镍回收多少钱一公斤?
截止2020年1月13日,废品镍每公斤80元。
含镍的不锈钢、高温合金收购价格根据含镍量以质论价这个是正确答案,成品镍板,含税的价格在120左右每日价格都有变化。
镍作为合金化元素得到广泛应用,其中不锈钢占全球镍消费量的一半以上,因镍价昂贵,故再生镍的回收很重要的。
但由于镍几乎全部存在于这样那样的合金中,因而很少以纯金属形式回收,消耗含镍废料的工业,在商业上是非常有竞争力的,因为它可以降低原料成本5%-10%。
扩展资料:
含镍废料的来源主要是不锈钢加工过程产生的“新废料”和不锈钢报废后产生的“旧废料”,欧洲生产者利用的废料比美洲和亚洲的生产者多。
2000年世界不锈钢废料市场约为480万吨,欧洲占废料需求的45%,美国占8%,日本、韩国和中国台湾合计占36%。2001年美国和德国是废料的最大出口国,发货量各为50万吨;意大利、西班牙和瑞典合计进口不锈钢废料约80万吨,欧洲是净进口地区。
参考资料:百度百科---再生镍
镍粉在金刚石刀具中是作为金属结合剂使用的。应该是超细的高纯镍的粉末,可能有的厂家还用其他金属混合其中,但是具体方法配方应当是其技术秘密,不会透露。镍粉就是作为价格较高的钴粉的替代品使用的。用什么金属粉末能够代替它?这个问题恐怕相关的人员都想知道。
金刚石工具镍粉介绍(金属胎体合金粉末): 金属结合剂是决定金刚石锯片,刀头,磨轮,薄壁钻等产品的质量关键因素之一,在金刚石确定以后,金属结合剂的质量就成了决定因素,钴粉和镍粉都可以作为主粘结剂,但钴粉的价格较高。
在金刚石工具中,胎体指包裹,金刚石的金属烧结体,胎体的作用是把持金刚石,使其起到切割的作用,而不会过早地脱落掉.胎体一般由多种金属元素组成,主要采用低熔点金属粉作为粘结剂,比如镍粉等。
建筑业用的金刚石薄壁钻头、切割片,石油天然气等矿用金刚石钻头、硬质合金钻头的胎体粘接材料大多采用镍粉;金属材料加工、汽车、摩托车机械打磨加工等用的工具大多采用金刚石磨料磨具,其胎体材料也大都采用镍粉。包括羰基镍粉、电解镍粉和还原镍粉。
(羰基镍粉其独特的晶形结构和高纯度的颗粒能成为与其它金属混合的理想材料,它树枝状的表面使其能与大颗粒紧密结合,在粉末烧结前形成稳固而均匀的分布,在随后的烧结过程中能和其它粉末渗滤均匀,最后能形成具有平衡冶金结构的精密部件,其性能大大优于普通镍粉。因此,羰基镍粉广泛应用于镍-镉、镍-氢电池,过滤器、军工、高密度和高熔点材料的粘结剂、粉末冶金添加剂、精密合金、特种钢、不锈钢焊条、石化用催化剂和新型化合物、电子显象管用吸气剂、高频或超高频磁性材料等。)
化学制取与常见反应
镍是铁系第三 元素 ( 查成交价 | 车型详解 ),外观上面和铁、钴一样,高纯度情况下都是银白色密度很高的金属非常的坚硬,高纯度镍棒常在实验室作为电极使用,颗粒状的镍也叫镍花在实验室中使用的更多。
镍金属的稳定性极高,镍颗粒直接在高温火焰下灼烧,部分位置会像铁一样生成黑色氧化物,还有些部位会被亮蓝色氧化物包裹。镍有三种氧化物,即氧化亚镍(NiO),四氧化三镍(Ni3O4)及三氧化二镍(Ni2O3)。三氧化二镍仅在低温时稳定,加热至400~450℃,即离解为四氧化三镍,进一步提高温度最终变成氧化亚镍。
高纯度镍对酸腐蚀也有很高抗性,镍花置于硫酸中加热只会产生少量气泡,室温中放置一周也只会让溶液微微变绿,参加反应的镍少得可怜,如果你加大硫酸的浓度,镍会和铁一样发生钝化,表面产生致密的氧化物保护内部的镍,导致反应停止。
强碱对于镍来说也是一样,甚至在熔融氢氧化物的时候主要使用的都是镍制坩埚,离谱的是单质氟的相关反应实验也采用镍制容器,镍连被称作死亡 元 素的单质氟都不怕,(氟是卤素元素,单质氟化学性质极其活跃,最强的氧化剂之一,甚至在一定条件下能够和部分惰性气体反应)。
镍的化学性质过于稳定,所以实验室中采用的大多是颗粒更细的镍粉。镍粉制取可以采用氧化镍与氢气反应,这个反应的制取量小,纯度不高。
氧化镍与氢气加热生成镍粉与水
更纯的镍粉则是采用四羰基合镍的热分解来得到的,四羰基镍是一种剧毒气体,蒸汽混合空气见火 星 还会爆炸,所以用这玩意儿制镍很可能就要造镍了,危。实验室里四羰基合镍难以保存,所以工业上多采用羰基镍粉来制备纯镍。制备镍粉还可以通过分解镍的另一种化合物二茂镍来获得,深绿色晶体状的二环戊二烯合镍Ni(C5H5)2对热敏感需要充氮气保存。
