巨型镍基合金价格_镍基合金800h 价格

1.新材料技术有什么作用？

2.钢结构的工程量怎么算

3.风化(壳) 矿床和原生矿床的表生变化

4.电池研究院：为何双擎喜欢用镍氢电池？

新材料技术有什么作用？

一、人类文明大厦的基石——材料

材料是人类赖以生存的物质基础。人类社会不断地发展进步，就在于人类能够利用材料制造工具并用来改造世界。恩格斯说：“自然界为劳动提供材料，劳动把材料变为财富。”可以说，材料与人类的生存和进化息息相关，因此它被誉为“人类文明大厦的基石”。

对于材料，人们比较好理解，如普通钢铁、水泥、玻璃等，这些属于传统材料。相对于传统材料而言，新材料，又称先进材料（Advanced Materials），是指最近研究成功的或正在研制中的具有优异特性和功能，能满足高技术需求的新型材料。

人类历史的发展表明，材料是社会发展的物质基础和先导，而新材料则是社会进步的里程碑。材料技术一直是世界各国科技发展规划中一个十分重要的领域，它与信息技术、生物技术、能源技术一起，被公认为是当今社会及今后相当长时间内总揽人类全局的高技术。材料高技术还是支撑当今人类文明的现代工业关键技术，也是一个国家国防力量最重要的物质基础。国防工业往往是新材料技术成果的优先使用者。新材料技术的研究和开发对国防工业和武器装备的发展起着决定性的作用。

新材料既是科技发展的基础，又是科技进步的先导，这是新材料的两个显著特点。比如，半导体材料的发现和发展极大地推动了计算机技术的进步，使人类进入了信息时代；光纤技术的发展推动了现代通信技术的进步；新型结构材料和烧蚀防热材料的出现推动了航天技术和战略武器的发展。

在美国国防部制订的面向21世纪的国防科技战略规划体系中，把材料与制备工艺技术定为4个优先发展的领域之一，提出优先发展结构与多功能材料技术、能量与动力材料技术、光电子材料技术、有机与合成功能材料技术、生物衍生与生物诱发材料技术等五大重点。德国分析了世界高技术发展态势，提出21世纪的9大重点领域，首选就是新材料，在总共研发的80个课题中，有关新材料的占到24个。

毫无疑问，新材料已成为综合国力竞争的重要领域和国防力量的重要物质基础，是提高军队机械化水平的物质支撑和提高信息化程度的基础条件。因此，许多国家都将开发新材料置于优先发展的重点项目，特别是对军用新材料技术的发展给予了高度重视。

二、形形的新材料

当前新材料的发展重点是具有优异性能的结构材料和具有特异功能的功能材料，主要包括先进复合材料、特种金属材料、特殊高分子材料、生物医用材料及材料等。

1.先进复合材料

先进复合材料是指两种以上不同性质的材料组合形成的一种高级材料。先进复合材料是结构材料的主要发展方向。这种材料的特点是强度大、比重小、具有良好的气动弹性性能，并且能大批量生产。复合材料已经在航空航天工业以及各种武器装备上得到了广泛应用。先进复合材料已成功地应用在F－16、F－18、“幻影”2000等军用飞机，“民兵”、“三叉戟”、“侏儒”等战略导弹，以及M－1、T－72、“豹”－Ⅱ等坦克上，并取得了良好的效果。

例如美国的AV－8B垂直起降机用这种材料后，重量减轻了27%。F－18战斗机减轻了10%，从而大大地提高了飞机的机动性能。用复合材料制成的现代舰船，自重大大减轻，航速也有很大的提高，海上机动作战能力更强。20世纪70年代英国人研制出“乔姆”复合装甲，并在新一代坦克上应用。这种装甲共有3层，外层和内层为钢、铝合金或铁合金等金属材料，中间层为塑料、陶瓷、玻璃纤维等非金属材料。其防破甲弹和碎甲弹的能力，明显优于传统的均质装甲。

为进一步推动复合材料在武器装备上的应用，美国正在实施“先进设计复合材料飞机”，预计复合材料将占飞机结构质量的68.5%，并使整个结构质量减轻35%。

2.特种金属材料

特种金属材料的代表是钛合金、形状记忆合金和贮氢金属，它们都有自已特殊的本领。

（1）钛合金

这种合金密度低、强度高，并具有优良的抗腐蚀性能和耐高温性能，是一种理想的轻质结构材料。钛合金在航空工业中的应用主要是制作飞机的机身结构件、起落架、支撑梁、发动机压气机盘、叶片和接头等。20世纪70年代以来，钛合金在军用飞机和发动机中的用量迅速增加，从战斗机扩大到军用大型轰炸机和运输机。它在F－14和F－15战斗机上的用量占结构重量的25%，在F－100和F－39战斗机发动机上的用量分别达到25%和33%。80年代以后，钛合金材料和工艺技术进一步发展，一架B－lB飞机需要90402公斤钛合金材料。同时钛合金也越来越受到陆军的青睐。陆军自行火炮、装甲车等重装备的轻量化可以大大提高机动性能。是武器发展的必然趋势。在保证武器机动性能与防护性能的前提下，钛合金在陆军武器上有着广泛的应用。例如155火炮制退器用钛合金后不仅可以减轻重量，还可以减少火炮身管因重力引起的变形，有效地提高了射击精度；在主战坦克、直升机及反坦克多用途导弹上的一些形状复杂的构件可用钛合金制造，这既能满足产品的性能要求又可减少部件的加工费用。

（2）形状记忆合金

1932年，瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到“记忆”效应，即合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。记忆合金的开发迄今不过20余年，但由于其在各领域的特效应用，却广为世人瞩目，被誉为“神奇的功能材料”。

形状记忆合金可以分为三种：一是单程记忆合金，这种合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。二是双程记忆合金，这种合金在低温时变形，一经加热就会恢复到高温时的形状，一经冷却又能恢复到低温时的形状，这种在加热和降温过程中存在的形状记忆现象称为双程记忆效应。三是全程记忆金属，这种合金在加热时能恢复到高温时的形状，冷却时则变为取向相反形状相同的低温时的形状，这种效应称为全程记忆效应。

形状记忆合金已应用到航空和太空装置。如用在军用飞机的液压系统中的低温配合连接件，欧洲和美国正在研制用于直升飞机的智能水平旋翼中的形状记忆合金材料。由于直升飞机高震动和高噪声使用受到限制，其噪声和震动的来源主要是叶片涡流干扰，以及叶片型线的微小偏差。这就需要一种平衡叶片螺距的装置，使各叶片能精确地在同一平面旋转。目前已开发出一种叶片的轨迹控制器，它是用一个小的双管形状记忆合金驱动器控制叶片边缘轨迹上的小翼片的位置，使其震动降到最低。

科学家还将记忆合金用于制作空中飞机加油接口，在空中加油机与作战飞机加油管道连接好后，再进行电加热改变温度，可使接口处记忆合金变形，从而使接口紧密滴油不漏。

记忆合金在航空航天领域内的应用有很多成功的范例。宇宙空间站上有面积达几百平米的自展天线。这种天线如果不经过“缩小变形”，是不可能通过现有航天器送上太空的。有了记忆合金，问题就迎刃而解了。人类利用记忆合金，先在地面上制成大面积的抛物线形或平面天线，然后折叠成一团，用飞船带到太空，天线受到太阳照射，温度发生变化，折叠的天线因具有“记忆”功能而自然展开，恢复抛物面形状。

（3）贮氢金属

关于氢气的化学常识可能你已经知道了很多，氢能够燃烧，是一种高热值的燃料，燃烧1公斤氢可放出143283200焦耳的热量，常规燃料中还没有哪一种可以与它相比呢！而且在燃烧过程中，氢与氧结合生成水，水对环境不会造成任何污染。所以，可以说氢是最洁净的燃料。

制取氢的方法很多，例如电解水，但是这要消耗大量能源。在一般情况下，用电解水法制取氢作燃料是不合算的。于是科学家又在研究更经济的制氢方法，其中，比较引人注目的一种研制方法叫光分解法。太阳光是一种取之不尽的天然能源，利用太阳光分解海水，这大概是我们寻找无污染能源最有希望的方法。但是，新的问题也随之出现了。

现在一般都用一种钢制的耐高压容器——氢气瓶来贮存氢气。瓶里的氢气即使加到150个大气压，所装氢气的重量也不到气瓶重量的1/100，而且还有爆炸的危险。显然，这种贮存方法对于在工业上和生活上大量使用氢气是不合适的。正当人们为解决氢气的贮存问题而苦苦思索之时，金属材料的最新研究成果给我们带来了希望。

