走进“世界锑都”冷水江锡矿山的生产现场

科技 2024-09-15 23:38 德国

2024年9月15日，我国商务部和海关总署正式对锑实施出口管制。对于这种我国储量占全球30%、产量占比近50%的战略性矿产，当然要采取有效措施保护资源，维护国家安全和利益。

锑（Sb）是第51号元素。金属锑呈银白色，熔点630.5℃，密度6.68g/cm³。全球锑年产量在8万吨左右。

现在被谈论最多的大概是锑在军事和半导体领域的应用，包括作为雷管燃烧剂的三硫化二锑（Sb₂S₃）和制造红外光电器件的锑化铟（InSb，比如用于红外制导空空导弹的导引头）、锑化镓（GaSb，下图，用于红外光纤通信器件等）。

军事用途固然重要，但只是锑应用领域的冰山一角。在更广泛的工业生产中，锑同样起到难以替代的作用。今天，就让我们走进“世界锑都”。

在自然界，锑的主要存在形态是辉锑矿（Sb₂S₃，上图为漂亮的晶体标本）。锑元素原本赋存于地下深处的岩石中，被深层高温高压的热液（以水为主的流体）萃取出来，带到浅层，在石英、方解石等脉石之间析出为辉锑矿（下图夹杂在白色背景中的银灰色部分）。

湖南省中部的冷水江市（娄底市代管的县级市）拥有全球最大的锑矿——锡矿山，累计探明锑矿储量200多万吨，储量和产量一度曾占全世界的30%和60%，因此获得了“世界锑都”的美誉。

之所以锑矿被叫做“锡矿山”，是因为明代这里曾被尝试作为锡矿开采，但矿石中却无法炼出锡。直到1897年，我国近代地理学家邹源帆才认识到此地实为锑矿，并参与开办了我国第一座锑矿。到1908年，锡矿山的锑产量就已达到世界的一半，但锡矿山之名却沿用至今。事实上，我国古代就已经以“连锡”之名把锑应用到青铜器中。

从矿井中开采出的矿石经过选矿后得到精矿。

第一步是鼓风炉挥发熔炼。锑精矿与熔剂（铁矿石和石灰石）、焦炭、含锑的返回料一起入炉，从下往上鼓风。在焦炭燃烧产生的高温下，辉锑矿被氧化为三氧化二锑（2Sb₂S₃ + 9O₂→ 2Sb₂O₃+ 6SO₂）。三氧化二锑有挥发性，被1100℃的高温气流向上带出，经过冷却、收尘，获得粗制三氧化二锑（锑氧）。在炉底还会获得少量锑锍（硫化锑和硫化铁的混合物，锍是有色冶金中金属硫化物混合物的统称）和粗锑（Sb₂S₃ + 2Sb₂O₃ → 6Sb + 3SO₂）。

铁矿石和石灰与石英脉石结合为硅酸盐炉渣，从炉子下部放出，水淬冷却后可作为水泥原料，实现变废为宝。

第二步是反射炉还原熔炼。在反射炉中，火焰的热量经炉顶反射，把锑氧加热到1000℃左右，以煤炭为还原剂还原为金属锑。

炉体上方是方形的冷却、收尘装置，回收挥发的三氧化二锑

但熔炼得到的粗锑含有砷、铅等杂质，需要精炼。利用砷、铅比锑更容易被氧化的特性，鼓入空气，加入纯碱（Na₂CO₃）把砷结合为砷酸钠（Na₃AsO₄），加入磷酸二氢铵（NH₄H₂PO₄）等把铅结合为磷酸铅类物质，使砷、铅上浮为炉渣（也包含部分被氧化的锑），被分别称为砷碱渣和除铅渣。如果随意处置，这两种炉渣显然会导致严重的环境污染，但也可以采用技术手段变废为宝，从中提取砷和铅。