镍粉活泼性就很高了,和稀硫酸反应就和之前完全不同,加热后会剧烈反应快速溶解在硫酸之中,溶液的颜色也转为绿色,这个溶液可以提纯出七水合硫酸镍。镍和稀硝酸反应会更加的暴力,稍微一加热镍粉就消失不见了。
镍粉与稀硫酸反应(上)镍粉与稀硝酸反应(下)
镍与强碱反应与和强酸完全不同,镍粉甚至无法和大部分强碱进行反应,氢氧化镍的制取只能采用土办法,往镍盐溶液中添加强碱制取的氢氧化镍。
硫酸镍与氢氧化钾反应生成氢氧化镍和硫酸钾
镍粉和氧气可以很轻松的反应,如果在反应中掺杂点水蒸气,镍粉甚至能够自燃,生成的镍氧化物是绿色粉末状,没错和抹茶粉一模一样,很容易和强酸生成对应的镍盐。与氧气长时间反应,会生成三价镍组成的三氧化二镍,3价镍是一种超强的氧化剂,在氧化反应中会被还原成稳定的2价镍。
镍粉非常的怕氨水,镍粉和浓氨水的混合物放在一起加热,镍粉很容易就被氨水侵蚀,氨对于镍离子有非常强大的络合能力。在镍盐溶液中加入浓氨水,氨能够赶跑镍盐水合物中的水,行程氨络合离子。在三元前驱体制取中需要用到一定浓度的氨水最为络合剂。
六水合硫酸镍与浓氨水反应
展开余下全文(1/3) 2 化学制取与常见反应 回顶部
化学制取与常见反应
镍是铁系第三 元素 ,外观上面和铁、钴一样,高纯度情况下都是银白色密度很高的金属非常的坚硬,高纯度镍棒常在实验室作为电极使用,颗粒状的镍也叫镍花在实验室中使用的更多。
镍金属的稳定性极高,镍颗粒直接在高温火焰下灼烧,部分位置会像铁一样生成黑色氧化物,还有些部位会被亮蓝色氧化物包裹。镍有三种氧化物,即氧化亚镍(NiO),四氧化三镍(Ni3O4)及三氧化二镍(Ni2O3)。三氧化二镍仅在低温时稳定,加热至400~450℃,即离解为四氧化三镍,进一步提高温度最终变成氧化亚镍。
高纯度镍对酸腐蚀也有很高抗性,镍花置于硫酸中加热只会产生少量气泡,室温中放置一周也只会让溶液微微变绿,参加反应的镍少得可怜,如果你加大硫酸的浓度,镍会和铁一样发生钝化,表面产生致密的氧化物保护内部的镍,导致反应停止。
强碱对于镍来说也是一样,甚至在熔融氢氧化物的时候主要使用的都是镍制坩埚,离谱的是单质氟的相关反应实验也采用镍制容器,镍连被称作死亡 元 素的单质氟都不怕,(氟是卤素元素,单质氟化学性质极其活跃,最强的氧化剂之一,甚至在一定条件下能够和部分惰性气体反应)。
镍的化学性质过于稳定,所以实验室中采用的大多是颗粒更细的镍粉。镍粉制取可以采用氧化镍与氢气反应,这个反应的制取量小,纯度不高。
氧化镍与氢气加热生成镍粉与水
更纯的镍粉则是采用四羰基合镍的热分解来得到的,四羰基镍是一种剧毒气体,蒸汽混合空气见火 星 还会爆炸,所以用这玩意儿制镍很可能就要造镍了,危。实验室里四羰基合镍难以保存,所以工业上多采用羰基镍粉来制备纯镍。制备镍粉还可以通过分解镍的另一种化合物二茂镍来获得,深绿色晶体状的二环戊二烯合镍Ni(C5H5)2对热敏感需要充氮气保存。
镍粉活泼性就很高了,和稀硫酸反应就和之前完全不同,加热后会剧烈反应快速溶解在硫酸之中,溶液的颜色也转为绿色,这个溶液可以提纯出七水合硫酸镍。镍和稀硝酸反应会更加的暴力,稍微一加热镍粉就消失不见了。
镍粉与稀硫酸反应(上)镍粉与稀硝酸反应(下)
镍与强碱反应与和强酸完全不同,镍粉甚至无法和大部分强碱进行反应,氢氧化镍的制取只能采用土办法,往镍盐溶液中添加强碱制取的氢氧化镍。
硫酸镍与氢氧化钾反应生成氢氧化镍和硫酸钾
镍粉和氧气可以很轻松的反应,如果在反应中掺杂点水蒸气,镍粉甚至能够自燃,生成的镍氧化物是绿色粉末状,没错和抹茶粉一模一样,很容易和强酸生成对应的镍盐。与氧气长时间反应,会生成三价镍组成的三氧化二镍,3价镍是一种超强的氧化剂,在氧化反应中会被还原成稳定的2价镍。
镍粉非常的怕氨水,镍粉和浓氨水的混合物放在一起加热,镍粉很容易就被氨水侵蚀,氨对于镍离子有非常强大的络合能力。在镍盐溶液中加入浓氨水,氨能够赶跑镍盐水合物中的水,行程氨络合离子。在三元前驱体制取中需要用到一定浓度的氨水最为络合剂。
六水合硫酸镍与浓氨水反应
3 新能源应用 镍产业解析 回顶部
新能源产业应用
我们常见的三 元 锂电池NCM的N都是指的镍,NCM是指含锂的多层金属氧化物——镍钴锰酸锂LiNixCoyMn1-x-yO2,制造镍钴锰酸锂的原料中镍的部分采用的是硫酸镍。我们上一趴介绍的关于镍的各种常见反应和各种化合物基本上都与制备三元锂前驱体相关。
