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原子笔是通过笔或笔芯前端的球珠滚动带出书写介质的笔。
原子笔是一种使用了微小旋转圆珠的笔,这种圆珠由黄铜、钢或者碳化钨制成,可在书写时将墨水释放到纸上。原子笔与它的前辈们——芦苇笔、羽毛笔、金属笔尖的笔和自来水笔差别很大。
基本介绍 中文名 :原子笔 外文名 :Ballpoint Pen 别称 :原子笔,走珠笔,比克 优点 :结构简单,携带方便,书写润滑 组成部分 :黄铜,钢,碳化钨 别称 :原子笔,走珠笔 发展历史,结构原理,使用常识,分类,水性原子笔,油性原子笔,中性原子笔,按颜色分,按结构分,使用注意,角度过小,正确角度,垫纸过厚,染料,分散剂,成膜剂,溶剂,其它助剂,去除方法,其他信息,选购要点,相关新闻, 发展历史 最早出现原子笔这一名称的时间是1888年,是一位名叫约翰·劳德的美国记者曾设计出一种利用滚珠作笔尖的笔,但他未能将其制成便于人们使用的商品。 1895年,英国市场上也曾出售过商品化的非书写用原子笔,因其用途狭窄,未能流行起来。1916年,德国也有人设计制作过一种新型的原子笔,其结构与今天的原子笔较为接近,但性能较差,未能引起广泛的重视。 匈牙利记者拉迪斯洛·比罗非常清楚地意识到普通钢笔所存在的问题。比罗认为,他是在访问一家报纸的时候产生了用一种使用快干墨水的笔代替传统墨汁笔这一想法的。报纸用的油墨几乎是在瞬间干燥,而且不会留下污迹。比罗发誓要将类似墨水套用到一种新型书写工具中。为了避免粘稠的墨水堵塞他的笔,他提出在装有这种快干墨水的管子顶端安装能够旋转的小金属球。该金属球将有两个功能:作为笔帽防止墨水变干。使墨水以可控速率从笔中流出。1943年6月,比罗和他的兄弟格奥尔格(一位化学家)向欧洲专利局申请了一个新专利,并生产了第一种商品化的原子笔——Biro原子笔。后来,英国 *** 购买了这个专利原子笔的使用权,使得这些原子笔可以被英国皇家空军的机组人员使用。除了比传统钢笔更坚固以外,原子笔还能够在低压的高空中使用(在高空中,传统自来水笔的墨水会溢出)。这在英国皇家空军中收到了很好的使用效果,使得Biro原子笔大受好评,在第二次世界大战中,这种原子笔由于其坚固性和适应战场环境的能力而在军队中广泛使用。 在美国,米尔顿·雷诺在1945年推出了新型原子笔,并首次成功地投入商业生产,以代替当时还很流行的自来水笔。该原子笔使用了一颗小的圆珠,将浓度很大的明胶型墨水释放到纸上。雷诺原子笔是一种简单的书写工具,并以“第一支能在水下书写的笔”大作市场宣传。雷诺在初次推出新型原子笔时便卖出了10,000支。这些首次公开销售的原子笔非常昂贵(10美元一支),主要是因为它们采用了新技术。 1945年,第一支廉价原子笔生产了出来。当时,法国人马塞尔·比希开发了一个制造原子笔的工业流程,使得单位成本大大下降。1949年,比希在欧洲推出了他的原子笔。他将这些原子笔取名为“ BIC ”,该商标是他名字易于记忆的简化版本。十年之后,BIC公司第一次将它的原子笔销往美国市场。消费者起初并不愿购买BIC原子笔,因为其他制造商已经在美国市场推出了很多原子笔。为了打消消费者的犹豫,BIC公司发起了一项激动人心的全国性电视活动,向消费者宣传这种原子笔“一次使用,次次想用!”,并以仅29美分的价格销售这种原子笔。BIC还发布电视广告,描绘他们的笔从中射出、捆绑在溜冰鞋上甚至安装在手提钻上的画面。在一年内,竞争迫使每支笔的价格下降到了10美分以下。BIC公司每天会生产数百万支原子笔! 原子笔是利用钢珠的旋转把油墨写到纸上的一种书写工具。第二次世界大战后,原子笔传入中国。