锑：稀世珍宝，渐露峥嵘
2025-02-07苏更林
锑—一个陌生的化学元素，不久前随着中国对锑相关物项实施出口管制而引起公众的关注。那么，锑是一种什么样的元素？它有何独特应用？
人们习惯把锑誉为“稀世珍宝”，这是因为锑在地壳中的含量极低，分布很不均匀，开采的成本很高。资源的稀缺性、应用的广泛性以及在许多高科技领域和军事应用中的不可替代性，都为其增添了神秘的色彩。
锑系阻燃，防火安全的“奇兵”
当今社会，新型材料层出不穷，并且已经渗透到我们生活的各个方面。这些材料大多可以燃烧，以致火灾隐患无时不在。消除火灾隐患、赋予这些材料以阻燃性能，不失为一个“防患于未然”的聪明之举。其实，锑系阻燃剂就是消除火灾隐患的“奇兵”。
什么是阻燃剂呢？顾名思义，就是能够阻止材料被引燃以及抑制火焰传播的助剂。阻燃剂也被称为难燃剂、耐火剂或防火剂，主要用于现代高分子材料的阻燃处理。实践证明，在受到外界火源的攻击时，添加有阻燃剂的高分子材料可以达到阻燃的效果。这里所说的“阻燃”，指的是能够有效阻止、延缓或终止火焰的传播。阻燃剂的大家族主要有有机卤系阻燃剂、有机磷系阻燃剂和无机阻燃剂3大类。那么，什么是锑系阻燃剂？锑系阻燃剂是一类具有显著阻燃效果的无机化合物，主要是指三氧化二锑和五氧化二锑。
锑系阻燃剂几乎是所有卤系阻燃剂的重要协效剂，主要用于提高材料的阻燃性能，通过释放水分、形成保护层等机制来阻止或延缓材料的燃烧。卤系阻燃剂主要是在气相中发挥阻燃作用的，因为卤化物分解产生的卤化氢气体为不燃性气体，通过稀释效应而发挥作用。三氧化二锑作为最早采用的无机阻燃剂之一，主要作为阻燃协效剂与卤系阻燃剂配合使用。
三氧化二锑或五氧化二锑等锑的化合物在高温下能与卤系阻燃剂反应，生成一层覆盖于燃烧表面的保护膜，从而隔绝与氧气的接触，达到延缓材料燃烧的目的。锑系复合阻燃剂还能够有效抑制燃烧过程中产生的自由基，从而切断燃烧链的反应。
锑系阻燃剂在无机阻燃剂中占有十分重要的地位，应用领域十分广泛：不仅可用于制造飞机、火箭或导弹的发射器，以防止发射器被火焰烧坏；还可以广泛应用于生活中的方方面面，如家电、汽车、服装、玩具、建材等。
锑系阻燃剂以其优秀的阻燃效果而受到人们的青睐，但由于其对环境和人体健康具有潜在的影响，因此研发更具环保性能的新型锑系阻燃剂或其他环保型阻燃剂具有重要的意义。
光伏玻璃，“锑”换角色拨亮“眼”
在古代，锑被赋予一种神秘的色彩。在古埃及文化中，锑的含义为“美丽的眼睛”。据称，在公元前3100年的埃及前王朝时代，三硫化二锑通常被用作眼影粉来进行美容。那么，如何理解今天的“‘锑’换角色拨亮‘眼’”呢？这还得从锑在光伏玻璃生产中扮演的角色说起。
什么是光伏玻璃？我们通常所说的光伏玻璃，指的是一种具有光电效应的特种玻璃。这种特种玻璃主要用于封装光伏组件，因此是光伏产业链中的一个重要组成部分。光伏玻璃主要包括超白压延玻璃、超白浮法玻璃和透明导电氧化物镀膜玻璃等。
光伏玻璃贵在透明，即透光性要好。超白压延玻璃主要用于生产晶体硅太阳电池，特点为表面光滑、透光率高、光电转换效率高。超白浮法玻璃主要用于生产薄膜太阳能电池，其表面平整度高、透光率较高。透明导电氧化物镀膜玻璃主要是在光伏玻璃的基础上增加了一层透明导电氧化物膜，这样可以进一步提高光伏电池的效率。
那么，锑在光伏玻璃中扮演什么角色呢？原来，锑在其中扮演的角色主要是“澄清剂”，其作用就是赋予光伏玻璃更高的透明度，从而使得光伏玻璃能够最大限度地提高光能的利用率。
锑是如何让光伏玻璃“眼睛”更亮的？在光伏玻璃的生产过程中，为了提高其透明度，普遍采用含锑的复合澄清剂，如焦锑酸钠或三氧化二锑等。这些含锑化合物可以有效脱除玻璃中的杂质并排除气泡，从而提高光伏玻璃的澄清度和透过率，并进一步提高光伏电池的光电转换效率。