镍盐有许多种,硝酸镍、氯化镍都算,那为什么只采用硫酸镍而非其他镍盐呢?氯化镍中有氯离子的存在,容易腐蚀不锈钢材质对反应设备的要求较高,如果氯离子残留在前驱体中,后续烧结工艺时容易腐蚀窑炉;硝酸镍价格高,而且N03-硝酸根离子残留在前驱体中,在烧结工艺中会产生NO一氧化氮、NO2二氧化氮等有害气体,在工业制取中不被采用。
硫酸镍的制取有三个来源,由原生物料生产、镍铁溶解、废料生产:
镍铁直接溶解
化学法制取硫酸镍方法历史悠久,最简单的就是采用硝酸和硫酸的混酸来氧化溶解金属镍,和上面我们谈到的实验室中镍与强酸反应是一样的。也就是常说的镍豆/镍粉直接溶解得到硫酸镍,这种方法设备复杂腐蚀严重、利用率低、环境污染较为严重。再通过电解又可以重新获得电解镍,也就是纯镍产品,每吨电解镍的耗电量在800-1000kWh。
原生物料生产
根据原料矿物不同分为两种,硫化镍矿与红土镍矿线路;硫化镍矿品位高很容易就能制取高冰镍,高冰镍可以制取电解镍和硫酸镍。而红土镍矿就比较复杂了,作为最主要的镍矿原料,红土镍矿分层,上层品位低但储量高,可以使用湿法高压酸浸的方法处理成MHP等湿法中间品;下层品位高,用火法处理。目前镍的主要生产路径是下层红土镍矿通过火法RKEF到镍铁,再到不锈钢(该路径占比超过50%)。
总体来说红土镍矿生成硫酸镍共有四类方法 :
湿法高压酸浸路径 ,上层低品位红土镍矿的湿法冶炼-MHP等湿法中间品-硫酸镍+硫酸钴;
火法前硫化路径 ,下层高品位红土镍矿的火法冶炼硫化到低冰镍-高冰镍-硫酸镍;
火法后硫化路径 ,下层高品位红土镍矿的火法冶炼-镍铁-高冰镍-硫酸镍;
富氧侧吹方式 ,用熔炼炉替代电炉,对原材料的适用度高,增加热反应效率,核心在于硫化方式的改变。
最具代表性的企业包括瑞木、华友、青山、盛屯、中伟等等。
镍 有色金属产业作为有色金属大宗 商 品,镍期货也是行业风向标,最近镍期货的走势可谓是跌宕起伏,国内方面沪镍在3月初和中下旬两次上攻,虽然今日已经回到较为合理的价格位置,但是伦敦金属交易所LME似乎还没有从“妖镍”闹剧中解脱,从铝到锌LME六大主要金属合约的可用库存目前已降至1997年以来的最低水平。
随着2021年全球工业活动在疫情后附属,LME的金属库存已经在下降,而且目前全球物流和航运系统还是处于混乱的状态。俄乌冲突爆发后,俄罗斯作为高纯度镍储量丰富的国家,从其供应商处获得货物变得完全不可能,同时交易所库存较低的时候也很容易遭受到逼空行情的冲击,“妖镍”风波之后LME甚至对金属价格市场波动幅度设置了15%的上限。
金属镍在全球市场中,74%用于不锈钢生产制造,在电池用途方面目前仅占5~8%,但是中国2021年的纯电动汽车新车销量增加到了上年的2.6倍,以目前全球电动车发展的趋势来看,预计对电池用途的需求会进一步扩大。
目前青山控股作为国内第一大镍铁生产商,已经蜕变成为全球最大的镍铁生产商,也是3月伦敦金属交易所LME“妖镍”事件的主角之一。青山控股在印尼拥有两大工业园区,2020年镍产量46万吨,未来还会继续大幅度扩容,来应对国内及全球快速增长的新能源电池需求。
产业前景
镍钴锰酸锂三元材料中,镍呈现正二价是主要的电化学活性 元素 ,三元材料NCM:让钴Co来防止镍Li-锂Ni混排,让锰Mn来稳定材料的结构,镍Ni作为提供高容量的主力。所以目前主流的三元锂NCM811、NCM622、NCM523、NCM111中镍含量越高能量密度也就越高。同时镍的成本相对来说较低,高镍配方在成本上也还是有优势的,所以客观上对于镍的需求整体是会上升的。
但目前全球经济形势不容乐观,受到多重因素影响,疫情、逆全球化、美元加息周期、全球CPI飙升、民粹主义抬头、俄乌战争,这些都时时刻刻影响着正常的经济活动和社会发展。有色金属产业从LME库存储量就能 发现 ,全球产业链体系供需正在出现问题,疫情导致停工停产、国际航运混乱,全球大宗商品价格飙升,PPI CPI产生恐怖的剪刀差,目前正值美元加息周期,叠加疫情影响已经有部分国家出现国家破产的危机,黎巴嫩、斯里兰卡首当其冲,未来还有更多国家陷入经济困境,我国经济也已明确进入滞胀。所以对于新能源产业是否能够继续高速增长可能会取决于许多未知因素,目前国内电动车已经出现全面涨价的情况,PPI端的涨价终会传到到CPI端,美元从 无限 QE到瞬间加息50个基点,最终又将是谁来抗下一切?