精明的商人大做“原子笔”的广告,借在日本爆炸的核子弹的余威来打开销路。其实,“原子笔”与原子并无关系,只是读音相近而已。原子笔很快就在世界上流行起来。仅日本一年就要消耗4亿支原子笔。原子笔之所以能够写字,是因为笔头里的钢珠在滚动时,能将速干油墨带出来转写到纸上。据说,日本的原子笔芯里装的干油墨,足够可以书写2万个字。但是,书写的字数一多以后,钢珠与钢圆管之间的空隙会渐渐变大,这样油墨就会从缝隙中漏出来,常常会沾污衣物等等,十分使人感到不愉快。 法老的原子笔 日本有一个小企业主想出了一个绝招:少装一些干油墨,让笔芯里的油墨只能书写1万多个字就用完了,这样原子笔芯漏油的问题就解决了。于是,他就申请了专利,专门生产一种短支的原子笔芯和原子笔,受到了广大顾客的欢迎。这种解决问题的方法,看起来如乎是一种偷工减料,但实质上是一种创新,是解决当时人们所不能解决的问题的思想上、方法上的创新。 原子笔在20世纪50年代贵于钢笔,用完之后还不舍得扔掉,在专门的笔店里可以加笔油后继续使用。据说匈牙利人比洛,是一家印刷厂的校对员,由于印刷好的清样,含水分较多,用钢笔更改,字极易渗开而模糊不清,于是他用钢珠套上油墨细管用来书写,就不易产生以前的毛病。后来,比洛把他的发明提供给英国皇家空军,由英国一家飞机制造厂制出了第一批原子笔。直到第二次世界大战,美国人采用了比洛的发明。1916年,德国人利斯勃设计的新型原子笔但没有得到推广。直到二次大战爆发后,美国军事工业部门提出要制造出一种适合高空书写,不漏水,不受冷热影响,能大量储墨水,不必勤灌的笔,并给以重赏。1944年芝加哥商人雷诺看到这是一个极好的发财机会,由于他头脑活络,重金邀人对利斯勃的笔作改进,在一年左右的时间里取得了成功。正好那时美国在日本丢了核子弹,他大做广告,把他的笔与核子弹并论,命名为原子笔,很快风靡世界。 1948年,中国第一支国产原子笔在上海丰华原子笔厂诞生。改革开放以后,在巨大的出口需求带动下,制笔厂如雨后春笋一般出现。 中国国家有关部门于2011年启动了“制笔行业关键材料及制备技术研发与产业化”项目,国家拨款近6000万元支持相关科研机构、企业针对中性墨水制造、笔头不锈钢线材、加工设备等开展科技攻关。经过不懈努力,项目于2015年通过“十二五”国家科技支撑计画验收,实现了一系列技术突破。长期以来,困扰中国制笔行业的“进口依赖”困局,开始被逐渐扭转。 为了给数百亿支原子笔安上“中国笔头”,国家早在2011年就开启了这一重点项目的攻关。 太钢集团技术中心高级工程师王辉绵认为,钢材要制造笔头,必须用很多特殊的微量元素,把钢材调整到最佳性能,微量元素配比的细化都会影响着钢材质量,这个配比找不到,中国的制笔行业永远都需要进口笔尖钢。 为了提炼材料,太钢集团技术中心高级工程师王辉绵说,因为开发这个产品没有可借鉴的资料,都是从一个成分的配比从几十公斤的开始炼,各种成分加入多少这个次数没法统计了。 笔头产品的生产工艺是国外企业的核心机密,王辉绵他们必须自主开发一套前所未有的炼钢工艺。没有任何参考,只能不断地积累数据、调整参数、设计工艺方法。 突破的灵感来自家常的“和面”,面要想活得软硬适中,就要加入新“料”,相对应的钢水里就要加入工业“添加剂”。普通的添加剂都是块状,如果能把块状儿变细变薄,钢水和添加剂就会融合的更加均匀,这样就可以增强切削性。 经过五年数不清的失败,在电子显微镜下,太钢集团终于看到了“添加剂”分布均匀的笔尖钢,试验在2016年9月取得成功。大规模炼钢十多次后,第一批切削性好的钢材终于出炉了。这批直径2.3毫米的不锈钢钢丝,可以骄傲的写上了“中国制造”的标志。 结构原理 原子笔的书写原理,主要是利用球珠在书写时与纸面直接接触产生摩擦力,使圆珠在球座内滚动,带出笔芯内的油墨或墨水,以达到书写的目的。 