金属锑液浇铸到模具中，得到精锑锭。

把金属锑做成锑珠的形态，便于添加到合金中，用于耐磨、耐腐蚀合金、铅酸电池极板等。

锑用量最大的场合是三氧化二锑阻燃剂，通过对燃烧物的覆盖、熔融和挥发吸热以及阻断燃烧的化学过程，起到阻燃作用。锑阻燃剂被添加到塑料、橡胶、化纤、复合材料中，可谓无处不在，占到锑用量的一半左右。阻燃母料是预先把高浓度的阻燃剂与高分子混合后造粒，在塑料加工成型时就可以直接混入塑料原料颗粒中，便于阻燃剂在塑料中的分散和融合。三氧化二锑还被用作陶瓷和搪瓷的白色釉料。

精制三氧化二锑又被称作“锑白”。把精锑锭投入锑白炉中熔化，鼓入空气使锑氧化，反应放热可维持炉内1100-1300度的高温（被称为“自热”），三氧化二锑挥发到烟气中，经过冷却、收尘、筛分，得到锑白产品。

锑也是聚酯工业中的重要催化剂。Sb³⁺能够催化乙二醇与对苯二甲酸缩聚为对苯二甲酸乙二醇酯（PET），作为塑料就是常见的透明水瓶（1号塑料），作为化纤就是涤纶。如果把对苯二甲酸与1,4-丁二醇缩聚，得到的聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）是一种重要的工程塑料。

三氧化二锑（或醋酸锑）催化剂需要溶解在乙二醇中，而直接使用乙二醇锑能获得更好的催化性能。把锑白和乙二醇在140-150℃混合加热（上图似乎是乙二醇车间的反应釜），乙二醇基取代三氧化二锑中的氧原子（Sb₂O₃ + 3HOCH₂CH₂OH → Sb₂(OCH₂CH₂O)₃+ 3H₂O）。这是一个可逆反应，通过抽真空蒸馏排出反应生成的水，促进反应进行，获得乙二醇锑的乙二醇溶液，冷却结晶为乙二醇锑产品。

上图右侧的焦锑酸钠（NaSb(OH)₆）是玻璃工业中的高档澄清剂，能够替代有毒的氧化砷（砒霜）澄清剂，用于制造光伏玻璃（太阳能电池的盖板）、电子玻璃（显示屏玻璃），占到锑用量的约四分之一。在熔融的玻璃液中，焦锑酸钠分解（5价锑被还原为3价锑）释放出氧气，氧气气泡在上浮过程中把玻璃液中的气体（包括原料夹带的空气和分解释放的气体）带出来，使玻璃液澄清。

上图左侧的金黄锑是添加了Sb³⁺的阳离子金黄染料，Sb³⁺能使染料与丝绸牢固结合，获得鲜艳的黄色。

在锑矿中还伴生有一定量的金。在鼓风炉熔炼时金会进入到粗锑中，或被灰分夹带出来进入锑氧中，从中可以提取金。

在积贫积弱的年代，锡矿山锑矿为我国带来宝贵的财富，也记录着矿工的血与泪。解放后，锡矿山矿务局为新中国的建设做出不可磨灭的贡献。但历经百年多的高强度开采，尤其是本世纪初大量小矿小厂的无序开发，造成资源枯竭、环境污染、丧失定价权等严重问题。经过关停整合，目前锡矿山的开采权集中在由锡矿山矿务局改制而成的锡矿山闪星锑业（隶属于央企中国五矿集团），冷水江市另有一处狮子山锑矿由狮子山锑业开发。通过找矿增加储量，并利用进口提矿石，世界锑都仍然维持着生命力。如今闪星锑业是集锑金采、选、炼、科研为一体的大型锑金联合企业，形成60万吨锑采选、3万吨精锑、4万吨锑品、5吨黄金的年生产能力，锑品市场占有率占全国的30%，占全球的25%。

为了治理锑产业的环境问题，锑都近年来下大力气进行矿山植树复绿、土壤修复、尾矿治理、冶炼废气废水处理和冶炼废渣资源化利用。祝愿绿水青山永驻世界锑都！

点击元素周期表的高亮部分，了解更多元素的加工和应用：

			K	Na	Li	H
				Mg	Be
锕系	稀土		Sc
	Hf	Zr	Ti
	Ta	Nb	V
	W		Cr
	Re		Mn
	Os	Ru	Fe
	Ir	Rh	Co
	Pt	Pd	Ni
	Au	Ag	Cu