回到镍的话题来,镍作为一种不是非常稀缺的有色金属,主要还是应用于不锈钢,从二级市场来看,新能源端带来的增长已经反应在了相应公司的股价上,资本的速度总是最快的,市场表现也总是如实反应资本预期的,未来镍的增长可能要从《“十四五”原材料工业发展规划》提出的开发“城市矿山”资源中挖掘了,有色金属稀有金属的回收再利用。或者抓准美元加息周期,在外汇储备被摧毁的国家中也实施马歇尔计划,可以把放的水流到海外的基建项目中去,掌控产业链源头、控制能源、削弱美元霸权、收获国际友谊等等好处还是很多的,可别再让水流进房地产了。
镍产业链非常清晰,最主要的用途就是镍合金(铸币)、电池(镍氢、镍铬、三元锂)、电镀、不锈钢。除此之外,还能成为许多化学反应不可或缺的催化剂,纳米铁酸镍NiFe2O4在新兴材料领域价值很大,它可以催化二氧化碳分解,使其重新变成碳和氧气,从而在太空等高精尖领域得以应用。然而镍与我们生活也是息息相关,平均每5个人里就有1个人,会对镍离子存在或轻或重的过敏反应,镍甚至被指与诱发某些癌症相关,所以目前对于日常使用的不锈钢中该添加多少镍仍然存在争议。
如果你带钢制手表时间一长会烂手腕,恭喜你,你对镍过敏,真的是造镍啊。
(图/文/摄: 洪晓峰)
@2019
其他水源植物食品消化生物从环境中摄取的重金属可以经过食物链的生物放大作用,逐级在较高级的生物中成千上万地富积,然后经过食物进入人的身体,在某些器官中积蓄造成慢性中毒。日本的水(人加吴)病就是汞中毒的典型案例。四、废旧电池危害的其它表现:目前世界上生活垃圾处理主要是卫生填埋、堆肥和焚烧三种方式,混入生活垃圾的废旧电池在这三个过程中的污染作用体现在:填埋:废旧电池的重金属通过渗滤作用污染水体和土壤。焚烧:废旧电池在高温下,腐蚀设备,某些重金属在焚烧炉中挥发在飞灰中,造成大气污染;焚烧炉底重金属堆积,给产生的灰渣造成污染。堆肥:废旧电池的重金属含量较高,造成堆肥的质量下降。再利用:一般采用反射炉火冶金法,工艺虽然容易掌握但是回收率只有82%,其余的铅以气体和粉尘的形态出现,同时冶炼过程中的二氧化硫会进入空气中,造成二次污染,直接危害操作工人的健康
废电池的危害:废弃在自然界电池中的汞会慢慢从电池中溢出来,进入土壤或水源,再通过农作物进入人体,损伤人的肾脏。在微生物的作用下,无机汞可以转化成甲基汞,聚集在鱼类的身体里,人食用了这种鱼后,甲基汞会进入人的大脑细胞,使人的神经系统受到严重破坏,重者会发疯致死。著名的日本水俣病就是甲基汞所致。镉渗出污染土地和水体,最终进入人体使人的肝和肾受损,也会引起骨质松软,重者造成骨骼变形。汽车废电池中含有酸和重金属铅泄漏到自然界可引起土壤和水源污染,最终对人造成危害。
回收废电池:家用电器的普及和种类的增加,使得电池的使用量随之剧增。废电池混在垃圾中,不仅污染环境,而且也是浪费。全国电池年消耗量为30亿只,因无回收而丢失铜740吨、锌1.6万吨、锰粉9.7万吨。我们应该把废旧电池与其它垃圾分开,集中起来送去回收。许多国家都很重视废电池的回收。德国的很多商店要求顾客在购买电池时,同时要把废旧电池交回给商店;日本专有分类箱收集不同的废电池
我们应采取行动。Come on.
纳米是英文namometer的译音,是一个物理学上的度量单位,1纳米是1米的十亿分之一;相当于45个原子排列起来的长度。通俗一点说,相当于万分之一头发丝粗细。就象毫米、微米一样,纳米是一个尺度概念,并没有物理内涵。当物质到纳米尺度以后,大约是在1—100纳米这个范围空间,物质的性能就会发生突变,出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子,也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料,即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米,而没有特殊性能的材料,也不能叫纳米材料。过去,人们只注意原子、分子或者宇宙空间,常常忽略这个中间领域,而这个领域实际上大量存在于自然界,只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家,他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子,并通过研究它的性能发现:一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后,它就失去原来的性质,表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此,象铁钴合金,把它做成大约20—30纳米大小,磁畴就变成单磁畴,它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期,人们就正式把这类材料命名为纳米材料。