原子笔是用油墨配不同的颜料书写的一种笔。笔尖是个小钢珠,把小钢珠嵌入一个小圆柱体型铜制的碗内,后连线装有油墨的塑胶管,油墨随钢珠转动由四周流下。 原子笔油墨的色素是染料。油墨颜色主要有蓝、红、黑三种,其中尤以蓝色油墨使用最多。过去蓝色油墨中的色素成分是盐基品蓝和盐基青莲,溶剂是氧化蓖麻油、蓖麻油酸。由于盐基性染料不耐光(耐光度只有1级-2级),不耐热,不耐酸碱,所以耐久性差,现已被淘汰。 市场上销售的“424”蓝色原子笔和“322”黑色原子笔,用它书写的字迹耐久性较好。 结构 香味原子笔有毒的报导屡见不鲜,劣质香味文具所含的挥发性有机化合物具有毒性,对人体有一定损害;但还没有听到过因正常使用没有掺加挥发性有机化合物的油性原子笔而中毒的事件。 使用常识 1、该笔比一般钢笔坚固耐用,但如果使用保管不当,往往写不出字来,这主要是因干固的墨油粘结在钢珠周围阻碍油墨流出的缘故。油墨是一种粘性油质,是用胡麻子油、合成松子油(主含萜烯醇类物质)、矿物油(分馏石油等矿物而得到的油质)、硬胶加入油烟等而调制成的。 2、在使用原子笔时,不要在有油、有蜡的纸上写字,不然油、蜡嵌入钢珠沿边的铜碗内影响出墨而写不出字来,还要避免笔的撞击、曝晒,不用时随手套好笔帽,以防止碰坏笔头、笔杆变型及笔芯漏油而污染物体。如遇天冷或久置未用。笔不出油时,可将笔头放入温水中浸泡片刻后再在纸上划动笔尖,即可写出字来。 3、原子笔有一个很大的缺点:它写出来的字迹起初很清晰;可是却经不起时间的考验,时间一久,字迹就会慢慢的模糊起来。这是因为原子笔的油墨是用染料和蓖麻油制成的。油与水不一样,它很不容易乾,日子久了,油就会慢慢的在纸上浸开去,字迹就会变得模糊。因此,原子笔只能作为一种普通书写用笔。如果想要把字迹长久保存起来,那么就需要用钢笔。 4、原子笔落地,如笔尖90度碰地,则原子笔笔头不会损坏,但若收口处碰伤,这样就会在此缺口处产生“冒油”现象,严重时,球珠还会脱落、出现书写困难等现象。 分类 原子笔品种繁多、式样各异,就质量而言又有高、中、低等不同档次,但从类别上说,可分为油性原子笔、水性原子笔、中性原子笔等。 水性原子笔 又称宝珠笔或走珠笔。宝珠笔的笔杆、笔套用塑胶注塑成型的叫全塑宝珠笔;笔套用不锈钢材冲压磨制成的叫半钢宝珠笔;笔杆、笔套全用不锈钢制造的叫全钢宝珠笔。全塑型的基本上都是一次性使用,即墨水用完就报废了;半钢型和全钢型的多采用可更换笔芯式结构。宝珠笔的笔头分为炮弹式和针管形两种,分别采用铜合金、不锈钢或工程塑胶制成。球珠则多采用不锈钢、硬质合金或氧化铝等材料制成,中字迹球珠直径为0.7毫米,细字迹球珠直径为0.5毫米。储水形式分纤维束储水和无纤维束储水两种。墨水的色泽有红、蓝、黑、绿等。宝珠笔兼有钢笔和油性原子笔的特点,书写润滑流畅、线条均匀,是一种较为理想的书写工具。 原子笔 除了以上分类外,常见的还有以油墨的颜色、笔的结构来分类。 油性原子笔 在不至于发现误解与混淆的情况下可简称原子笔。 所使用的笔头球珠多采用不锈钢或硬质合金材料制成。球珠直径的大小,决定了字迹线条的粗细。常见的球珠直径有1毫米、0.7毫米、0.5毫米三种(产品的笔身或原子笔芯上往往会注明)。原子笔的油墨是特制的,主要以色料、溶剂和调黏剂混合而成。常见的颜色有蓝、黑、红三色。普通油墨多用来作一般书写,特种油墨多用来作档案书写。作档案书写用的油墨,在笔芯上一般注有记号,如国产笔芯就注有DA的字样。 原子笔 油性原子笔是原子笔系列产品的第一代产品品种,从批量投放市场,至今已有60多年了。经过长期的改进完善,油性原子笔生产工艺成熟,产品性能稳定,保存期长,书写性能稳定,现已成为原子笔类产品中的传统产品品种,油性原子笔所用的油墨粘度高,所以书写手感相对重一些。 