全世界商业开发大洋锰结核每年可为

100～400　万吨，1995　年以后可达　1000　万吨，到　2000　年，将会有大的飞跃，

到　2025　年后，大洋锰结核将有可能成为世界稳定的矿物来源。

　　　　核燃料——铀