原来，玻璃中的杂质（如铁、钛、铬等金属元素）会降低玻璃的透明度，而锑能够去除光伏玻璃中的这些杂质。焦锑酸钠可以在分解温度范围内直接分解并放出氧气，这有助于消除光伏玻璃中的气泡，从而确保玻璃的高透明度和光学质量。
锑代材料，电池创新的“排头兵”
电池在当今社会的应用十分普遍，并已成为我们生活的基本配置。金属锑在电池技术中的应用由来已久，并且有望在未来成为先进电池系统的重要材料。
关于金属锑在电池技术中的应用，可以追溯到19世纪铅酸蓄电池板栅材料的诞生。最初，铅酸蓄电池的充放电循环依靠的是浸在硫酸溶液中的两块铅板（正负极）。1881年，科学家首次提出了板栅的概念，并阐述了用板栅取代传统铅板的重要意义。
所谓板栅，指的就是铅酸蓄电池电极的集电骨架。这种集电骨架作为铅酸蓄电池的一个独立部件，对提高电池性能、延长电池寿命都具有极其重要的作用。相比于铅酸蓄电池正极的活性物质二氧化铅电阻率高、导电性差的劣势，合金板栅的电阻率低，导电能力也提升了上万倍。
作为一种板栅材料，铅锑合金显示出了巨大的应用优势。铅酸蓄电池的正极由填满二氧化铅的铅锑板栅组成。这样的结构设计不但可以承担电池内部电流的传导作用，还可提供支撑作用。
将铅锑合金用作铅酸蓄电池的板栅材料，对于提高电池的容量和充电效率具有重要意义。特别是锑的加入，可以增强板栅的硬度和机械强度，这对于减少板栅的膨胀和收缩、延长电池的使用寿命意义重大。这是因为，铅酸蓄电池在充放电时，活性物质的密度会发生变化：放电时，活性物质会膨胀；充电时，活性物质会收缩。而有了板栅的支撑，就可以防止极板因膨胀和收缩而引起活性物质脱落了。
在太阳能电池中，薄膜材料的应用不失为一大看点。特别是硒硫化锑半导体薄膜材料在太阳能电池中的应用，更是实现了光电转换效率10%的突破。硒硫化锑半导体薄膜材料在可再生能源领域的应用潜力巨大，并且在更广阔的舞台上具有很好的应用前景。
作为一种新兴的电池技术，钠离子电池正在逐渐成为能源存储领域的新热点。作为一种具有较好应用前景的负极材料，金属锑有望成为钠离子电池负极材料的候选材料。这是因为金属锑具有独特的电化学性能，具有高理论比容量和高电导率的优势。高理论比容量意味着在相同重量下，锑基电池可以存储更多的电能；高电导率则意味着可以提高锑基电池的充放电效率。
作为一种新兴的电池技术，锑-钙液态金属电池有望成为未来能源存储领域的“潜力股”。锑-钙液态金属电池以熔化的锑作为负极活性物质，熔化的钙作为正极活性物质。这两种金属材料在常温下为固态，但在较高温度下可熔化成液态，可以流动并参与电化学反应。该电池具有很高的能量密度和很长的循环寿命，并能在700℃高温下稳定运行，在电网级储能应用中具有巨大的应用潜力。
关键角色，从烟花到火药的跨越
作为一种重要的锑化合物，三硫化二锑在许多领域都扮演着十分关键的角色。从火柴到烟花，从火药到弹药……三硫化二锑都发挥了极其重要的作用。
作为一种取火方式，火柴在人类的文明史中留下了浓墨重彩的一笔。火柴的发明是在摩擦起火的启发下萌发的，而化工技术的进步促进了其成熟水平，并诞生了高度自动化的生产流水线。
在火柴的构成中，火柴头和摩擦面缺一不可。早期的火柴头主要由氯酸钾、二氧化锰和三硫化二锑等化学物质组成。三硫化二锑的燃烧点相对较低，可以迅速从摩擦产生的热中吸收能量并开始燃烧，并引燃氯酸钾释放出氧气，来维持火柴梗的持续燃烧。早期的火柴头逐渐被硫化磷火柴头所取代。硫化磷火柴头的主要成分为氯酸钾和三硫化四磷。
火柴摩擦面上通常涂有一层易燃物质，如红磷和摩擦剂等。而三硫化二锑的加入则极大地改善了火柴的点火效率，并提高了火柴的使用便利性与安全性。