中性原子笔 中性笔,中性墨水原子笔的简称,起源于日本,是目前国际上流行的一种新颖的书写工具。按笔头类型、油墨色彩、结构等又可分为不同类型的中性笔,大家可以根据自己的需求选择。 中性笔兼具自来水笔和油性原子笔的优点,书写手感舒适,油墨粘度较低,并增加容易润滑的物质,书写介质的粘度介于水性和油性之间,因而比普通油性原子笔更加顺滑,是油性原子笔的升级换代产品。中性笔笔尖尺寸大致分为1.0mm和0.5mm两种。 按颜色分 ⑴ 单色原子笔:这是最为普通的原子笔,常有蓝色、黑色、红色等。 ⑵ 双色原子笔:一般是红、蓝双色。 ⑶ 三色原子笔:是红、蓝和黑色。 ⑷ 四色原子笔:是红、蓝、黑和绿色。除此四种以外,还有六色、八色,甚至还有十二色的原子笔。 按结构分 ⑴ 一次性的原子笔,笔杆就是笔芯,既不能加油墨,也不能换笔芯,油墨用完,就只能丢弃。 ⑵ 可以换笔芯的原子笔,有按钮、弹簧、锁定、复原等功能。 ⑶ 笔杆可以旋转,使笔芯伸出或者缩入。 ⑷ 有原子笔和钢笔组合的,有原子笔和铅笔组合的,有原子笔和测电笔组合的,有原子笔和微小灯泡组合等等的新型原子笔。 使用注意 角度过小 易磨损球座的收口处(球座材料为镍铂铜或不锈钢,较球珠易磨损得多),如长时接触被写物,即使被写物是纸张,球座也经不起磨损,如此会造成球珠脱落。 正确角度 原子笔书写时,角度控制在55°至70°是最为理想的,这时,仅是球珠与纸接触(球珠很硬、碳化钨或陶瓷,很不易磨损),收口处不接触书写物,从而保证原子笔在良好的书写状态下延长使用寿命。 垫纸过厚 书写时,垫纸过厚,笔头收口处接触到纸,易磨损脱珠,建议:0.4的球珠不能复写;0.5的球珠最多复写1张,不宜再多;0.7的球珠最多复写3张至4张,不宜再多,复写时最好75°书写。 染料 染料的作用是赋予油墨足够的颜色深度,原子笔油墨中所用染料可分为油溶性染料和醇溶性染料,本试验所用染料为酞菁系染料,该染料不溶于溶剂,在油墨中有好的分散性,对成膜剂有强的附着力,从而不渗透于纸张内部,且颜色要色泽鲜艳,耐候性好。 分散剂 适量的分散剂可降低油墨和纸张表面的粘附性,使油墨书写到纸张表面时在一定时间内具有可擦性,分散剂还可以保持油墨的书写流利性和长期稳定性。本实验所用物质是邻苯二甲酸酯类和乙二醇酯类二者按一定比例配制的混合物。 成膜剂 成膜剂是可擦性原子笔用油墨的重要组成部分,其作用主要是能在纸张表面均匀成膜并作为染料的载体。要求它对纸张表现有一定的粘附力,不易剥落,但可用橡皮擦轻轻擦去,和着色剂有强的附着力,在溶剂中溶解性好,且与其他成分相互稳定,能长期保存。本实验中采用橡胶类成膜剂。 溶剂 在可擦性原子笔用油墨中,溶剂的作用在于溶解染料、成膜剂并与各类助剂相溶,提供一定的流动性,还要有恰到好处的挥发性,在书写过程中能有效控制干燥速度。试验表明,采用共溶剂要比单溶剂效果好,本实验采用了溶剂A:溶剂B=1:1.5~2.5的共溶剂体系,其效果最佳。 其它助剂 (1)润滑剂和缓蚀剂 在油墨组分中通常以脂肪酸作润滑剂,润滑剂同时是助溶剂,润滑剂作用包括:A、使球珠润滑,提供流利的书写;B、防止油墨干燥,使原子笔具有稳定、良好的初笔性能;C、增加染料溶解深度,提高染料色泽。脂肪酸的引入对某些笔尖金属(如铜合金)有腐蚀性,使油墨中产生一种非均质结晶物质而堵塞通道,因而缩短原子笔的使用寿命。采用脂肪酸并辅以缓蚀剂的方法可以解决腐蚀问题,同时满足润滑要求。实验中采用的缓蚀剂呈饱和状态溶解在脂肪酸中,可达到防腐目的。 (2)抗氧剂、反干燥剂 原子笔油墨中产生凝聚堵塞物和晶冠的另一原因在于黄铜和界面发生氧化作用,并在溶液中产生铜、锌化合物所致。