在充满生机的21世纪,信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求,元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小;航空航天、新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越来越高。新材料的创新,以及在此基础上诱发的新技术。新产品的创新是未来10年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域,纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象,也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。近年来,纳米材料和纳米结构取得了引人注目的成就。例如,存储密度达到每平方厘米400g的磁性纳米棒阵列的量子磁盘,成本低廉、发光频段可调的高效纳米阵列激光器,价格低廉高能量转化的纳米结构太阳能电池和热电转化元件,用作轨道炮道轨的耐烧蚀高强高韧纳米复合材料等的问世,充分显示了它在国民经济新型支柱产业和高技术领域应用的巨大潜力。正像美国科学家估计的“这种人们肉眼看不见的极微小的物质很可能给予各个领域带来一场革命”。纳米材料和纳米结构的应用将对如何调整国民经济支柱产业的布局、设计新产品、形成新的产业及改造传统产业注入高科技含量提供新的机遇。 研究纳米材料和纳米结构的重要科学意义在于它开辟了人们认识自然的新层次,是知识创新的源泉。由于纳米结构单元的尺度(1~100urn)与物质中的许多特征长度,如电子的德布洛意波长、超导相干长度、隧穿势垒厚度、铁磁性临界尺寸相当,从而导致纳米材料和纳米结构的物理、化学特性既不同于微观的原子、分子,也不同于宏观物体,从而把人们探索自然、创造知识的能力延伸到介于宏观和微观物体之间的中间领域。在纳米领域发现新现象,认识新规律,提出新概念,建立新理论,为构筑纳米材料科学体系新框架奠定基础,也将极大丰富纳米物理和纳米化学等新领域的研究内涵。世纪之交高韧性纳米陶瓷、超强纳米金属等仍然是纳米材料领域重要的研究课题;纳米结构设计,异质、异相和不同性质的纳米基元(零维纳米微粒、一维纳米管、纳米棒和纳米丝)的组合。纳米尺度基元的表面修饰改性等形成了当今纳米材料研究新热点,人们可以有更多的自由度按自己的意愿合成具有特殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新方法设计纳米结构原理性器件以及纳米复合传统材料改性正孕育着新的突破。 1研究形状和趋势 纳米材料制备和应用研究中所产生的纳米技术很可能成为下一世纪前20年的主导技术,带动纳米产业的发展。世纪之交世界先进国家都从未来发展战略高度重新布局纳米材料研究,在千年交替的关键时刻,迎接新的挑战,抓紧纳米材料和柏米结构的立项,迅速组织科技人员围绕国家制定的目标进行研究是十分重要的。 纳米材料诞生州多年来所取得的成就及对各个领域的影响和渗透一直引人注目。进入90年代,纳米材料研究的内涵不断扩大,领域逐渐拓宽。一个突出的特点是基础研究和应用研究的衔接十分紧密,实验室成果的转化速度之快出乎人们预料,基础研究和应用研究都取得了重要的进展。美国已成功地制备了晶粒为50urn的纳米cu材料,硬度比粗晶cu提高5倍;晶粒为7urn的pd,屈服应力比粗晶pd高5倍;具有高强度的金属间化合物的增塑问题一直引起人们的关注,晶粒的纳米化为解决这一问题带来了希望, 根据纳米材料发展趋势以及它在对世纪高技术发展所占有的重要地位,世界发达国家的政府都在部署本来10~15年有关纳米科技研究规划。美国国家基金委员会(nsf)1998年把纳米功能材料的合成加工和应用作为重要基础研究项目向全国科技界招标;美国darpa(国家先进技术研究部)的几个计划里也把纳米科技作为重要研究对象;日本近年来制定了各种计划用于纳米科技的研究,例如 ogala计划、erato计划和量子功能器件的基本原理和器件利用的研究计划,1997年,纳米科技投资1.28亿美元;德国科研技术部帮助联邦政府制定了1995年到2010年15年发展纳米科技的计划;英国政府出巨资资助纳米科技的研究;1997年西欧投资1.2亿美元。据1999年7月8日《自然》最新报道,纳米材料应用潜力引起美国白宫的注意;美国总统克林顿亲自过问纳米材料和纳米技术的研究,决定加大投资,今后3年经费资助从2.5亿美元增 加至5亿美元。这说明纳米材料和纳米结构的研究热潮在下一世纪相当长的一段时间内保持继续发展的势头。 2国际动态和发展战略 1999年7月8日《自然》(400卷)发布重要消息 题为“美国政府计划加大投资支持纳米技术的兴 起”。在这篇文章里,报道了美国政府在3年内对纳米技术研究经费投入加倍,从2.5亿美元增加到5亿美元。克林顿总统明年2月将向国会提交支持纳米技术研究的议案请国会批准。为了加速美国纳米材料和技术的研究,白宫采取了临时紧急措施,把原1.97亿美元的资助强度提高到2.5亿美元。《美国商业周刊》8月19日报道,美国政府决定把纳米技术研究列人21世纪前10年前11个关键领域之一,《美国商业周刊》在掌握21世纪可能取得重要突破的3个领域中就包括了纳米技术领域(其它两个为生命科学和生物技术,从外星球获得能源)。