				Al
	Pb	Sn	Ge	Si	C
	Bi	Sb			N
		Te		S	O
			Br	Cl

参考资料和主要素材来源：

锡矿石闪星锑业有限责任公司. 展览馆宣传视频（点击“阅读原文”可看视频）.

http://zlg.hksts.com/shipin.htm

中央电视台. 《大地讲堂》 20230609 一眼亿年——颤抖吧，地下锑矿井.（27:23开始）

https://tv.cctv.com/2023/06/10/VIDElNTzOSoY3UlRRvVtMUNi230610.shtml

冷水江新闻. 新春走基层•企业行（九）丨闪星锑业：以高质量发展开新局捍卫“世界锑都”地位. 20220303
https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAwMjQxMTgxMw==&mid=2651317498&idx=4&sn=669ca233d409aef982a265a487d046a1&chksm=813998b0b64e11a6bebbbb9ccad4bbc7905bcc781c22037ed0e6afe2173b384f165971881804&scene=27

冷水江市广播电视台. 锡矿山系列专题第三集《锑都上行》.
https://v.qq.com/x/page/d3501q0cl9x.html

余盼,郑义,虞鹏鹏,等. 湘中盆地锑矿成因探讨. 第五届全国矿田构造与深部找矿预测学术研讨会论文集. 2018:349-351.

刘勇,陈芳斌,刘共元. 中国锑冶炼技术的现状与发展. 黄金,2018,39(5):55-60.

罗正离,刘放云. 大型锑鼓风炉技改及生产实践. 湖南有色金属,2015,31(2):59-61.

王科,王亲猛,陈远林,等. 锑冶金固废处置现状有色金属科学与工程,2022,13(1):8-17.

谭显铂,刘益凡,赵工业. 自热式顶吹法锑白生产及后处理工艺研究. 湖南有色金属,2019,35(6):33-36.

刘益凡,谭显铂,赵工业. 浅谈乙二醇锑生产工艺. 湖南有色金属,2020,36(4):30-31,46.

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU2NTU5NDAyNg==&mid=2247490244&idx=1&sn=19912eea554b7fed8aed8133751fa440

材闻窗外事

材料小博士，其实不打铁。虽无球差校正眼，但怀扫描透射心。尝试从一闪而过的荧屏画面中解读材料科学密码，见证中国科技进步。

最新文章

擦亮显示屏的“窗户”——超薄电子玻璃的生产

20多亿年前的生命史诗，写就地球上最重要的铁矿类型

走进“世界锑都”冷水江锡矿山的生产现场

近距离接触法国“凯撒”155毫米车载榴弹炮

飘扬在月球背面的国旗用什么纤维织就？

一款壮志未酬的喷气发动机，一段德国战后航空工业往事

空中巨无霸的“腿脚”——空客A380的起落架

好钢用在航母上——轧制航母甲板钢的鞍钢5.5米轧机

空中巨无霸的心脏——空客A380的发动机

从“多余的晶体”到无处不在的屏幕——液晶的故事

铸剑为犁，实现放射性医疗同位素镥-177的国产化

飞机发动机的风扇大叶片是如何制造的？

效率为王，风扇先行——涡轮风扇发动机

动力澎湃的工业心脏——燃气轮机

为新冠疫苗打造国产“弹匣”——药用中硼硅玻璃管的国产化

被美国“卡脖子”的超高纯石英砂是怎么回事？

光刻芯片用的掩模长什么样？

EUV光刻机的驱动激光器长什么样？

蜡炬成灰泪始干——人造石墨电极

从电容到芯片——钽的进化

光刻机的镜头是如何加工的？

核燃料的封印——锆合金包壳管

解读嫦娥石的科学密码

暂停天然砂对台出口能打击台湾的半导体产业吗？

暂停天然砂对台出口对半导体产业有影响吗？

止于至薄——锂电铝箔铜箔的生产

无缘登上国产航母的蒸汽弹射器是何方神圣？

零下84度的奥秘——从冲击试验温度管窥国产航母用钢的发展

分类

时事

民生

政务

教育

文化

科技

财富

体娱

健康

情感

旅行

百科

职场

楼市

企业

乐活

学术

汽车

时尚

创业

美食

幽默

美体

文摘

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