科学家发现，有些金属具有捕捉氢的能力，这类金属叫做“贮氢”金属。它们在一定的温度和比平衡分解压高的压力下能够大量吸收氢气，一个金属原子可以与两三个乃至更多个氢原子结合，形成金属氢化物。当我们把这种金属氢化物加热时，它又会发生分解而放出氢气。从理论上讲，相当于氢气瓶重量1/3的某些金属，就能“吸收”与氢气瓶贮氢容量相当的氢气，而它的体积却不到氢气瓶体积的1/10。具有贮氢能力的金属和合金已经发现不少，其中接近实用化的有钛铁合金镧镍合金和镁镍合金。

贮氢的办法找到了，氢作为燃料的应用也会更加广泛。若用氢代替汽油作燃料，可以在各种内燃机中使用，而且不需要对现在的内燃机作多大改动即可，甚至还能提高效率40%呢！

由于用贮氢金属来供应氢气具备了氢气纯度高，储氢密度高、安全性好和寿命长的特有优势，贮氢金属很快在军事领域受到了青睐。例如，在兵器工业中，坦克车辆使用的铅酸蓄电池因容量低、自放电率高而需经常充电，此时维护和搬运十分不便。放电输出功率容易受电池寿命、充电状态和温度的影响，在寒冷的气候条件下，坦克车辆起动速度会显著减慢，甚至不能起动，这样就会影响坦克的作战能力。贮氢合金蓄电池具有能量密度高、耐过充、抗震、低温性能好、寿命长等优点，在未来主战坦克蓄电池发展过程中将具有广阔的应用前景。如果用贮氢金属来作为作战飞机的燃料时，可以大大提高飞机的有效载荷、航速和航程，而且可以减少噪音，增加作战飞机的隐蔽性。

（4）超导材料

1911年，荷兰物理学家昂尼斯（1853年～1926年）发现，水银的电阻率并不像预料的那样随温度降低逐渐减小，而是当温度降到一定值时，水银的电阻突然降到零。某些金属、合金和化合物，在温度降到绝对零度附近某一特定温度时，它们的电阻率突然减小到无法测量的现象叫做超导现象，能够发生超导现象的物质叫做超导体。超导体由正常态转变为超导态的温度称为这种物质的转变温度（或临界温度）。现已发现大多数金属元素以及数以千计的合金、化合物都在不同条件下显示出超导性。

超导材料和常规导电材料的性能有很大的不同。一是零电阻性：超导材料处于超导态时电阻为零，能够无损耗地向千里之外传输电能。如果用磁场在超导环中引发感生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种“持续电流”已多次在实验中被观察到。二是完全抗磁性：超导材料处于超导态时，只要外加磁场不超过一定值，磁力线就不能透入，超导材料内的磁场恒为零。三是约瑟夫森效应：两超导材料之间加一薄薄绝缘层（厚度约1纳米），形成低电阻，会有电子对穿过绝缘层形成电流，而绝缘层两侧没有电压，即绝缘层也成了超导体。当电流超过一定值后，绝缘层两侧出现电压U，同时，直流电流变成高频交流电，并向外辐射电磁波。以上三种特性促使超导材料成为各国投入大量人力、物力进行研究的功能材料，并极力将其用于军事目的。

超导技术在海军舰艇上的应用。美、英、日等国自20世纪70年代以来就开展了超导技术在海军舰艇方面应用的研究，并已初见成效。现在国际上已有3艘超导电磁推进船试验成功。超导电磁力推进装置是按照电磁原理设计的，在舰艇上安装电磁铁，在磁场和电流的相互作用下，海水向后运动。在海水的反作用力下，舰艇将获得向前的推力。超导舰艇既不需要发动机，也不需螺旋桨，能有效地消除噪音、降低红外辐射，从而大大提高海军舰艇的生存能力和快速机动能力和突防能力。

超导技术在作战飞机上的应用。大功率、小体积的发动机是提高作战飞机作战性能的关键因素。随着超导技术的不断突破，为大容量、小型化磁流体发电机的研制提供了条件。一旦超导发电机实用化之后，就可以为空中指挥所和预飞机中的大型雷达、大型计算机、各种通信设备等非常耗电的装备提供高效的动力。

超导技术在军事侦察、通信、电子对抗和指挥等方面的应用。利用超导材料“约瑟夫森效应”制成的仪器设备，具有灵敏度高、噪声低、响应速度快和能耗小等特点，在军事侦察、通信、电子对抗和指挥等方面，都大有用武之地。

军事超导有线电通信，利用超导电线可以实现远距离、大容量通信。研究试验表明，超导电线传输信息的速度，比光纤系统快得多，可以传输几万亿分之一秒的脉冲。科学家们预言，未来高超导的远距离通信的容量将比光缆大几百倍，能够每秒传输相当于1000部大英百科全书的信息量。同时，超导电线因为无损耗，可以省去每3～4千米就要设置的放大器。

军用超导无线电通信，利用超导材料制作无线电发射机和接收机，不仅灵敏度高、带宽宽，而且可减小天线的尺寸和重量，提高系统的生存能力。英国伯明翰大学制成的世界上第一台超导无线电发射机，其发射距离与常规发射机相比增大10倍。超导材料也是制造通信卫星的理想材料，它可以提高信息处理速度，并可使频率响应时间缩短一半。利用超导材料制造卫星天线，其效率可提高90%。

军事指挥自动系统需要高速地处理大量信息。用具有零电阻特性的超导材料制作计算机，由于功耗减小，电路产生的热量可以忽略不计，运算速度大大提高，而且体积和重量可大幅减小。日本富士通公司研制成功的4位超导微处理机，与用砷化镓技术的同类处理机相比，速度快10倍，功耗只有后者的1/500。据称，若用超导材料制作计算机，目前的亿次巨型计算机可制成只有微型个人计算机那么大。这种微型高速计算机的应用，必将大大提高军事指挥效率，同时也可提高武器制导系统的性能。

利用超导技术的探测器件，由于对磁场和电磁辐射极其敏感，其灵敏度比常规探测器件高上千倍，是军事遥感侦察的理想设备。正在研制的主要有天基凝视红外焦面阵列探测器、微波和毫米波探测器、磁探测器等。超导探测器不仅尺寸小、重量轻、作用距离远、探测灵敏度高，而且具备一般可见光和红外探测系统所不具备的全天候以及穿透烟云的探测能力，并能提供对低特征目标的探测能力，可广泛应用于航天器的相控阵天线、反潜武器和水雷探测。

据悉，新一代超导雷达也正在研制之中。其天线、发射机、收信机、稳频源、信号模拟器、滤波器等电子器件全部是用高超导材料制作而成的，具有低功耗、低噪声、宽频带、高灵敏度、高可靠性以及体积小、重量轻等优点。用于雷达系统的超导电子器件，可使雷达频谱扩展166倍，作用距离提高一个数量级，而且可探测到微弱的信号。

3.特种高分子材料

高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料。我们接触的很多天然材料通常是高分子材料组成的，如天然橡胶、棉花、人体器官等。人工合成的化学纤维、塑料和橡胶等也是如此。

高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看做是高分子的集合。树枝、兽皮、稻草等天然高分子材料是人类最先使用的材料。在历史的长河中，纸、树胶、丝绸等从天然高分子加工而来的产品，一直同人类文明的发展交织在一起。

从19世纪开始，人类开始使用改造过的天然高分子材料。火化橡胶和硝化纤维塑料（赛璐珞）是两个典型的例子。进入20世纪之后，高分子材料进入了展阶段。20世纪20年代末，聚氯乙烯开始大规模使用。20世纪30年代初，聚苯乙烯开始大规模生产。20世纪30年代末，尼龙开始生产。在经历了20世纪的展之后高分子材料对整个世界的面貌产生了重要的影响。《时代》杂志认为塑料是20世纪人类最重要的发明。高分子材料在文化领域和人类的生活方式方面也产生了重要的影响。按用途一般将通用高分子材料分为五类，即塑料、橡胶、纤维、涂料和黏合剂。

除了在人们日常生活中发挥重要作用外，高分子材料还在军事上有着广泛的应用，其在军事装备中的用量仅次于钢铁材料。在单兵防护装备方面，最典型的应用方式是以纤维形态应用于军人平时和战时使用的各种纤维制品（如军服、帐篷），以橡胶和塑料形态应用于鞋靴、防水抗冲结构层、救生浮力材料、承载件、连接件等方面。重型武器装备方面，能够代替高强度合金用于制造军用飞机、坦克等重装备，大大减轻武器的重量。具有强大黏合功能的高分子材料还可以广泛应用于黏结兵器部件，尤其是非金属比例较大的火箭导弹部件。