在抗氧剂中含有能吸附和吸收周围氧的物质,因此能有效地防止氧化,抗氧剂和缓蚀剂并用能更有效防止或抑制铜合金的腐蚀,实验表明,我们所用的抗氧剂效果良好。实验中我们还采用了反干燥剂,主要作用是阻止油墨表面或墨迹的氧化干燥,使油墨和墨迹有较好的视觉效果,同时延长其使用期和保持期,在套用时还可以提高原子笔的性能,反干燥剂同时也是抗氧剂。 去除方法 1、将污渍处浸入温水(40℃)用苯或用棉团蘸苯搓洗,然后用洗涤剂洗,清水(温水)冲净。 原子笔 2、用冷水浸湿污渍处,用四氯化碳或丙酮轻轻揩拭,再用洗涤剂洗,温水冲净。 3、污迹较深时,可先用汽油擦拭,再用95%的酒精搓刷,若尚存遗迹,还需用漂白粉清洗。最后用牙膏加肥皂轻轻揉搓,再用清水冲净。但严禁用开水泡。 4、如果染在纸张上,用修正液或修正带处理最合适。 其他信息 原子笔领域有了一些更有趣的发展,其中两个是太空笔和可擦原子笔。 1、太空笔 太空笔 ,也就是 加压原子笔 ,是一项新颖的技术。以Fisher太空笔为例。太空笔的笔芯内进行了加压 (~0.28MPa),它的墨水是一种特殊的粘性墨水(像粘稠的橡胶胶水)。要使粘稠的墨水变为液体,圆珠必须旋转,使得原子笔在大多数物体表面甚至在水下都能够流畅地书写。普通原子笔依靠重力供给墨水,并且在笔芯上方有一个开口,使得空气能够替代用去的墨水。太空笔没有小孔,从而避免了墨水的蒸发和浪费,也避免了墨水从笔芯后面泄漏。另外,太空笔的使用寿命可长达100年,相比之下,普通原子笔的保存期平均只有两年。 自从20世纪60年代“太空竞赛”开始以来,太空笔在包括登月工程在内的所有载人太空飞行中均被美国太空人使用。此外,它们还在Soyuz太空飞行中和和平号空间站上被很多俄罗斯太空人使用。 原子笔画 2、可擦原子笔 可擦原子笔在20世纪80年代初推出,起初风行一时。它们将亮彩色或黑色墨水的易读性同铅笔的可擦除功能结合在一起。尽管这种原子笔仍在打着Gillette Eraser Mate之类品牌的旗号生产,但它们已不如以前那样流行了。US2966418和US4097290等专利文档详细描述了这些原子笔。 可擦原子笔的与众不同之处是它的“墨水”——它由液体橡胶胶水而非油和染料制成。在您书写时,圆珠滚动,并将橡胶胶水墨水释放到纸上(由此产生的痕迹被称为轨迹)。现代可擦原子笔在纸张上留下清晰、厚实的黑色或彩色轨迹,这些轨迹看起来与普通墨水差不多,但却能够在书写后不久(通常是长达10小时)轻松擦除。在那段时间之后,轨迹将会硬化,变得不可擦除了。 可擦原子笔的墨水一般含有15%到45%(按重量计算)的天然橡胶,这些橡胶溶解在一系列沸点不同的挥发性有机溶剂中。 选购要点 1、高级原子笔在笔套上均有明显的商标牌号和型号标志,在笔芯的尾部也有明显的牌号、生产日期和“DA”标志标记(“DA” 标记即档案两字的汉语拼音第一个字母的组合)。 2、必须配用金属油管的笔芯,笔头球珠必须采用硬质合金——碳化钨球珠,书写性能优于一般原子笔,灌注在笔芯内的油墨必须采用定点生产的424 纯蓝油墨和322黑油墨。这两种油墨,具有耐晒、耐水、不渗之优点。用这两种油墨灌注的原子笔芯,可用于档案档案书写(包括塑胶油管笔芯,但油管的颜色必须采用淡**油管)。 3、在商品的包装上,均有商标牌号、型号、生产厂名、产地和质量检验合格证等标志、标记。假冒伪劣商品,笔芯内灌注的油墨不是国家档案局认可的档案油墨,在笔芯上没有“DA”标记,也没有商标 牌号、型号、厂名、产地,有的是用国外走私进来的无牌笔芯,经组装冒充进口高级原子笔。 相关新闻 2016年1月4日, *** 总理在山西太原主持召开钢铁煤炭行业化解过剩产能、实现脱困发展座谈会,他透露了一个“秘密” :“去年,我们在钢铁产量严重过剩的情况下,仍然进口了一些特殊品类的高质量钢材。我们还不具备生产模具钢的能力,包括原子笔头上的‘圆珠’,目前仍然需要进口。这都需要调整结构。” 如果不是 *** 总理说出来,估计好多人都不知道。3000多家制笔企业、20余万从业人口、年产原子笔400多亿支……中国已经成为当之无愧的制笔大国,但一连串值得骄傲的数字背后,却是核心技术和材料高度依赖进口、劣质假冒产品泛滥的尴尬局面,大量的原子笔笔头的“球珠”却需要进口。Co代表什么元素