美国白宫之所以在20世纪即将结束的关键时刻突然对纳米材料和技术如此重视,其原因有两个方面:一是德科学技术部1996年对2010年纳米技术的市场做了预测,估计能达到14400亿美元,美国试图在这样一个诱人的市场中占有相当大的份额。美国基础研究的负责人威廉姆斯说:纳米技术本来的应用远远超过计算机工业。美国白宫战略规划办公室还认为纳米材料是纳米技术最为重要的组成部分。在《自然》的报道中还特别提到美国已在纳米结构组装体系和高比表面纳米颗粒制备与合成方面领导世界的潮流,在纳米功能涂层设计改性及纳米材料在生物技术中的应用与欧共体并列世界第一,纳米尺寸度的元器件和纳米固体也要与日本分庭抗礼。1999年7月,美国加尼福尼亚大学洛杉矾分校与惠普公司合作研制成功100urn芯片,美国明尼苏达大学和普林斯顿大学于1998年制备成功量子磁盘,这种磁盘是由磁性纳米棒组成的纳米阵列体系,10bit/s尺寸的密度已达109bit/s,美国商家已组织有关人员迅速转化,预计2005年市场为400亿美元。1988年法国人首先发现了巨磁电阻效应,到1997年巨磁电阻为原理的纳米结构器件已在美国问世,在磁存储、磁记忆和计算机读写磁头将有重要的应用前景。 最近美国柯达公司研究部成功地研究了一种即具有颜料又具有分子染料功能的新型纳米粉体,预计将给彩色印橡带来革命性的变革。纳米粉体材料在橡胶、颜料、陶瓷制品的改性等方面很可能给传统产业和产品注入新的高科技含量,在未来市场上占有重要的份额。纳米材料在医药方面的应用研究也使人瞩目,正是这些研究使美国白宫认识到纳米材料和技术将占有重要的战略地位。原因之二是纳米材料和技术领域是知识创新和技术创新的源泉,新的规律新原理的发现和新理论的建立给基础科学提供了新的机遇,美国计划在这个领域的基础研究独占“老大”的地位。 3国内研究进展 我国纳米材料研究始于80年代末,“八五”期间,“纳米材料科学”列入国家攀登项目。国家自然科学基金委员会、中国科学院、国家教委分别组织了8项重大、重点项目,组织相关的科技人员分别在纳米材料各个分支领域开展工作,国家自然科学基金委员会还资助了20多项课题,国家“863”新材料主题也对纳米材料有关高科技创新的课题进行立项研究。1996年以后,纳米材料的应用研究出现了可喜的苗头,地方政府和部分企业家的介入,使我国纳米材料的研究进入了以基础研究带动应用研究的新局面。 目前,我国有60多个研究小组,有600多人从事纳米材料的基础和应用研究,其中,承担国家重大基础研究项目的和纳米材料研究工作开展比较早的单位有:中国科学院上海硅酸盐研究所、南京大学。中国科学院固体物理研究所、金属研究所、物理研究所、中国科技大学、中国科学院化学研究所、清华大学,还有吉林大学、东北大学、西安交通大学、天津大学、青岛化工学院、华东师范大学,华东理工大学、浙江大学、中科院大连化学物理研究所、长春应用化学 研究所、长春物理研究所、感光化学研究所等也相继开展了纳米材料的基础研究和应用研究。我国纳米材料基础研究在过去10年取得了令人瞩目的重要研究成果。已采用了多种物理、化学方法制备金属与合金(晶态、非晶态及纳米微晶)氧化物、氮化物、碳化物等化合物纳米粉体,建立了相应的设备,做到纳米微粒的尺寸可控,并制成了纳米薄膜和块材。在纳米材料的表征、团聚体的起因和消除、表面吸附和脱附、纳米复合微粒和粉体的制取等各个方面都有所创新,取得了重大的进展,成功地研制出致密度高、形状复杂、性能优越的纳米陶瓷;在世界上首次发现纳米氧化铝晶粒在拉伸疲劳中应力集中区出现超塑性形变;在颗粒膜的巨磁电阻效应、磁光效应和自旋波共振等方面做出了创新性的成果;在国际上首次发现纳米类钙钛矿化合物微粒的磁嫡变超过金属gd;设计和制备了纳米复合氧化物新体系,它们的中红外波段吸收率可达 92%,在红外保暖纤维得到了应用;发展了非晶完全晶化制备纳米合金的新方法;发现全致密纳米合金中的反常hall-petch效应。 近年来,我国在功能纳米材料研究上取得了举世瞩目的重大成果,引起了国际上的关注。一是大面积定向碳管阵列合成:利用化学气相法高效制备纯净碳纳米管技术,用这种技术合成的纳米管,孔径基本一致,约20urn,长度约100pm,纳米管阵列面积达到 3mm 3mm。其定向排列程度高,碳纳米管之间间距为100pm。这种大面积定向纳米碳管阵列,在平板显示的场发射阴极等方面有着重要应用前景。这方面的文章发表在1996年的美国《科学》杂志上。二是超长纳米碳管制备:首次大批量地制备出长度为2~3mm的超长定向碳纳米管列阵。这种超长碳纳米管比现有碳纳米管的长度提高1~2个数量级。该项成果已发表于1998年8月出版的英国《自然》杂志上。英国《金融时报》以“碳纳米管进入长的阶段”为题介绍了有关长纳米管的工作。三是氮化嫁纳米棒制备:首次利用碳纳米管作模板成功地制备出直径为3~40urn、长度达微米量级的发蓝光氮化像一维纳米棒,并提出了碳纳米管限制反应的概念。该项成果被评为1998年度中国十大科技新闻之一。四是硅衬底上碳纳米管阵列研制成功,推进碳纳米管在场发射平面和纳米器件方面的应用。五是制备成功一维纳米丝和纳米电缆,该成果研究论文在瑞典召开的1998年第四届国际纳米会议宣读后,许多外国科学家给予高度评价。六是用苯热法制备纳米氮化像微晶;发现了非水溶剂热合成技术,首次在300℃左右制成粒度达30urn的氮化锌微晶。