4.生物医用材料

生物医用材料是用于修补或替换人体有病器官，以恢复人体机能而发展起来的一类材料。生物医用材料是研究人工器官和医疗器械的基础，已成为材料学科的重要分支。尤其是随着生物技术的蓬勃发展和重大突破，生物材料已成为各国科学家竞相进行研究和开发的热点。当代生物材料已处于实现重大突破的边缘。不远的将来，科学家有可能借助于生物材料设计和制造整个人体器官，可以预见在未来的战场上，被弹片炸伤的众多士兵，能够通过生物医用材料很快恢复健康，迅速重新加入战斗。

5.隐身材料

现代攻击武器的发展，特别是精确打击武器的出现，使武器装备的生存力受到了极大的威胁，单纯依靠加强武器的防护能力已不切实际。用隐身技术，使敌方的探测、侦察系统失去功效，从而尽可能地隐蔽自己，掌握战场的主动权，抢先发现并消灭敌人，已成为现代武器防护的重要发展方向。隐身技术的最有效手段是用隐身材料。国外隐身技术与材料的研究始于第二次世界大战期间的德国，在美国得到发展并扩展到英、法、俄罗斯等国家。目前，美国在隐身技术和材料研究方面处于领先水平。在航空领域，许多国家都已成功地将隐身技术应用于飞机的隐身；在常规兵器方面，美国对坦克、导弹的隐身也已开展了不少工作，并陆续用于装备。如美国MlAl坦克上用了雷达波和红外波隐身材料，前苏联T一80坦克也涂敷了隐身材料。

近年来，国外在提高与改进传统隐身材料的同时，正致力于多种新材料的探索。晶须材料、纳米材料、陶瓷材料、导电高分子材料等逐步应用于雷达波和红外波隐身，使涂层更加薄型化、轻量化。纳米材料因其具有极好的吸波特性，同时具备了宽频带、兼容性好、厚度薄等特点，发达国家均将其作为新一代隐身材料加以研究和开发。国内毫米波隐身材料的研究起步于80年代中期，研究单位主要集中在兵器系统。经过多年的努力，科研工作取得了较大进展，该项技术可用于各类地面武器系统的伪装和隐身，如主战坦克、155毫米先进加榴炮系统及水陆两用坦克。

目前，电磁波吸收型涂料、电磁屏蔽型涂料已在隐身飞机上涂装；美国和俄罗斯的地对空导弹正在使用轻质、宽频带吸收、热稳定性好的隐身材料。可以预见，隐身技术的研究和应用已成为世界各国国防技术中最重要的课题之一。

6.光电材料

光电材料是指在光电子技术中使用的材料，是现代信息科技的重要组成部分。光电材料在军事工业中有着广泛的应用。碲镉汞、锑化铟是红外探测器的重要材料；硫化锌、硒化锌、砷化镓则主要用于制作飞行器、导弹等红外探测系统的窗口、头罩等。氟化镁具有较高的透过率、较强的抗雨蚀、抗冲刷能力，是较好的红外透射材料。激光晶体和激光玻璃是高功率和高能量固体激光器的材料，典型的激光材料有红宝石晶体、掺钕钇铝石榴石、半导体激光材料等，它们是激光武器必不可少的重要材料。

新材料是满足军事装备生产的支柱性技术，对提高武器装备性能和军队战斗力有着重要作用。新材料技术在军事上的用途十分广泛，用于武器装备可使其升级换代，性能大大提高。随着新材料技术的深入发展，未来的武器装备的面貌还会发生日新月异的变化。

钢结构的工程量怎么算

金属结构工程

一、钢屋架、钢网架

1、按设计图示尺寸以钢材重量计算，不扣除孔眼、切边、切肢的重量，焊条、铆钉、螺栓等重量不另增加。

2、不规则或多边形钢板，以其外接规则矩形面积计算。

3、钢网架应区分球形结点、钢板结点等连接形式。

4、计量单位为t。

二、钢托架，钢桁架

1、按设计图示尺寸以钢材重量计算。不扣除孔眼、切边、切肢的重量，焊条、铆 钉、螺栓等重量不另增加。

2、不规则或多边形钢板，以其外接矩形面积计算。

3、计量单位为t。

三、钢柱、钢梁

1、按设计图示尺寸以钢材重量计算。不扣除孔眼、切边、切肢的重量，焊条、铆 钉、螺栓等重量不另增加。不规则或多边形钢板，以其外接矩形面积计算。具体包括实腹柱、空腹柱、钢管柱、钢梁及钢吊车梁等。计量单位为t。

2、依附在钢柱上的牛腿等并入钢柱工程量内。

3、钢管柱上的节点板、加强环、内衬管、牛腿等并入钢管柱工程量内。

4、设计规定设置钢制动梁、钢制动桁架、车挡时，其工程量应并入钢吊车梁内。

四、压型钢板楼板，墙板

压型钢板楼板：按设计图示尺寸以铺设水平投影面积计算，柱、垛以及0．3m2以内孔洞面积不扣除。计量单位为m2。

压型钢板墙板：按设计图示尺寸以铺挂面积计算。0．3m2以内孔洞面积不扣除，包角、包边、窗台泛水等面积不另计算。计量单位为m2。压型钢板楼板浇筑钢筋混凝土，混凝土和钢筋按混凝土及钢筋混凝土中的有关规定计算。

五、钢构件

1、按设计图示尺寸以钢材重量计算。如钢支撑、钢檩条、钢天窗架、钢墙架(包括柱、梁和连接杆件)、钢平台、钢走道、钢栏杆、钢漏斗、钢支架、零星钢构件等。不扣除孔眼、切边、切肢的重量，焊条、铆钉、螺栓等重量不另增加。

2、不规则或多边形钢板，以其外接矩形面积计算。计量单位为t。

六、金属网

按设计图示尺寸以面积计算，包括制作、运输、安装。

参考资料：

1、百度百科词条--钢结构工程

2、百度百科词条--工程量

风化(壳) 矿床和原生矿床的表生变化

一、概述

地壳最表层的岩石或矿石，在大气、水、生物等营力长时期的作用下，遭受破坏并引起矿物成分和化学成分变化，即发生风化作用。风化作用的结果，使岩石或矿石被分解为3 种主要组分: ①溶解在地表水体等溶液中的物质; ②原岩中化学性质较稳定的矿物; ③形成新矿物。这 3 种主要组分，即风化产物，可以在原地或附近富集形成风化壳，也可被水介质等地表营力搬运较远距离而发生沉积作用。

风化 ( 壳) 矿床指地表在风化作用下形成的，质和量都能满足工业要求的有用矿物堆积的地质体。换言之，由风化壳中的风化产物所形成的矿床称为风化矿床。

按风化作用的性质不同，一般可将风化矿床分为机械风化矿床和化学风化矿床。两类机械风化矿床包括残积及坡积矿床，是裸露于地表的岩石或矿石主要遭受物理风化作用，形成单矿物和含矿岩石的碎屑物，其中可溶物质和较轻的物质被地表水、地下水或风力带走，而大量较重的难溶物质、岩块或矿块则残留下来，当其中有用物质的含量和规模达到工业利用价值时，便成为残积矿床。当那些残积的有用物质由于剥蚀作用和重力作用沿山麓斜坡向下移动并在山坡上积聚起来时，便形成坡积矿床。在多数情况下，残积矿床和坡积矿床之间逐渐过渡，因此，又可统称为残坡积砂矿床。这类矿床的组分主要是原岩分解后留下来的化学性质稳定的有用矿物和岩石碎屑，多呈棱角状，无分选或分选很差; 矿石呈松散状，无明显层理，且品位多较高。主要的残积和坡积矿床有砂金、砂锡、铌钽砂、金刚石砂、独居石砂、钛铁矿砂矿床等，工业价值较高，其中残积铌钽砂矿床是目前铌、钽的重要来源。此外，残积、坡积砂矿床还是寻找原生矿床的有用标志。