钴
开放分类: 金属、定义、物理化学、化学元素、无机化学
目录? 汉字
化学元素 ■概述 ■ 发现小史 ■ 钴的性质 ■ 钴的资源 ■ 钴的制取 ■ 钴的用途 ■元素辅助资料 钴过量表现 ■元素辅助资料 钴过量表现汉字
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● 钴
(钴)
gǔㄍㄨˇ
◎ 一种金属元素。钴的放射性同位素钴60在机械、化工、冶金等方面都有广泛的应用,在医疗上可以代替镭治疗癌症。
化学元素
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■概述
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元素名称:钴
元素符号:Co
元素原子量:58.93
原子体积:(立方厘米/摩尔) 6.7
元素类型:金属元素
元素在太阳中的含量:(ppm) 4
元素在海水中的含量:(ppm) 太平洋表面 0.0000069
地壳中含量:(ppm)20
质子数:27
中子数:32
原子序数:27
所属周期:3
所属族数:VIII
电子层分布:2-8-15-2
氧化态:
Main Co+2
Other Co-1, Co0, Co+1, Co+3, Co+4, Co+5
莫氏硬度:5
晶胞参数:
a = 250.71 pm
b = 250.71 pm
c = 406.95 pm
α = 90°
β = 90°
γ = 120°
电离能 (kJ /mol)
M - M+ 760
M+ - M2+ 1646
M2+ - M3+ 3232
M3+ - M4+ 4950
M4+ - M5+ 7670
M5+ - M6+ 9840
M6+ - M7+ 12400
M7+ - M8+ 15100
M8+ - M9+ 17900
M9+ - M10+ 26600
晶体结构:晶胞为面心立方晶胞,每个晶胞含有4个金属原子。
声音在其中的传播速率:(m/S)4720
发现人:布朗特
发现年代:1735年
■ 发现小史
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钴的拉丁文原意就是“地下恶魔”。数百年前,德国萨克森州有一个规模很大的银铜多金属矿床开采中心,矿工们发现一种外表似银的矿石,并试验炼出有价金属,结果十分糟糕,不但未能提炼出值钱的金属,而且使工人二氧化硫等毒气中毒。人们把这件事说成是“地下恶魔”作祟。在教堂里诵读祈祷文,为工人解脱“地下恶魔”迫害。这个“地下恶魔”其实是辉钴矿。 1753年,瑞典化学家格·波朗特(G.Brandt)从辉钴矿中分离出浅玫色的灰色金属,制出金属钴。1780年瑞典化学家伯格曼(T.Bergman)确定钴为元素。
■ 钴的性质
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钴是具有光泽的钢灰色金属,比较硬而脆,有铁磁性,加热到1150℃时磁性消失。钴的化合价为2价和3价。在常温下不和水作用,在潮湿的空气中也很稳定。在空气中加热至300℃以上时氧化生成CoO,在白热时燃烧成Co3O4。氢还原法制成的细金属钴粉在空气中能自燃生成氧化钴。