还用苯合成制备氮化铬(crn)、磷化钴(cop)和硫化锑(sbs)纳米微晶,论文发表在1997年的《科学》杂志上。七是用催化热解法制成纳米金刚石;在高压釜中用中温(70℃)催化热解法使四氯化碳和钠反应制备出金刚石纳米粉,论文发表在1998年的《科学》杂志上。美国《化学与工程新闻》杂志还发表题为“稻草变黄金---从四氯化碳(cc14)制成金刚石”一文,予以高度评价。 我国纳米材料和纳米结构的研究已有10年的工作基础和工作积累,在“八五”研究工作的基础上初步形成了几个纳米材料研究基地,中科院上海硅酸盐研究所、南京大学、中科院固体物理所、中科院金属所、物理所、中国科技大学、清华大学和中科院化学所等已形成我国纳米材料和纳米结构基础研究的重要单位。无论从研究对象的前瞻性、基础性,还是成果的学术水平和适用性来分析,都为我国纳米材料研究在国际上争得一席之地,促进我国纳米材料研究的发展,培养高水平的纳米材料研究人才做出了贡献。在纳米材料基础研究和应用研究的衔接,加快成果转化也发挥了重要的作用。目前和今后一个时期内这些单位仍然是我国纳米材料和纳米结构研究的中坚力量。 在过去10年,我国已建立了多种物理和化学方法制备纳米材料,研制了气体蒸发、磁控溅射、激光诱导cvd、等离子加热气相合成等10多台制备纳米材料的装置,发展了化学共沉淀、溶胶一凝胶、微乳液水热、非水溶剂合成和超临界液相合成制备包括金属、合金、氧化物、氮化物、碳化物、离子晶体和半导体等多种纳米材料的方法,研制了性能优良的多种纳米复合材料。近年来,根据国际纳米材料研究的发展趋势,建立和发展了制备纳米结构(如纳米有序阵列体系、介孔组装体系、mcm-41等)组装体系的多种方法,特别是自组装与分子自组装、模板合成、碳热还原、液滴外延生长、介孔内延生长等也积累了丰富的经验,已成功地制备出多种准一维纳米材料和纳米组装体系。这些方法为进一步研究纳米结构和准一纳米材料的物性,推进它们在纳米结构器件的应用奠定了良好的基础。纳米材料和纳米结构的评价手段基本齐全,达到了国际90年代末的先进水平。 综上所述,“八五”期间我国在纳米材料研究上获得了一批创新性的成果,形成了一支高水平的科研队伍,基础研究在国际上占有一席之地,应用开发研究也出现了新局面,为我国纳米材料研究的继续发展奠定了基础。10年来,我国科技工作者在国内外学术刊物上共发表纳米材料和纳米结构的论文2400多篇,在国际上排名第五位,其中纳米碳管和纳米团簇在1998年度欧洲文献情报交流会上德国马普学会固体所一篇研究报告中报道中国科技工作者发表论文已超过德国,在国际排名第三位,在国际历次召开的有关纳米材料和纳米结构的国际会议上,我国纳米材料科技工作者共做邀请报告24次。到目前为止,纳米材料研究获得国家自然科学三等奖1项,国家发明奖2项;院部级自然科学一、二等奖3项,发明一等奖3项,科技进步特等奖1项;申请专利 79项,其中发明专利占50%,已正式授权的发明专利6项,已实现成果转化的发明专利6项。 最近几年,我国纳米科技工作者在国际上发表了一些有影响的学术论文,引起了国际同行的关注和称赞。在《自然》和《科学》杂志上发表有关纳米材料和纳米结构制备方面的论文6篇,影响因子在6以上的学术论文(phys.rev.lett,j.ain.chem.soc .)近20篇,影响因子在3以上的31篇,被sci和ei收录的文章占整个发表论文的 59%。 1998年 6月在瑞典斯特哥尔摩召开的国际第四届纳米材料会议上,对中国纳米材料研究给予了很高评价,指出这几年来中国在纳米材料制备方面取得了激动人心的成果,在大会总结中选择了8个纳米材料研究式作取得了比较好的国家在闭幕式上进行介绍,中国是在美国、日本、德国、瑞典之后进行了大会发言。
4 纳米产业发展趋势
(1)信息产业中的纳米技术:信息产业不仅在国外,在我国也占有举足轻重的地位。2000年,中国的信息产业创造了gdp5800亿人民币。纳米技术在信息产业中应用主要表现在3个方面:①网络通讯、宽频带的网络通讯、纳米结构器件、芯片技术以及高清晰度数字显示技术。因为不管通讯、集成还是显示器件,都要原器件,美国已经着手研制,现在有了单电子器件、隧穿电子器件、自旋电子器件,这种器件已经在实验室研制成功,而且可能在2001年进入市场。②光电子器件、分子电子器件、巨磁电子器件,这方面我国还很落后,但是这些原器件转为商品进入市场也还要10年时间,所以,中国要超前15年到20年对这些方面进行研究。③网络通讯的关键纳米器件,如网络通讯中激光、过滤器、谐振器、微电容、微电极等方面,我国的研究水平不落后,在安徽省就有。④压敏电阻、非线性电阻等,可添加氧化锌纳米材料改性。
(2)环境产业中的纳米技术:纳米技术对空气中20纳米以及水中的200纳米污染物的降解是不可替代的技术。要净化环境,必须用纳米技术。我们现在已经制备成功了一种对甲醛、氮氧化物、一氧化碳能够降解的设备,可使空气中的大于10ppm的有害气体降低到0.1ppm,该设备已进入实用化生产阶段;利用多孔小球组合光催化纳米材料,已成功用于污水中有机物的降解,对苯酚等其它传统技术难以降解的有机污染物,有很好的降解效果。近年来,不少公司致力于把光催化等纳米技术移植到水处理产业,用于提高水的质量,已初见成效;采用稀土氧化铈和贵金属纳米组合技术对汽车尾气处理器件的改造效果也很明显;治理淡水湖内藻类引起的污染,最近已在实验室初步研究成功。