化学风化矿床包括残余矿床和淋积矿床。出露地表的岩石和矿石经受化学风化作用或生物风化作用后，易溶组分被地表水或地下水带走，难溶组分在原地彼此相互作用，或者单独地从溶液中沉淀出来，形成一些表生难溶的矿物残留在原地表部，其中有用组分达到工业要求时，即为残余矿床; 如果风化壳中某些易溶物质被带到风化壳下部的潜水面附近沉淀下来，或通过地下水与岩石或矿石的相互作用形成的矿床称为淋积矿床。残余矿床主要有残余型粘土 ( 高岭土、蒙脱土) 矿床、残余型 ( 红土型) 铝土矿床、残余型 ( 红土型) 铁矿床、残余型锰矿床、残余型稀土矿床和红土型金矿床等; 淋积型镍矿床和淋积型铀矿床等具有重要意义。残余型和淋积型风化矿床具有重要的工业意义。例如，随着红土型镍矿床的发现和利用，镍金属储量迅速增长了 4 倍多。目前，这类巨型的风化镍矿床占全部镍储量的 50%以上。再如，红土型铁矿不但规模大，矿石品位高，埋藏浅，而且矿床中还含有铬、锰、镍、钴和钒，成为冶炼优质合金钢的 “天然合金矿石”。又如，闻名于世界的我国陶瓷工业主要原料的高岭土，也是来自风化矿床。此外，残余型铝土矿床、稀土矿床和金矿床，均有重要的经济价值。

风化矿床大部分都是近代形成的，因此，它们经常出露于地表，埋藏浅，便于开;矿床分布范围与原生岩石或矿体出露的范围一致或相距不远，往往是沿现代丘陵地形呈覆盖层状分布，多为面型矿体，底部界线不规则，有的情况下矿体沿裂隙风化带、岩溶漏斗分布，则呈线型或脉状、巢状、漏斗状等不规则形态; 矿体常直接位于长期风化的侵蚀面上，向深处逐渐与母岩过渡，不少矿床具有垂直分带剖面。风化矿床的矿石矿物大多为氧化物、含水氧化物等，还有碳酸盐、硅酸盐、磷酸岩及其他含氧盐和自然元素 ( 如自然金) 等，它们都是在表生条件下比较稳定的矿物。这些矿物有的是原岩中残留下来的，有的则是残余组分相互作用新形成的。矿石的化学成分往往比较复杂，如残余型铁矿除Fe 外，Cr、Mn、Co、V 也可利用; 残余型镍矿除 Ni 外，常含较高的 Co、Mn、Fe。大多数风化矿床的规模不大，个别也有大型和特大型，如新喀里多尼亚岛上的面型风化壳钴镍矿床，分布面积达 7000 ～ 8000 km2; 我国西南地区的风化壳型镍矿床，断续延伸达 100km 以上。

二、重要矿床类型

1. 残余型高岭土矿床

江西星子高岭土矿床产在花岗岩、花岗伟晶岩的风化壳中，矿床的底部界线不规则，矿体呈透镜状或漏斗状，向深处逐渐与母岩过渡 ( 自上而下依次为由花岗岩风化形成的高岭土—风化花岗岩—花岗岩) 。矿石成分以高岭石为主，含少量水云母，其他粘土矿物较少，一般 Fe2O3含量不超过 0. 7% ～1%。矿石质纯者颜色洁白，若受氧化铁污染则呈**或粉红色。一般矿石需经洗选后方可利用。

我国高岭土矿床分布甚为广泛。在东南各省的花岗岩风化壳中有丰富的高岭土，闻名世界的中国瓷器就是以它们作为原料的。

2. 残余型铝土矿矿床

福建漳浦铝土矿矿床属于这类矿床。矿区附近最古老的岩石为片麻状花岗岩，玄武岩覆于其上。铝土矿即由玄武岩风化而成，其风化壳剖面自上而下( 图 7-1) 为: 富含铝土矿的红土层( 1 ～2 m) 、贫铝土矿的红土层、风化玄武岩( 1 m 至数米) 、新鲜的玄武岩。

图7-1 福建漳浦玄武岩风化残余 ( 红土) 型铝土矿剖面示意图

含矿层按产状大致分为两种: 一种呈毯状直接覆于玄武岩之上，与玄武岩风化面形状有关; 另一种呈坡积层，位于山坡上或低地中。矿石在红土中呈碎块或结核状，颜色为棕红、黄褐色，质地比较疏松，暴露在空气中会变得坚硬。矿物成分主要是三水铝石，伴生矿物有褐铁矿、赤铁矿、钛铁矿、高岭石等粘土矿物。矿石质量好，含 Al2O344% ～56% ，Al2O3/ SiO2为4 ～10。化学成分较复杂，除 Fe、Al 外，还含有 Ti、Ga、Nb、Ta 等。矿石结构和构造较复杂，常见多孔状、鲕状、豆状、钟乳状、肾状、结核状等构造。空洞的形状多不规则，孔径一般为 1 ～3 cm。

3. 淋积型镍矿床

我国云南南部地区淋积型镍矿床非常典型。风化作用发生在基性—超基性岩浆岩出露区，风化成矿作用表现出明显垂向分带，自上而下依次为: ①红色砂质粘土 ( 厚 3 ～5 m，含 Ni 0. 2% ～0. 5%) 、②褐色赭石带 ( 由赭石、水赤铁矿、针铁矿及粘土类矿物组成，底部有绿高岭石、蛇纹石、绿泥石等矿物，也可见铬尖晶石、磁铁矿等未分解的原生矿物，厚 0. 5 ～3 m，含 Ni 0. 5% ～1%) 、③含镍绿高岭石带 ( 由含镍的绿高岭石、含镍蛇纹石、蛇纹石等组成，为工业矿层，一般厚 2 ～ 10 m，含 Ni 0. 5% ～ 1. 5%，有时达2. 2% ) 、④淋滤蛇纹岩带 ( 本带中蛇纹岩已部分分解，质地较软，具网格状构造，厚一般 2 ～3 m，含 Ni 0. 5% ～1%，其上部亦为工业矿层，下部为碳酸盐化蛇纹岩，裂隙中常有菱镁矿、白云石等碳酸盐细脉充填，这些碳酸盐是从上面淋滤下来的) 、⑤新鲜蛇纹岩带 ( 含 Ni 0. 1% ～0. 3%) 。

三、风化 ( 壳) 矿床的成矿作用和条件

1. 成矿作用

风化作用: 是产生风化矿床成矿物质的重要作用，可分为物理风化作用、化学风化作用和生物风化作用。

物理风化作用是一种以崩解方式，机械地把岩石和矿物破碎成细块和碎屑的作用。引起物理风化的主要因素有温度、冰冻、植物根系的楔插、暴风沙的冲击作用及冰川的侵蚀作用等。上述诸因素中以温度因素最为重要。因此，最有利于物理风化的地区是气候干燥、温度变化剧烈的沙漠、极地和永久积雪的高山等地区。

化学风化作用中原岩由于化学作用，使组成岩石的矿物发生分解，产生许多可溶的、不溶的或难溶的物质。其中可溶性风化产物不断地被淋走，并向地下深处或地表洼地迁移。因此，化学风化作用对岩石、矿石的改造要比物理风化作用强烈得多。在化学风化作用过程中，水、大气和生物是最主要的因素。天然水中常含有一定数量的氧、二氧化碳、有机酸、无机酸和各种盐类，能使许多物质溶解于水中，使岩石或矿石发生氧化作用、水化作用、阳离子带出作用、去硅作用和使某些残余组分之间发生相互反应。而大气中的氧是一种强氧化剂，它直接影响许多元素在风化壳中迁移的状况，例如铬、钒、硫、砷等元素，在氧化作用下形成易溶的络合物在水中进行迁移，但有些元素如铁、锰等氧化后则不易迁移。大气中的 CO2很易溶解于水并形成碳酸，它对矿物的分解和元素的迁移起着重要的作用，促使化学风化作用加速进行。

生物风化作用实质上是由生物生命活动和死亡过程中引起的化学风化作用。生物有机体在自然界分布极广，在岩石圈的上部、大气圈的下部和水圈的全部，几乎到处都有生物的存在。生物通过各种途径和作用促使岩石和矿物发生分解，对风化壳的形成极为重要。生物活动直接影响天然水的化学类型，影响水的酸碱度和氧化还原环境，从而直接影响风化作用的进程，如硝化细菌使氨氧化为硝酸，硫细菌能把硫和硫化物氧化成硫酸，这些酸类物质加速了岩石的风化。而铁细菌则将铁的低氧盐氧化为三价铁氧化物，促使铁在风化壳中富集。生物作用可以改变大气的成分，例如大气圈中的氧含量达 21%，几乎全部都是植物光合作用的产物。此外，微生物的生命活动和有机体的分解，还能生成大量的CO2、H2S 和有机酸等，这些生物活动产物是岩石发生化学风化的重要催化剂。更为重要的是，有些生物可直接造成岩石的分解，如细菌、真菌、藻类以及地衣等低级生物所组成的生物群覆盖在岩石表面上，它们呼吸时排出 CO2，在新陈代谢中排出有机酸，死亡后又分解出各种有机酸，这些排出或分解出的物质即可将岩石分解。