■ 钴的资源
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钴在地壳中含量0.35%(质量),海洋中钴总量约23亿吨,自然界已知含钴矿物近百种,大多伴生于镍、铜、铁、铅、锌等矿床中,含钴量较低。 中国已探明钴金属估有储量近数十万吨。分布于全国24个省(区),其中主要有甘肃、山东、云南、湖北、青海、河北和山西。这七个省的合计储量占全国总保有储量的71%,其中以甘肃储量最多,占全国的28%。此外,安徽、四川、新疆等省(区)也有一定的储量。 世界钴产量1986年达到顶峰3万吨,以后不断下降,到1989年只有2.5万吨左右。扎伊尔和赞比亚是最大的钴生产国,其产量约占世界总产量的70%。
■ 钴的制取
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钴矿物的赋存状态复杂,矿石品位低,所以提取方法很多而且工艺复杂,回收率低。一般先用火法将砷钴精矿、含钴硫化镍精矿、铜钴矿、钴硫精矿中的钴富集或转化为可溶性状态,然后再用湿法使钴进一步富集和提纯,最后得到钴化合物或金属钴。
■ 钴的用途
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金属钴主要用于制取合金。钴基合金是钴和铬、钨、铁、镍组中的一种或几种制成的合金的总称。含钴的一定量钴的刀具钢可以显著地提高钢的耐磨性和切削性能。含钴50%以上的司太立特硬质合金即使加热到1000℃也不会失去其原有的硬度,如今这种硬质合金已成为含金切削工具和铝间用的最重要材料。在这种材料中,钴将合金组成中其它金属碳化物晶粒结合在一起,使合金具更高的韧性,并减少对冲击的敏感性能,这种合金熔焊在零件表面,可使零件的寿命提高3-7倍。航空航天技术中应用最广泛的合金是镍基合金,也可以使用钴基合金,但两种合金的“强度机制”不同。含钛和铝的镍基合金强度高是因为形成组成为NiAl(Ti)的相强化剂,当运行温度高时,相强化剂颗粒就转入固溶体,这时合金很快失去强度。钴基合金的耐热性是因为形成了难熔的碳化物,这些碳化物不易转为固体溶体,扩散活动性小,在温度在1038℃以上时,钴基合金的优越性就显示无遗。这对于制造 高效率的高温发动机,钴基合金就恰到好处。 在航空涡轮机的结构材料使用含20%-27%铬的钴基合金,可以不要保护覆层就能使材料达高抗氧化性。核反应堆供热汞作使热介质的涡轮发电机可以不检修而连续运转一年以上。据报道美国试验用的发电机的锅炉就是用钴合金制造的。 钴是磁化一次就能保持磁性的少数金属之一。在热作用下,失去磁性的温度叫居里点,铁的居里点为769℃,镍为358℃,钴可达1150℃。含有60%钴的磁性钢比一般磁性钢的矫顽磁力提高2.5倍。在振动下,一般磁性钢失去差不多1/3的磁性,而钴钢仅失去2%-3.5%的磁性。因而钴在磁性材料上的优势就很明显。 钴金属在电镀、玻璃、染色、医药医疗等方面也有广泛应用。钴还可能用来制造核武器,一种理论上的或氢弹,装于钴壳内,爆炸后可使钴变成致命的放射性尘埃。
■元素辅助资料
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发现过程:1735年,瑞典的布朗特在煅烧钴矿时得到钴。
元素描述:金属钴呈银白色,密度8.9克/厘米3。熔点1495℃,沸点2870℃。化合价2和3。电离能为7.86电子伏特。性硬,具有延展性,其硬度和延展性都比铁强,但磁性较差。与钐、镍、铝等共熔可得良好得磁性钢。同水和空气不发生作用,但能迅速地为盐酸、硫酸和硝酸所侵蚀,还会缓慢地被氢氟酸、氨水和氢氧化钠所侵蚀,同所有过度元素一样表现变价,并生成铬离子和有色地化合物。用来制造超硬耐热合金、磁性合金、碳化钨的基体或粘合剂。钴的合金在高温下仍能保持其原有的强度和其他有价值的性质。