(3)能源环保中的纳米技术:合理利用传统能源和开发新能源是我国当前和今后的一项重要任务。在合理利用传统能源方面,现在主要是净化剂、助燃剂,它们能使煤充分燃烧,燃烧当中自循环,使硫减少排放,不再需要辅助装置。另外,利用纳米改进汽油、柴油的添加剂已经有了,实际上它是一种液态小分子可燃烧的团簇物质,有助燃、净化作用。在开发新能源方面国外进展较快,就是把非可燃气体变成可燃气体。现在国际上主要研发能量转化材料,我国也在做,它包括将太阳能转化成电能、热能转化为电能、化学能转化为电能等。
(4)纳米生物医药:这是我国进入wto以后一个最有潜力的领域。目前,国际医药行业面临新的决策,那就是用纳米尺度发展制药业。纳米生物医药就是从动植物中提取必要的物质,然后在纳米尺度组合,最大限度发挥药效,这恰恰是我国中医的想法。在提取精华后,用一种很少的骨架,比如人体可吸收的糖、淀粉,使其高效缓释和靶向药物。对传统药物的改进,采用纳米技术可以提高一个档次。
(5)纳米新材料:虽然纳米新材料不是最终产品,但是很重要。据美国测算,到21世纪30年代,汽车上40%钢铁和金属材料要被轻质高强材料所代替,这样可以节省汽油40%,减少co2,排放40%,就这一项,每年就可给美国创造社会效益1000亿美元。此外,还有各种功能材料,玻璃透明度好但份量重,用纳米改进它,使它变轻,使这种材料不仅有力学性能,而且还具有其他功能,还有光的变色、贮光,反射各种紫外线、红外线,光的吸收、贮藏等功能。
(6)纳米技术对传统产业改造:对于中国来说,当前是纳米技术切入传统产业、将纳米技术和各个领域技术相结合的最好机遇。首先是家电、轻工、电子行业。合肥美菱集团从1996开始研制纳米冰箱,可折叠的pvc磁性冰箱门封不发霉,用的是抗菌涂料,里面的果盘都采用纳米材料,发展轻工、电子和家用电器可以带动涂料、材料、电子原器件等行业发展;其次是纺织。人造纤维是化纤和纺织行业发展的趋势,中国纺织要在进入wto后能占据有利地位,现在就必须全方位应用纳米技术、纳米材料。去年关于保温被、保温衣的电视宣传,提到应用了纳米技术,特殊功能的有防静电的、阻燃的等等,把纳米的导电材料组装到里面,可以在11万伏的高压下,把人体屏蔽,在这一方面,纺织行业应用纳米技术形势看好;第三是电力工业。利用纳米技术改造20万伏和11万伏的变压输电瓷瓶,可以全方位提高11万伏的瓷瓶耐电冲击的性能,而且釉不结霜,其它综合性能都很好;第四是建材工业中的油漆和涂料,包括各种陶瓷的釉料、油墨,纳米技术的介入,可以使产品性能升级。
1999年8月20日《美国商业周刊》在展望21世纪可能有突破性进展的领域时,对生命科学和生物技术、纳米科学和纳米技术及从外星球上索取能源进行了预测和评价,并指出这是人类跨入21世纪面临的新的挑战和机遇。诺贝尔奖获得者罗雷尔也曾说过:70年代重视微米的国家如今都成为发达国家,现在重视纳米技术的国家很可能成为下一世纪先进的国家。挑战严峻,机遇难得,我们必须加倍重视纳米科技的研究,注意纳米技术与其它领域的交叉,加速知识创新和技术创新,为21世纪中国经济的腾飞奠定雄厚的基础。
编者按:激动人心的纳米时代已经到来,人们的生活即刻将发生巨大的变化,然而,我们也要清醒地看到,市场上真正成熟的纳米材料并不是很多。中科院院士白春礼院士认为,“真正意义的纳米时代还没有到来,我们正在充满信心地迎接纳米时代的到来。”
白春礼说,“人类进入纳米科技时代的重要标志是纳米器件的研制水平和应用程度。”纳米科技发展到今天,距离纳米时代的到来还有多远呢,白春礼说,“纳米研究目前还有许多基础研究在进行中,在纳米尺度上还有大量原理性问题尚待研究,纳米科技现在的发展水平大概相当于计算机技术在20世纪50年代的发展水平,人类最终进入纳米时代还需要30到50年的时间,50年后纳米科技有可能像今天计算机技术一样普及。”
对于纳米科技,科学的态度是积极参与,脚踏实地地推动这一前沿科技的健康发展,既不需要商业炒作,也不需要科学炒作。
参考资料:http://bbs.texindex.com.cn/dispbbs.asp?boardID=2&ID=31153
| A、图表数据分析,平衡常数随温度升高减小,说明平衡逆向进行,逆向是吸热反应,正向是放热反应,故A错误; B、25℃时反应Ni(CO) 4 (g)?Ni(s)+4CO(g)的平衡常数为Ni(s)+4CO(g)?Ni(CO) 4 (g),平衡常数的倒数═
C、在80℃时,测得某时刻,Ni(CO) 4 、CO浓度均为0.5mol/L,Qc=
D、80℃达到平衡时,测得n(CO)=0.3mol,c(CO)=
故选D. |
B.25°C时反应Ni(s)+4CO(g)?Ni(CO)4(g)的平衡常数为5×104,相同温度下,对于同一可逆反应的正、逆反应平衡常数互为倒数,故25°C时反应Ni(CO)4(g)?Ni(s)+4CO(g)的平衡常数为
| 1 |
| 5×104 |
C.80°C达到平衡时,测得n(CO)=0.3mol,c(CO)=
| 0.3mol |
| 0.3L |
D.浓度商Qc=
| 0.5 |
| 0.54 |
故选D.