由于风化作用使原来岩石或矿石发生了分解，才使其中有用矿物或组分在地表富集成矿成为可能。

风化矿床的形成，是某些元素在风化壳中迁移和集中的结果。原岩风化分解出的某些元素迁移流失，而另一些元素由于难以迁移则富集成矿。化学元素在风化壳中迁移能力的大小，主要取决于元素本身的性质和它们所组成的矿物种类以及所处的地表环境。波雷诺夫根据从火成岩地区排出的河水的干残物质的平均化学成分进行对比和计算，得出了风化壳中元素迁移的序列 ( 表 7-1) 。风化壳中元素的迁移能力可以相差数千倍，如火成岩在风化过程中，最先迁移走的是 Cl 和 S 等，以后盐基大部分从风化壳中游离出来，而且Ca、Na 比 Mg、K 流失得要快些，再后风化壳中又丧失大部分的 SiO2( 硅酸盐) ，最后主要只剩下氧化物，特别是 Fe2O3和 SiO2( 石英) 。必须指出，同一种元素的迁移能力在不同的环境中是不一样的。在还原条件下，铁呈 Fe2 +可以强烈地迁移; 在湿热地区，SiO2( 硅酸盐) 的迁移能力可以和 Ca 相同。

表 7-1 风化壳中元素的迁移序列

由于风化过程中元素发生了迁移，一部分元素及其化合物流失了，而另一部分则集中了并且相互发生作用 ( 组成新矿物) ，由此而可能形成矿床。例如残余型粘土矿床，是风化壳中难迁移的 SiO2、Al2O3、Fe2O3等组分集中并相互作用而形成的; 在温暖潮湿的气候条件下，富铝的硅酸盐岩石在 H2O、CO2和生物的作用下，可分解出碱金属和碱土金属，它们以各种碳酸盐的形式溶于水中被带走; 与此同时，从岩石中分解出来的 SiO2、Al2O3、Fe2O3等在水中容易变成胶体物质，而溶胶 SiO2· nH2O 带负电荷，溶胶 Al2O3· mH2O和 Fe2O3·pH2O 带正电荷，此外，还生成一种由 SiO2和 Al2O3混合组成的溶胶-胶体粘土，也带负电荷;正负电荷胶体相互作用而发生电性中和，引起凝聚，结果便产生SiO2、Al2O3和Fe2O3的凝胶混合物;由于沉淀的凝胶SiO2和Al2O3的比例变动范围很大，因此便形成各种不同的含水硅酸盐矿物，如高岭石、多水高岭石、微晶高岭石、绢云母等，它们与一些铁的氢氧化物和未分解的矿物(石英、锆英石、金红石、电气石等)以及母岩残块相混合而形成粘土矿床。形成这类粘土矿床的作用通常称为粘土化作用。

残余(红土)型铝土矿床是富铝的硅酸盐岩石红土化作用过程中一部分元素迁移，而另一部分元素集中并相互作用形成的。在热带和亚热带的气候下，雨季与旱季相互交替，全年天气炎热，昼夜温差变化不大，因此最有利于微生物的作用和植物的生长，从而形成丰富的腐殖质和有机酸等，这就促进了化学风化作用的强烈进行。如果地形平坦或坡度不大，从硅酸盐岩石中分解出来的碱金属和碱土金属，则不易被地表水带走，因而溶液具有碱性反映。SiO2溶胶在碱性介质中不凝结，而被潜水带走;而溶胶Al2O3·mH2O和Fe2O3·pH2O，则可在原地凝聚。这样在地表就逐渐堆积起铝的氢氧化物(三水铝石Al2O3·3H2O、一水铝土矿Al2O3·H2O)和铁的氢氧化物(褐铁矿、水针铁矿、水赤铁矿等)构成红土。红土化作用的结果，可形成残余(红土)型铝土矿床。

残余型铁矿床是富含低价铁的岩石经红土化作用形成的。当气候湿热时，这类含铁岩石经强烈的化学风化极易氧化、分解。其中氧化镁一般成为易溶的重碳酸盐被地下水带走;低价铁的化合物转变为高价铁的氢氧化物，如褐铁矿、针铁矿、赤铁矿等。这些矿物在表生条件下很稳定，在风化壳中相对富集而形成红土型铁矿床。

2.成矿条件

风化矿床的形成取决于多种因素，最重要的因素有:原岩、矿石的物质成分、气候、地形、水文地质、地质构造和时间等。

原岩、矿石是风化矿床成矿物质的来源，因此原岩的矿物成分和化学成分及其含量高低，对风化产物有重要影响。原岩的成分不同，其所形成的风化矿床的类型也不同。如富含铁、镍的超基性岩和基性岩可形成红土型铁矿床和镍矿床;含铁硅质岩或含铁石英岩、含铁(菱铁矿、铁白云石)碳酸盐岩也是残余型铁矿的重要原岩;富铝贫硅的(霞石正长岩等)碱性岩和玄武岩可形成红土型铝土;花岗岩类岩石可形成残余型高岭土矿床;含锰高的沉积岩、变质岩可形成残余锰矿床;富含稀土元素的酸性侵入岩、碱性岩和火山岩遭受化学风化后可形成离子吸附型稀土元素矿床;富含重砂矿物的花岗岩、伟晶岩可形成残、坡积砂矿床等等。一般来说，原岩中有用组分含量越高，形成风化矿床的可能性就越大。但是，要达到风化壳中某种元素的高度集中并形成矿床，仅靠该元素在原岩中的较高含量是不够的，还需要母岩容易被分解才行。

气候对风化矿床形成的影响主要表现在温度、降雨量、生物活动等方面。在气候干燥、温差大的沙漠地区和气候严寒的永久冻土带，由于水和生物的作用均很微弱，因而不利于风化矿床的形成。在热带和亚热带地区，由于气候炎热，雨量充沛，生物繁殖极快，因而化学风化作用和生物风化作用进行得十分强烈并不断向深部发展，岩石和矿物破坏和分解迅速，元素大量迁移，有利于形成大型残余矿床。气候条件受纬度、海拔高程及距离海岸远近等因素控制。

地形直接影响地表水和地下水的运动，因而关系到风化作用能否彻底进行及风化产物能否很好地保存下来。陡峻的山岳地形，水流迅速，侵蚀作用强烈，风化产物往往以粗碎屑物为主，并且常被地表水冲走，因而不利于风化矿床的形成。平缓丘陵地形，地表水和地下水的流动都比较缓慢，侵蚀作用亦较微弱，而且化学风化作用占主要地位，有利于风化壳形成和保存。平原洼地，水流不畅，是沉积物堆积的场所，不利于风化作用的进行。必须指出，地形往往受地质构造因素控制，巨厚风化壳的形成，一般是在区域缓慢上升和风化淋滤速度保持平衡的准平原的分水岭地区。地下水的分带影响风化矿床的分带 ( 表 7-2) 。表中各带的界限不是固定不变的，它依潜水面升降而升降。一般来说，各带界限常因侵蚀作用的影响不断地向下迁移，但如果地壳下降或补给潜水的量在较长的时期内增大，亦可引起各带界限的回升，从而影响风化矿床的规模。还应该指出，这种分带情况是出现在透水性大致相同的岩石、土壤内，但实际上往往因岩石的裂隙发育不均匀，使分带情况变得更加复杂。此外，地下水的性质决定了风化产物的化学成分和生物活动特征，因而对风化作用的进程和产物类型有很大的影响。

表 7-2 风化矿床分带与地下水分带的成因关系

厚度巨大的风化壳矿床的形成，除了有利的气候、地形等因素外，时间因素必不可少。有一个较长时间的稳定的地质构造环境，可以使风化作用进行得极其彻底，岩石中绝大部分物质均被淋失，仅有一些极稳定的矿物和一些惰性组分残留下来并日益富集，从而形成较大规模的风化矿床。

四、风化 ( 壳) 矿床的勘查评价要点

风化矿床以近代形成的最为重要。因此，应主要在白垩纪 ( 尤其是第三纪) 以后出露地质体的地表分布区寻找有工业意义的风化矿床。风化矿床的形成需要长期稳定的地质构造条件，需要相当长时间的沉积间断和风化剥蚀，并在地表的低洼处积累风化残余物质; 因此，地台区的风化壳或不整合面是风化矿床勘查的重要标志，不整合面分布范围大、不整合面上下地层时代间隔较长，则形成的风化矿床的规模可能就大。含矿原岩是风化矿床形成的必要条件，风化壳之下的岩石若为含有稳定元素 ( Fe、Al、Ni 等) 或稳定矿物 ( 自然金、锡石、黑钨矿等) 的易分解岩石，如玄武岩、正长岩、花岗岩、碳酸盐岩等，则风化壳中可能有风化矿床存在。原岩的含矿性愈好，则形成风化矿床的规模可能愈大。要形成规模较大的风化矿床，气候条件非常重要，可根据古地磁等资料确定研究区的古纬度，然后分析该区风化时期是否为热带、亚热带的湿热气候条件。形成时代较老的风化矿床较少，这是由于形成后多遭受了地面侵蚀或海蚀而被破坏殆尽，因此在勘查风化矿床时必须研究其保存条件。对风化矿床进行评价，应着重分析风化壳的厚度、垂直分带性及各带的物质成分变化。当风化壳表层出现规模较大的红土带或铁壳带，并且向下逐渐与原岩过渡时，则表明原岩分解彻底，其中产有残余型风化矿床的可能很大。

