打火石(英文名:flint)是由(Ce)、(La)等稀土金属与铁(Fe)及少量的镁(Mg)、锌(Zn)、铜(Cu)等元素组成的合金。打火石的燃点低,发火性能优良,被广泛应用于打火机、发火玩具和工业火炬点火器上,在军事工业上被用于制造子弹或炮弹的引信及引燃装置。
1903年,
奥地利科学家韦尔·斯巴赫(C.F.Auer Von Welsbach)研制出了
稀土发火石合金。1908年,韦尔·斯巴赫兴建稀土发火合金的化学工厂。1915年后,美国陆森金属公司大量生产打火石。20世纪60年代,
日本的2个打火石生产公司迅速占领世界市场。20世纪70年代末期,中国拥有8个主要生产打火石地区。2000年后,中国出口的打火石和发火合金大约占总产量的65%,中国市场占35%。
打火石按其成份有无
稀土可分为非稀土系和稀土系。打火石硬度值为130~170HV,发火率大于95%,耐磨次数每粒要求在600次以上。一般制成的打火石密度约为6.7~6.8g/cm3,
熔点670~700℃。打火石一般在小容量石墨坩埚感应炉内熔配,浇铸成锭,经热挤压成条状,再经过切粒、选粒、喷漆等一系列加工处理而成为打火石产品。
发展历史
奥地利科学家韦尔·斯巴赫(C.F.Auer Von Welsbach)在1885年发现
ree(Pr)和(Nd)。1903年,韦尔·斯巴赫在对稀土元素的深入研究发现铈(Ce)铁(Fe)合金在机械摩擦下能够产生火花,研制出了稀土发火石合金。1908年,韦尔·斯巴赫兴建稀土发火合金的化学工厂,进入实际生产。
1915年后,美国陆森金属公司大量生产打火石。1916年后,
美国打火石迅速占领世界市场。20世纪40年代,世界各国竞相生产打火石,第2次世界大战期间,由于军工需要
德国大力生产稀土金属,打火石的生产技术突飞猛进产量逐年提高。20世纪60年代,
日本的2个打火石生产公司迅速占领世界市场。
20世纪70年代末期,
中原地区已有8个主要生产打火石地区,中国年产量已达400t,其中一半用以出口创汇。20世纪80年代后,中国生产打火石的厂家迅速崛起多达10家,生产能力近1000t。1989年,中国打火石实际产量达780t,其中
内蒙古自治区包头市市火石厂产量为270t,出口量占50%,是中国最大的打火石专业生产厂家。
20世纪90年代,中国生产发火合金及打火石企业有10多个,在
哈尔滨市、包头、
青岛市、
上海市、
广州市和
桃江县等地建厂,能够向中国内外市场及客户提供多种打火石产品。2000年以后,
中原地区出口的打火石和发火合金大约占总产量的65%,中国市场占35%。
分类
打火石按其成份有无稀土可分为非稀土系和稀土系。
非稀土打火石
非
稀土打火石是用锆(Zr)、钛(Ti)、锡(Sn)、铅(Pb)、锑(Sb)等金属制成的合金,这类打火石大都含有锆(Zr),或者锆(Zr)-钛(Ti)兼有,早期使用的就是这种非稀土打火石。
稀土打火石
稀土打火石采用以铈(Ce)为主的混合稀土金属铁(Fe)合金,其中还配入适量的镁(Mg)、锌(Zn)、铜(Cu)等,机械打火机的打火石就是稀土金属(La)和铈(Ce)的合金。
化学组成
打火石采用混合稀土金属制造,通常由74%的铈(Ce)混合
稀土金属和23%的铁(Fe)组成。常见的打火石“真身”化学配方主要有4种。第1种:稀土含量75%,铁(Fe)含量22%,镁(Mg)含量2%,锌(Zn)0.5%。第2种:稀土含量77%,铁(Fe)含量18%,镁(Mg)含量2.5%,铜(Cu)2.0%,硅(Si)0.2%。第3种:稀土含量78%,铁(Fe)含量18%,镁(Mg)含量2.5%,锌(Zn)1.5%。第4种:稀土含量76.7%,铁(Fe)含量17.5%,镁(Mg)含量3%,锌(Zn)2.5%,铜(Cu)0.3%。
稀土金属稀土元素
稀土金属
以铈(Ce)为主,含有镧(La)、镨(Pr)、钕(Nd)等的稀土元素是打火石合金中的基体,是主要成分。稀土元素与氧的亲和力大,反应时放出大量的热量。
铁(Fe)元素
铁(Fe)是合金中的主要填料,可提高合金硬度,与稀土铈(Ce)作用,生成CeFe5和CeFe2等金属间化合物,含铁(Fe)在12%以下时,加工性能良好,发火性能差,但含铁(Fe)量高于25%时,则硬度高,挤压力大,成形不良。
镁(Mg)元素
镁(Mg)能与稀土铈(Ce)生成CeMg中间化合物,燃点很低增强发火性能,含镁(Mg)量高于5%,发火性能虽好,但挤压成形压力高;含镁(Mg)量太低,则发光性能差,合金中晶粒细化,使合金带有韧性,摩擦时不能粉化,打出的火不是火花而是火焰。
锌(Zn)元素