作为节日庆典的一大亮点，烟花无疑是我国传统文化的一个重要组成部分。我国的烟花种类繁多，包括喷花类、旋转类、升空类、旋转升空类、吐珠类、小礼花类、礼花弹类、架子烟花等。不同的烟花在结构和效果上有所不同，如升空类烟花可以在高空中绽放，形成各种图案和颜色，而喷花类烟花则通过喷射作用产生美丽的火花效果。
燃放的烟花为什么会产生绚丽多彩的烟花效果呢？原来，烟花产生的焰火和颜色来源于其中的氧化剂和可燃物之间的化学反应以及某些金属盐的呈色效应。不同的金属元素会在燃烧时发出不同颜色的光芒，如钡盐产生绿色，锶盐产生红色，钠盐产生黄色。
锑在烟花中的角色不容忽视。在烟花中，锑主要存在于火焰着色剂和增强发光剂中。作为一种金属元素，在与氧化剂发生反应时，锑能够迅速燃烧，并释放出大量的热量和光芒。
作为一种火焰着色剂，锑可以在燃烧时发出深蓝色或紫色的光芒；作为一种增强发光剂，锑可以增强烟花的发光效果。锑与其他金属元素发出的丰富色光一起绽放在夜空，往往会提高烟花的整体亮度以及视觉冲击力。
三硫化二锑在早期的黑火药中占有一席之地，并且起到了关键性作用，主要是改善火药的燃烧特性和稳定性能。黑火药是由硝酸钾、木炭和硫黄按一定比例混合而成的一种火药，不仅可应用于烟花制造，还是弹药的重要成分。
随着军事技术的发展，锑在新型弹药和武器系统中的应用也在不断扩展。作为弹药中的关键部分，击发药主要是通过底火被撞击产生火花而点燃发射药的，撞击产生的大量气体会迅速膨胀将弹头推出药筒。三硫化二锑在子弹的击发药部分占有一定的份额，足见其在军事上的战略价值。
锑的化合物在特殊弹药中也有重要的应用，如曳光弹中的曳光剂就需要锑化合物的参与。曳光剂是一种在弹药或烟火中经常使用的化学物质，它能让发射出的弹头或烟花在飞行过程中产生明亮的轨迹。
曳光剂主要由氧化剂、金属可燃剂和有机黏合剂组成。常见的氧化剂有硝酸钡、硝酸锶等；金属可燃剂有镁粉、镁铝合金粉等；有机黏合剂有虫胶、干性油和松香等。锑在曳光剂中的作用主要是增强发光效果和调节火焰颜色。
未来可期，前景看好的锑基材料
锑在传统行业中的应用凸显了其独特的应用价值，而在半导体等行业的应用前景则彰显了其非凡的战略价值。展望未来，锑的高端应用前景十分看好。
作为一个重要的电子供体元素，锑应用于半导体材料，可以显著影响材料的电学性能。比如，在传统的硅和锗等半导体材料中，通过掺杂锑可以形成具有所需电子特性的新型半导体，有望在电子器件和太阳能电池等领域获得广泛应用。
锑化合物半导体属于重要的第四代半导体材料，在开发下一代器件方面具有很大的优势。比如，锑化铟和锑化镓都属于直接带隙半导体材料，具有禁带宽度较窄、电子迁移率高、量子效率高、响应速度快等特点，可广泛应用于制造红外传感器、红外探测器、红外发光二极管、激光器、恒温光电系统等。
近年来，锑基量子点和纳米结构受到了人们的普遍关注。人们希望这些独特的锑结构所拥有的量子效应和尺寸效应能给开发新型半导体器件带来新惊喜。锑也可用于制备二维半导体材料，有望在未来的微电子器件和光电子器件中发挥重要作用。
锑化铅和锑化铋等锑基化合物是一类高效的热电材料。这些热电材料既可以把热能转换为电能，也可以把电能转换为热能。利用这一特性，锑基热电材料可以在发电、制冷和温度控制等方面大有作为。锑合金材料有望用于制造具有特殊电学和热学性能的半导体材料，如锑与汞形成的合金可用于制造红外探测器以及光电池等。
锑的稀缺性使其比稀土还要珍贵。作为一种自然形成的银白色稀有金属，锑通常在自然界中以单质或化合物的形态存在。在全球范围内，锑的资源储量主要集中在中国、俄罗斯和塔吉克斯坦等少数几个国家。
位于湖南省冷水江市的“锡矿山”，因源于历史上的误解而得名。现在，“锡矿山”因其含有丰富的锑矿资源而闻名于世。锑的独特性质使其在多个领域扮演着极其重要的角色。随着科技的发展，锑的战略价值也会日益凸显。
【责任编辑】蒲？晖