五、原生矿床的表生变化

各类矿床的近地表和露出地表部分，在风化作用下都要发生变化，尤其是金属硫化物矿床的变化比较强烈，这种变化称为表生变化。表生变化的结果，改变了原矿体的结构、原矿石的矿物成分和化学成分。了解这种变化特点，有助于我们推测深部矿体的类型。此外，铜、银、铀等矿床在表生变化过程中，可以发生次生富集，从而大大提高矿床的工业价值。因而了解并研究矿床的表生变化和次生富集作用具有重要意义。

( 一) 金属硫化物矿床的表生变化

1. 金属硫化物矿床的表生分带

金属硫化物矿床的地表—近地表部分，长期经受强烈的化学风化作用，可发育完整的表生分带 ( 图 7-2) ，自上而下为:

图7-2 硫化物铜矿床表生变化及分带示意图( 引自袁见齐等，1985)

( 1) 氧化带位于潜水面以上，大致相当于地下水渗透带，自上而下发育①完全氧化亚带 ( 铁帽) 、②淋滤亚带、③次生氧化物富集亚带;

( 2) 次生硫化物富集带位于潜水面以下，停滞水面以上，相当于地下水流动带;

( 3) 原生硫化物矿石带位于停滞水面以下，相当于停滞水带。

2. 金属硫化物矿床的氧化带

在氧化带，金属硫化物主要发生氧化和淋滤，还有次生氧化物的沉淀富集。氧化使大部分矿物发生了变化，形成可溶性盐类，因而被淋滤。在氧化带表部，铁和锰的硫化物、碳酸盐最终形成氧化物或氢氧化物( 褐铁矿) ，它们和难溶物质如粘土等残留地表，构成铁帽。

氧化带内有两种主要的化学变化，一种是某些矿物被氧化、溶解和搬运; 另一种是使硫化物矿物转变成氧化矿物。氧化带中的硫化物一般都很容易转变为硫酸盐，特别是硫化物矿石中常见的黄铁矿和磁黄铁矿，氧化后形成硫酸 ( 亚) 铁和硫酸，对其他硫化物矿物的分解发挥着重要作用。化学反应方程式如下:

基础矿床学

硫酸亚铁很不稳定，进一步氧化生成硫酸铁: 4FeSO4+ 2H2SO4+ 13O2→2Fe2( SO4)3+ 2H2O 或

基础矿床学

硫酸铁水解后生成氢氧化铁及硫酸:Fe2(SO4)3+6H2O→2Fe(OH)3+3H2SO4

黄铁矿等铁硫化物的氧化产物中，氢氧化铁继而转变成褐铁矿和赤铁矿保留下来，而硫酸铁则是一种很强的氧化剂，能促使铁、铜、铅、锌等硫化物氧化成硫酸盐:FeS2+Fe2(SO4)3→3FeSO4+2S

基础矿床学

可见，金属硫化物在氧化带中先氧化成金属硫酸盐;由于CuSO4、ZnSO4等是易溶的，因而被淋失带出氧化带，PbSO4难溶则在氧化带中沉淀下来生成铅钒。在某些情况下，铜和锌等也可在氧化带中形成堆积，如由于围岩或脉石矿物中含有大量碳酸盐或硅质岩，ZnSO4可形成菱锌矿(ZnCO3)、异极矿(Zn4Si2O7［OH］2·H2O)，CuSO4可形成孔雀石、蓝铜矿和硅孔雀石;或由于在干燥条件下因蒸发生成胆矾、水胆矾等矿物，在氧化带中残留下来。Fe2(SO4)3是一种难溶的胶体化合物，在原地沉淀、脱水后变成褐铁矿、水针铁矿、针铁矿、水赤铁矿、赤铁矿，在氧化带残留富集形成“铁帽”。

金属硫化物矿床露头氧化后常形成铁帽，铁帽可以保留原生硫化物的某些可供鉴别的特征，因而详细研究铁帽的特征，就可能判断深部是否有硫化物矿体存在及其类型和规模大小。铁帽一般多呈疏松多孔构造，这种构造多由纤细的硅质褐铁矿交织薄膜构成骨架，骨架间空洞充填了疏松状褐铁矿及次生矿物。不同矿床留下的铁帽是有差别的，主要表现在铁帽的颜色、孔穴形态、构造及其次生矿物不同。如栗色、棕色、橘红色系由含铜硫化物氧化而成;砖红色是由黄铁矿氧化而成;黄褐色及浅棕色则是闪锌矿变化的结果。再如，褐铁矿呈“立方体核”和“菱形网状”的蜂窝状构造，指示出原生硫化物中方铅矿的存在;三角形的褐铁矿网孔，是由斑铜矿变来的。此外，铁帽中残留的金属氧化物(赤铜矿、锑华等)、碳酸盐和硫酸盐类矿物(白铅矿、铅矾、孔雀石等)，也可帮助判断下部原生硫化物矿床的类型或成分。

3.硫化物矿床的次生富集带

从硫化物矿床氧化带中淋滤出来的某些金属易溶硫酸盐溶液，当渗透到潜水面之下的还原环境时，便以交代原生硫化物的方式生成新的硫化物，这些新的硫化物称为次生硫化物。例如，当硫酸铜溶液交代原生硫化物时，便可产生辉铜矿、铜蓝等次生铜矿物，其反应式如下:

基础矿床学

交代反应的结果，大幅度提高原矿石中的金属含量，这类次生富集金属的作用称为次生富集作用。次生富集矿石的品位，可较原生矿石提高几倍至几十倍。在某些情况下，不具工业价值的原生含矿岩石，经次生富集作用可变为矿石甚至是富矿石。发生这种次生硫化物富集作用的地带，即为硫化物矿床的次生富集带。

值得指出，硫酸盐溶液交代原生硫化物，通常是按元素的亲硫性顺序进行的，这一序列称为修曼序列，其顺序为:Hg—Ag—Cu—Bi—Cd—Pb—Zn—Ni—Co—Fe—Mn，由前至后，元素的亲硫性变小。在这个序列前面的金属盐类，可以交代位于其后面的金属硫化物，产生位于前面的金属硫化物(次生硫化物)沉淀，同时位于后面的金属形成硫酸盐而进入溶液，相反的情况一般是不存在的。如铜的硫酸盐溶液可以交代铅、锌、铁、钴等原生硫化物，但不能交代汞、银的原生硫化物。

(二)金属氧化物或含氧盐矿床的表生变化

1.含铁石英岩(贫铁)矿床的表生变化

前寒武纪有大量的含铁石英岩(条带状磁铁矿)型矿石，它们经过长期的表生变化而形成富铁矿石，大大提高了矿床的工业价值。表生的过程首先是原(含Fe30%以下)贫矿石中淋去氧化硅和碳酸盐类，留下富铁残余物，Fe含量升高到50%～60%，原来的磁铁矿氧化为赤铁矿，矿石呈多孔状;其次，在淋滤矿石的孔穴和条带状空隙中再沉淀氧化铁，主要是针铁矿，使矿石的铁含量较被淋滤的多孔矿石更高，氧化硅含量更低，矿石中残留有原条带构造;最后，铁氧化物重结晶和失水产生青灰色块状赤铁矿，几乎无层状构造残余，含铁可达60%以上。

2.碳酸锰矿床的表生变化

在表生条件下，原生碳酸锰矿石(由菱锰矿、锰方解石及钙锰矿组成)经氧化使低价碳酸锰变成稳定的高价锰化合物，填充于碳酸锰矿石裂隙中，或呈网格状构造残留于原地。氧化锰矿物有软锰矿(MnO2)、硬锰矿(mMnO·MnO2·nH2O)等。次生氧化矿石的含锰量较原生碳酸锰矿石要高。