合金中的锌(Zn),无助于发火性,但可增加合金的密度和防腐蚀性能,因此,锌(Zn)的成分不宜高。
铜(Cu)元素
在合金中加人少量的铜(Cu),对打火石的发火性能和耐磨性能、储存稳定性无不良影响,而对降低压力有效,但铜(Cu)成分不宜太高(对挤压不利)。
理化性质
物理性质
打火石应用混合稀土金属,其中以铈(Ce)为主,含有镧(La)、镨(Pr)、钕(Nd)等轻稀土元素。利用稀土金属的化学性质活泼,对氧的亲和力强,而铈(Ce)组金属的燃点温度很低(铈(Ce)为165℃,镨(Pr)为290℃,钕(Nd)为270℃)并且燃烧时放出大量的热量。例如,燃烧1g金属铈(Ce)放出4.44kJ热量。当这些金属(特别是铈(Ce))在不平的表面摩擦时,其细粉就自燃,但质地软而不宜做打火石原料。打火石制造是采用以铈(Ce)为主的混合稀土金属铁(Fe)合金,其中还配入适量的镁(Mg)、锌(Zn)、铜(Cu)等,以增强打火石的发火性、耐磨及耐腐蚀性能。
化学性质
打火石硬度值为130~170HV,发火率大于95%,耐磨次数每粒要求在600次以上。一般制成的打火石密度约为6.7~6.8g/cm3,
熔点670~700℃。
生产工艺
用混合
稀土金属及铁(Fe)为主要原料,加入镁(Mg)、锌(Zn)、铜(Cu)等少量元素,用石墨坩埚在中频电炉内加热熔炼,浇铸成锭,经热挤压成形单孔连续出条再切粒、选粒、喷漆等一系列加工处理,成为打火石产品。
主要工序
工艺过程的主要工序有熔炼、浇铸(模铸法、管铸法)和成形(挤压成形法和粉末成形法)。挤压法的主要工艺过程为:原料 (稀土 发火合金 )一预热单孔热挤压 (长细条 )一 冷却一 切粒一 选粒一 涂漆烘干一 喷漆一 检测一 包装入库 (打火石成品 )。
应用领域
打火石燃点低,发火性能优良,广泛应用于打火机、发火玩具、工业火炬点火器等发火合金,在
军事工业上用来制造子弹或炮弹的
引信及引燃装置。
玩具
打火石进行摩擦就能引起闪亮发光。人们将打火石加工成所需的元件,装入不同的玩具内,使玩具在行走时出现亮丽的火光,以引起儿童的注意和使之高兴。如制成带有发火装置的小汽车、手枪和炮车玩具等。打火石在玩具领域的消费量约占总量的1%~2%,其数量还不算太多。从总体发展趋势看,打火石在玩具领域仍具有非常广阔的应用前景。
国防军工
打火石加工成不同的元件,分别装入各类武器上,可获得满意的军火效果。如用于曳光弹、子弹和炮弹的引信、点火装置以及其他军用设施等。还可将打火石制成粉末后用于生产发火武器和其他军用设施的引火材料等。
其他工业
打火石在其他工业领域的应用量还不大,且应用范围也较窄。将打火石加工成元件后,可用于工业汽灯、矿用安全灯、焊枪点火器和体育用火炬的点火装置等。
检验方法
打火石的检验是生产过程中必需的一道工序,也是保证产品质量,稳定生产必不可少的重要环节。常用的检验方法如下:
目视检验
通过目观检验,就是通过眼睛观察发现产品的表面缺陷。如挤压条子中的气泡、焦头、粗细及椭圆变形条子的缺陷;锭于的冷隔、欠铸以及成品粒子表面的花斑、脱漆、斜头、机械损伤等。
金相检验
生产中对于一些难以判断性质的缺陷,需要检查合金的组织结构判断其合金性能,常用金相检验法去做合金截面的显微检查,这也是对铸锭及
燧石合金进行监视的一种方法。
元素化学分析
通过制备样品溶液来进行分析也是一种检验方法,主要制备方法为:称取一定量的打火石放入
烧杯中。加水,加浓盐酸、并加热进行分解,再逐渐滴加入
硝酸至溶解清,然后移入容量瓶中,即为所需的样品溶液。
稀土总量测定:使用
草酸盐重量法进行测定。通过用稀
草酸溶液沉淀,过滤、灼烧、称重等,得到总稀土
氧化物的数据。
铈的测定:以邻啡罗啉为
指示剂,用
硫酸亚铁按标准溶液滴定。
铁的测定:以
苯胺磺钾指示剂用
重铬酸钾标准溶液滴定。
铜的测定:以淀粉作指示剂.用
硫代硫酸钠标准溶液滴定。
相关规定
相关事件
2019年2月11日,
南通兴东国际机场安检员小黄在执行安检任务时,在操机岗位发现x光机图像中颜色异常的圆形物品,凭借多年看图经验,遂通知开包员对该行李进行开包检查。经查,在行李中发现打火石一个。打火石为绿色球体。球体表面涂有特殊化学物质,该球体通过碰撞能产生火花。该旅客声称不知道该物品禁止随身携带,经过安检员耐心解释,最后该旅客将该物品作自弃处理。
2023年,一种宣称可以造浪漫烟花的网红打火石火了起来。消防人员通过实验发现,网红打火石加热后温度非常高,如果附近刚好有
可燃物,极有可能引发火灾。而且,如果人裸露在外的皮肤不幸碰到飞出去的网红打火石,将有可能会被
烫伤,非常危险。消防人员提醒,尽量不要跟风购买使用这类产品,避免造成安全隐患。