元素来源:砷钴矿和辉砷钴矿是自然界中的主要钴矿。把辉砷钴矿或砷钴灼烧成氧化物后用铝还原制得。钴-60通常以中子轰击金属钴制取。
元素用途:几个世纪以来,蓝色的钴盐一直赋予瓷器以及珐琅精美的色彩。钴的合金可以用来制造喷气飞机的推进器和其他在高温下运转的装置。它的放射性同位素则可用来治疗癌症。
其他化合物可用作催化剂。60Co是一种放射源,可以代替X射线和镭用以检查物体内部的结构,探测物体内部存在的裂缝和异物。
元素辅助资料:钴在地壳中含量不小,大于常见金属铅、锡等,但明显比铁少得多,而且钴和铁的熔点不相上下,因此注定它比铁发现得晚。可以被磁石吸引。
关于钴,古代希腊人和罗马人曾利用它的化合物制造有色玻璃,生成美丽的深蓝色。我国唐朝彩色瓷器上的蓝色也是由于有钴的化合物存在。这些都说明古代劳动人民也早已利用钴的化合物了。
含钴的蓝色矿石辉钴矿CoAsS,中世纪在欧洲被称为kobalt,首先出现在16世纪居住在捷克的德国矿物学家阿格里科拉的著作里。这一词在德文中原意是“妖魔”。这可能是当时认为这种矿石是无用的,而且由于其中含砷,妨害工人的身体健康才使用的。今天钴的拉丁名称cobaltum和元素符号Co正是德文中“妖魔”一词而来。
1742年瑞典化学教授布兰特研究辉钴矿时,发现了一种不知名的金属(也就是钴),他把这种金属列为半金属。1780年柏格曼制得纯钴。钴被确立为一种元素,1789年拉瓦锡首次把它列入元素周期表中。
进行钾元素的焰色反应时需要使用蓝色的钴玻璃,以滤去钠元素的**火焰。
钴过量表现
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经常注射钴或暴露于过量的钴环境中,可引起钴中毒。儿童对钴的毒性敏感,应避免使用每千克体重超过1mg的剂量。在缺乏维生素B12和蛋白质以及摄入酒精时,毒性会增加,这在酗酒者中常见。
钴的简介
钴是中等活泼的金属元素,有二价和三价二种化合价。钴可经消化道和呼吸道进入人体,一般成年人体内含钴量为1.1-1.5mg。在血浆中无机钴附着在白蛋白上,它最初贮存于肝和肾,然后贮存于骨、脾、胰、小肠以及其它组织。体内钴14%分布于骨骼,43%分布于肌肉组织,43%分布于其它软组织中。
食物来源
食物中钴含量较高者有甜菜、卷心菜、洋葱、萝卜、菠菜、西红柿、无花果、荞麦和谷类等,蘑菇含量可达61ug/100g。
代谢吸收
经口摄入的钴在小肠上部被吸收,并部分地与铁共用一个运载通道,在血浆中是附着在白蛋白上。吸收率可达到63%-93%,铁缺乏时可促进钴的吸收。钴主要通过尿液排出,少部分由肠、汗、头发等途径排出,一般不在体内蓄积。
生理功能
钴是维生素B12组成部分,反刍动物可以在肠道内将摄入的钴合成为维生素B12,而人类与单胃动物不能将钴在体内合成B12。现在还不能确定钴的其它的功能,但体内的钴仅有约10%是维生素的形式。已观察到无机钴对刺激红细胞生成有重要的作用。有种贫血用叶酸、铁、B12治疗皆无效,有人用大剂量的二氯化钴可治疗这类贫血。然而,这么大剂量钴反复应用可引起中毒。钴对红细胞生成作用的机制是影响肾释放促红细胞生成素,或者通过刺激胍循环。还观察到供给钴后可使血管扩张和脸色发红,这是由于肾释放舒缓肌肽,钴对甲状腺的功能可能有作用,动物实验结果显示,甲状腺素的合成可能需要钴,钴能拮抗碘缺乏产生的影响。
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