电池研究院：为何双擎喜欢用镍氢电池？

黄恒乐 主编 技术学堂 2021-01-04 11:37

80后基本都与镍氢电池有着不解之缘，小时候我们用过的索尼Walkman、收音机、四驱车，基本都靠镍氢电池驱动着。

为了写这篇文章，我买了两组全新的镍氢电池，分别是来自无锡产的松下爱乐普白皮（非FDK贴牌货）和GP超霸2000，装在松下冲牙器和D50/D100录音笔上用了数月。

不得不说，新型镍氢电池的放电表现比小时候用的那些强太多了。（因此，我是不是应该再买点四驱车？）

在此必须感谢索尼大法的研发部门，坚持使用AA电芯槽的可换电池设计，我那堆索尼MD机、CD机、录音笔居然随着时间转移，续航变得越来越长，而苹果们统统成了不插电就无法开机超过半小时的工业垃圾。

1600万的双擎HEV车型，其实没用锂电池

1年前（也就是上个月底）笔者在内蒙古试驾了一汽丰田的双擎系列，包括 卡罗拉双擎 、 亚洲龙双擎 、 RAV4荣放双擎 ，对镍氢电池在-30℃下顺利充放电颇有感触。

实际上，丰田这组镍氢电池最低在-40℃也能工作，而笔者单反中的锂离子电池在-25℃的气温中只拍了100张照片就罢工了。

为什么丰田在HEV车型上坚持使用古老的镍氢电池呢？

这时候我们得先从更多古老的电池配方聊起：

17 世纪 ：荷兰莱顿大学（Leiden University）的彼得?范?穆森布罗克教授（Prof. Pieter van Mu ssc henbroek）发明了莱顿瓶（Leyden jar），人类第一次捕捉到了电，这也是第一种储电设备（冬天的毛衣不算）。

18世纪：意大利物理学家亚历山德罗?伏打（Alessandro Volta）发明了世界上第一组正经的化学电源伏打电堆?。

19世纪：Dr.?William?Cruikshank设计了第一款便于批量制造的电池，法国物理学家Gaston?Plant?发明了铅酸二次电池，电池与车辆在19世纪中页开始结合（如郭睿同事编撰的《电动车坎坷发展史》），爱迪生发明了可充电的铁镍电池，瑞典发明家Waldmar?Jungner发明了镍镉电池，

20世纪：6V铅蓄电池从1918开始装车，统治汽车电气系统30多年之后被12V铅蓄电池替代；世纪末锂离子电池得到了技术性突破（索尼1991商用化）。

21世纪：锂离子电池在消费电子、新能源汽车、电动飞行器、柴电潜艇、工业生产、智能穿戴等领域成就霸业。

毫无疑问，21世纪是锂离子电池创造历史的世纪，我们再也离不开锂离子电池了，目前锂离子电池行业主要有以下几种解决方案：

主流锂离子电池性能对比 电极材料 能量密度 成本 稳定性 安全性 循环寿命 三元锂（正极） 高 高 中 中 中 磷酸铁锂（正极） 低 中 中 高 高 钴酸锂（正极） 高 中低 低 中 低 锰酸锂（正极） 中 低 低 中高 中低 镍钴铝酸锂（正极） 高 中 低 中 低 钛酸锂（负极） 最低 最高 中 高 高

既然锂离子电池的种类如此繁多，生产成本逐年下降，为什么HEV非插电式混合动力车型都不喜欢用锂离子电池呢？

很简单：因为镍氢电池目前更便宜，循环寿命更长（爱乐普就有2000个循环可用），还不容易烧。

更重要的是，镍氢电池无树枝状晶体产生，丰田1600万双擎家族车型在全球范围内都没有发生过电池包自燃事故。

?水素电池?是什么鬼？

第一次让便携式民用电子设备成为现实的是?大哥大?和镍镉电池（Ni-Cd）。

东西南北中，发财到广东。80年代末，一斤重的移动电话进入香港与广州市场，2万多一台的价格，充电10小时只能撑30分钟，镍镉电池记忆效应强，得配一个放电器放空了再充，最好每月进行一次深度充放电。

上图这种巨型的电池就是镍镉电池，可循环1100次（实际用起来差远了）。

镍镉电池是第一代手机电池，第二代则是今日主角镍氢电池（Ni-MH），第三代是革命性的锂离子电池（Li-ion）。这条路走了30多年，每一步都非常不容易。

80年代出生的读者应该还记得小时候有一个词汇叫?水素电池?，我手头上刚好有三枚?水素电池?，中间那颗是索尼生产的，绿色两颗是国内的无牌副厂货，目前市场上只能买到后者。

?水素?一词其实是日文，如下图翻译截屏和商品广告原图：

笔者找了一下镍氢电池的负极与正极的反应式，是下面这样的，这下子我才知道?水素?一词的来源：

作为镍镉电池的升级版，镍氢电池的能量密度更高，重量更轻，污染更少，循环寿命更长。

镍氢电池的研发开始于1967年，戴姆勒-奔驰和大众汽车当时参与了技术研发（研发地点在Battelle Geneva Research Center），将近20年的时间终于研发出能量密度只有50Wh/kg左右的镍氢电池。70年代，镍氢电池在人造卫星上有了应用（根据维基百科），但笔者并未找到具体的卫星型号。

镍氢电池在1985年才终于商用化，随后各式镍氢电池成功占领了我们手里便携式电子设备的电池仓，后来被CD机打败的卡带机、后来被MD机打败的CD机、后来被MP3打败的MD机，中后期版本均改用了这种115?65?28mm的?香口胶式水素电池?，标定电压1.2V，容量1400mAh左右。

索尼在1991年将锂离子电池投入商用化，但成本高到可怕，至今都没压到一个合理的价位（这也是各位觉得买电动车特别贵的原因）。

那么，大家就继续用镍氢电池作为主流的二次电池吧。可是前期的镍氢电池，自放电（漏电）特别厉害，放在四驱车上面用倒不是什么问题，因为充满电之后很快就被我玩光了。但若放在低电耗长续航的用电设备上，比如石英钟、遥控器，就很让人抓狂了。

所以，笔者当时只会选用一次电池来给这些设备供电，最经典的配方就是下图的白皮三个五，红白蓝配色跟大白兔奶糖一模一样，不同的是大白兔是神物，白皮555是垃圾中的战斗机。

后来日本三洋电机的eneloop镍氢电池很好地解决了这个自放电问题，2006年推出市场的第一代eneloop将1年的自放电比例缩减至20%，最低工作温度-10℃，循环次数1000次。

2009年松下收购了三洋电机50.19%的股份。2015年上市的第五代eneloop，10年的自放电比例才30%，这意味着镍氢电池最大的短板已被基本清除，拿来做低电耗长续航用电设备的供电也没有问题了。

在电池界，eneloop?爱老婆?就代表着镍氢电池的最高水平。

镍氢电池的电化学性能

镍氢电池（Ni-MH）的英文全称是Nickel-Metal Hydride，镍金属氢化物，这里的?金属?指的是金属互化物（intermetallic compound），其中分为两大类：

AB 5 类 ：A = 稀土 元素 混合物（或）再加上钛（Ti）；B = 镍（Ni）、钴（Co）、锰（Mn）、（或者）加上铝（Al）。

AB 2 类 ：A =?钛（Ti）或钒（V），B =?锆（Zr）或镍（Ni），再加铬（Cr）、钴（Co）、铁（Fe）和（或）锰（Mn）。

其中AB 5 类更常见，AB 2 类的容量更高。

其化学原理是 可逆地形成金属氢化物 ：充电时，氢氧化钾（KOH）电解液中的氢离子（H + ）会释放出来，由以上化合物吸收并避免形成氢气（H 2 ）以防电池结构被破坏；放电时，这些氢离子经由相反过程回到原来地方。

与锂离子电池一样，镍氢电池不是一种配方而是一整个电池配方系列，可分为容量型、功率型、耐低温型、低自放型。

容量型镍氢电池 ：索尼5号镍氢电池可以达到1.2V*4600mAh，能正面对决14500锂离子电池。

功率型镍氢电池 ：放电比功率可以达到1300W/kg（持续放电），几乎是锂离子动力电池的两倍。

耐低温型镍氢电池 ：-40℃超低温工作，可用容量、内阻几乎没差别。低温是锂离子电池的死穴。

低自放镍氢电池 ：至于所以刚刚提到的eneloop低自放电镍氢电池，全称是LSD Ni-MH，Low Self-Discharge Nickel-Metal Hydride。自放电率是镍氢电池的死穴所在。

镍氢电池有个优势，就是电压低，电控简单，可以完美替代普通的1.5V干电池，AA型（5号）和AAA型（7号）的镍氢电池的电压是1.2V，这是一个很关键的电压数字。

1.2V ? 5 = 6V

1.2V ? 10 = 12V

这意味着镍氢电池可以通过串并联组合轻松替代6V和12V电压平台的二次电池。

太深奥的东西不说，我们直接来一点易懂易学的小结论吧， 镍氢电池的优势有：

1、最大的优势是安全性高，即使制造工艺不良、受外力挤压变形、短路、大电流放电（伴随发热）也不会像锂离子电池那样自燃然后自爆。

2、技术成熟，适合大规模生产，成本较低。

3、配方很少污染，对环境基本没有影响。

4、低温性能好，秒杀锂离子电池。

5、循环寿命长，2000-5000个循环不是问题，HEV车型的镍氢电池基本都是终身免维护的。

6、记忆效应小。

7、电芯一致性比锂离子电池更高。

8、1.2V额定电压是个不错的数字，很容易凑整。（此外，最低放电电压是0.9V，满电1.4V，了解一下就行）

镍氢电池的劣势有：

1、能量密度太低，电芯单体能量密度只有60-120Wh/kg，成组之后更加惨不忍睹。

2、充电效率很低，只有66%左右，也即是34%的电量没被充进去，而锂离子电池充电效率可达95%。

3、自放电速度太高，三洋使用了新的阳阴极分隔层、新的阴极添加剂、新的超级晶体结构合金、更薄更坚固的外壳，完成了自放电的自我救赎。

4、放电倍率还不够强，虽然已经到了15C，但锂离子电池可以做到45C，所以给 大众ID. R那种短跑爆发型的电动战车用镍氢电池的话就扑街了。

5、快速充电性能简直是渣渣，1C已经是镍氢的快充速度了?

6、高温情况下的充放电效率降低明显。

为何镍氢电池没能成为汽车动力电池主流？

汽车用的镍氢电池有两大流派，一派是美系的通用，一派是日系的松下&丰田。

我们先来说说通用，通用跟镍氢电池还是有段故事可以讲讲的。一开始Stan ford R. Ovshinsky弄出了一种可供量产的镍氢电池并申请了专利，1982年成立了Ovonic电池公司，通用汽车1994年购买了Ovonics专利，随后用在了EV1后期版本上，就是下图这个。

通用EV1（纯电动） ：业界著名的纯电动工业垃圾，真正的电驱先锋之作。前期版本用的是16.5-18.7kWh的铅酸电池，后期版本用的是26.4kWh的镍铬电池，续航达到228km，在1999年这个年份算得上牛到不行不行的角色。

不过，很快通用就发现自己彻底搞砸了，那批车子最终用通用自己收购回去集中销毁。

2000年10月，通用把专利卖给了德士古石油，一周后转手给雪佛龙。雪佛龙的子公司Cobasys一直生产着镍氢电池，后来又被SB LiMotive（三星SDI与博世合资）收购，2012年变成博世独资。

另一个派系是松下与丰田合资成立的Panasonic EV Energy（PEVE）公司，他们在90那年代推出了适用于新能源车的高容量（28-95Ah）镍氢动力电池，用于19年开始生产的丰田普锐斯，以及之后的本田Insight混动、本田思域混动、福特等车型。

本田Insight （混动） ：初代1999-2006（下图），二代2009-2014，三代2019至今。Insight是本田第一代IMA混动系统的试验田，薄片电机放在P1位置，飞轮之后、变速箱之前，镍氢电池使用D型。

本田思域（一代混动） ：本田Insight IMA结构的?性能版?，电机也在P1位置，电池是120个串联的D型镍氢电池，6.0Ah容量比Insight更低，但充放电速度更高。

本田EV Plus（纯电） ：本田给汽车工业带来的前锋之作，第一个大型汽车制造商抛弃弱炸天的铅酸电池，用镍氢电池来驱动车轮，19-199之间在日本枥木造了300台，续航129-169km，放在2012年左右的中国估计还有点竞争力。

福特Escape （ 混动 ，翼虎/锐际的前身）：初代（2004-2008）与二代（2009-2011）福特Escape非插电式混动版用过镍氢电池，初代目还跟丰田THS（双擎）技术有专利抵触，这两家公司后来达成了专利共享协议，丰田允许福特用丰田的部分混动技术，福特允许丰田用福特的部分柴油机技术。

不过现在福特基本都落下功课了，比如蒙迪欧混动就改用了镍钴锰锂离子电池（MKZ当然是同款），好处是能量转换效率更高，我们测试蒙迪欧混动的时候也被它的超低油耗吓到了。耐用性和可靠性？暂时不太清楚，卖得太少了。

福特Ranger EV（纯电） ：从Ranger单排皮卡改过来的，1998产的是铅酸电池版本，1999产的是镍氢电池版本，镍氢版本的能量密度提升至57.3Wh/kg，续航提升至185km（72km/h匀速）。这玩意一直生产到2002年，没人买的，都是以市场试验目的租了出去，2004年项目终止的时候全部给召回销毁了。

丰田普锐斯（混动，1/2/3/4代）&丰田其他双擎混动车型 ：如今的第四代丰田 普锐斯 HEV双擎版本使用的是镍氢电池，这是一种超级长超级细的电芯（其实就是6个1.2V电芯串联起来），390?35mm，6500mAh，电压为7.2V。

为了镍氢动力电池的专利，美系的Cobasys和日系的PEVE从2001年开始打了多年官司，2005-2014年间PEVE支付了大笔专利特许使用费给Cobasys，以获得PEVE在北美销售镍氢动力电池的权限。

实际上，Cobasys基本已是废的（2007年开始就转舵研究锂离子电池了），真正牛X的PEVE用镍氢电池盘活了整个丰田双擎系列，前文我们提到的数据是?全球范围内至今销售超过1600万辆，没有一台烧的。

关于丰田双擎镍氢电池的江湖传说还有更多数字，比如之前有一位来自美国硅谷洛斯加托斯（Los Gatos）小镇的普锐斯用户就宣称，他的2004款丰田普锐斯开到35.5万英里（57万公里）的时候才遇到了电池失效。

在美国，更换一套普锐斯镍氢动力电池的官方要价大概是4000美元（2.6万人民币），提供8-10年保修期。

如今，丰田是全球HEV非插电式混合动力结构的技术和销量老大，坚持镍氢电池路线成为了?技术正确?的一个样本，之前使用松下丰田PEVE镍氢电池的本田和福特却纷纷离场。

能量密度如此低的镍氢电池还有未来吗？

镍氢电池已经是一种成熟的产品，目前国际市场年产量为12亿只左右，其中大型镍氢电池（车用镍氢动力电池）在2.5亿只左右，超过9成的大型镍氢电池是松下丰田PEVE生产的。

中国镍矿总储量290万吨，属于储量一般的国家，不过我国制造业成本较低，所以世界上很多镍氢电池生产商都在中国设立了生产基地，比如松下的无锡工厂，三洋的苏州工厂、汤浅的天津工厂。

小型镍氢电池，中国的产量占全球74%左右，超霸（东莞）、豪鹏（深圳）、科力远（长沙）、三普（鞍山）、比亚迪（深圳）是大头；大型镍氢电池，日本的产量占全球95%左右，松下丰田PEVE在全球范围内一家独大。

镍氢电池的成本逐步下降，未来可能可以替代相当一部分的干电池，并利用其1000次以上的循环寿命提供更好的环保支持。

消费类电器产品（小型）和HEV动力电池（大型）是镍氢电池的两大用户，此外还在安防和医疗等领域有着广泛应用，2019年国内行业规模是44亿元人民币，预计2020年在40亿元左右。根据中研普华产业研究院的研究报告，镍氢电池的市场规模会在2025年达到48.83亿元左右。

在大型镍氢电池领域，HEV非插电式混合动力车型已是且将是镍氢电池的唯一大客户，安全性高、成本较低、污染少、低温性能好、循环寿命长是无可替代的优势。不过在当今的新能源补贴政策下，镍氢电池已经没希望进入补贴行列并打败部分锂离子电池成为BEV纯电动车型的动力电池，因为能量密度太低、充电效率太低、放电倍率太弱、快速充电太渣的特性，都是被锂离子电池吊打的。

玩砸了么？我怎么觉得好戏才刚刚开始啊。

虽然镍氢电池在BEV领域打不过锂离子电池，但HEV领域的占比是可以扩张的。《乘用车燃料消耗量限值》和《乘用车燃料消耗量评价方法及指标》正在推动我国乘用车新车平均燃料消耗量水平在2025年下降至4.0L/100km，单凭ICE内燃机技术的提升是基本没有希望的，比如给ICE加上电动机组成HEV节能动力总成。

属于镍氢电池的节能车时代，正在默默到来。

（文： 黄恒乐）

@2019