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2017年,价比白金,一克就需要大约两三百元的“铼”再现我国。“铼”的发现对我国来说意味着什么?
当然是不再被卡脖子,并成功打破西方国家的垄断了。
“铼”是一种什么样的金属元素?我国现在有多少“铼”?对“铼”的运用经过了哪些阶段?“铼”对中国来说有多重要?今天我们就来了解“铼”这一稀有元素,看看它有多大的本领。
铼资源总量
2017年12月,安徽省地矿局327地质队发来喜报,在安徽省泾县湛岭钼矿床中勘探到“超级金属”铼。这是安徽省第一次探明铼资源,探明数达30吨。安徽的这块矿床开发条件很好,矿化体也连续,整个矿床的形成于比较晚期的花岗岩中。
因此次探明的铼资源更容易开采,这可为我国的铼资源的利用和发展添砖加瓦了。此次安徽探明的储量可以占据中国总储量的10%左右。剩下的90%都在陕西金堆城钼矿、河南栾川钼矿、吉林大黑山钼矿和黑龙江多宝山铜(钼)矿等10个矿床中。
根据2015年的数据显示,全球的铼资源总量大约为2500吨,探明储量为1100吨。中国的资源总量为237吨,探明储量不足200吨。相比于全球的铼资源总量,我国的铼资源总量并不高,还不足智利的四分之一。
2010年是我国探明铼资源关键性的一年,在陕西洛南县黄龙铺钼矿区的矿山中勘探到了176吨,为我国军事发展提供了建设性的帮助。由于铼资源一般伴生于钼矿床中,要提取出来并不容易,因此我国每年铼资源产量很低,只有2吨左右。
这样的稀有性以及其的重要利用价值,使得铼资源更加珍贵。其价格也就十分昂贵,一克的价格要花费200-300元。
“铼”的发现与发展
“铼”在元素周期表中排在第75位,是一种银白色的重金属,也是最后一个被发现的拥有稳定同位素的元素。
1925年,科学家在铂矿和铌铁矿中发现了这一元素,还将其以莱茵河的名字命名。“铼”的熔点和沸点都很高,熔点可达到3180℃,仅次于钨和碳。其沸点甚至排在所有元素的首位,可达到5596℃。由于铼是一种稀散元素,在地壳中的平均含量大概只有十亿分之一,而且主要存在于辉钼矿中,因此产量极低。
在1928年,科学家们在660公斤的辉钼矿中才提取出1克铼。不过因为当时铼的产量低,且没有将其应用价值发掘出来,因此很长一段时间里,人们对铼的研究都十分少。
从1950年之后,铼才被大家逐渐关注到,并试图将其应用到现代技术中。直到60年代,“铼”被制成催化剂用于石油加工后,其需求和产量才得到增长。
当然了,在高需求和低产量的情况下,仅在70年代初期,“铼”的价格就比之前高了三倍。到了80年代,含“铼”的镍基合金抗高温、耐磨损的性能被发动机制造商发现,这也使得含铼合金得到进一步应用。
第一个含“铼”的喷气涡轮机叶片也在80年代末被首次使用,要知道航空发动机可是世界上技术含量最高的工程机械系统之一,所以“铼”这一元素的重要性也被广泛认知。
如今“铼”与其他金属元素的组合的合金得到广泛的使用,也涉及了多个领域,其价值也随着人们的需求不断增加。未来不论是对中国还是对全球而言,“铼”都将作为一种战略资源进行储备。这里就必须要谈到“铼”的应用价值了。
“铼”的应用价值
发动机对于一架飞机来说至关重要。它的造价成本就可以占整架飞机的20%-30%,而“铼”就是发动机必不可少的一部分。“铼”具有很好的塑性、耐磨损性和抗腐蚀性,尤其是其抗蠕变性能和耐高温可以很好地满足发动机的需求。
由于飞机的发动机需要在高温、高压以及高载荷的情况下进行高速转速,因此就需要发动机一定要满足重量轻、功率大、安全性高、耐力强等要求。
- 含“铼”的高温合金
之前采用的金属元素虽然也有一定的抗高温高压的能力,但是相较于“铼”,还是差了很多。因此人们就开始将“铼”与其他金属元素炼制成高温合金,以提高和改善合金的性能。
比如铼镍合金就被广泛运用于航空行业,是制作现代喷气引擎叶片、排气喷嘴和喷气发动机的燃烧室等重要结构不可或缺的一部分。含“铼”合金中一般含有3%-6%的铼元素,在制作F-15和F-16战机的引擎时,就在合金中加入了3%的铼元素。
后来随着技术进步,在生产F-22和F-35的引擎时,用到了第三代单晶体合金。铼元素在其中占了6%,这也是“铼”的最大实际应用。加入“铼”元素之后的铼镍合金,可以有效地提高飞机涡轮的压力,并且能够使发动机燃烧速度加快。这样不仅可以使发动机产生更大的推力,提高工作效率,还能够延长这些重要结构的寿命。
当“铼”加入含钼或含钨的合金中,还可以广泛用于电子产业中。当钼合金中加入2%-5%的铼元素,可以有效提高材料的硬度和强度,还有极好的耐高温性。一般可以用来制作空气反应堆堆芯的加热管,和高温热电偶等。
而钨铼合金则可以用来制作特种电子管和彩色显像管的灯丝等。除此之外,铼还加入铂、铁、铜和钍等金属元素中组成一系列合金,在航空工业和电子工业等方面都有广泛应用。
- 其他用途
根据美国地质调查局在2013年发布的数据来看,全球的铼产量主要用于高温合金,总共占据了其中的80%。剩下的20%则用于催化剂和其他用途。当“铼”被用在催化剂中时,“铼”和“铼”的化合物的催化活性就十分优秀。尤其是铂-铼催化剂,用以运用到生产无铅和高辛烷的汽油中。
这种催化剂可以增强汽油和氢气等的产率,并且提高重整反应的深度。在汽车尾气的净化中,同样可以用到含铼的催化剂。另外“铼”的两个同位素186Re和188Re还具有放射性,在肝癌治疗中也会用到它们。
我国对“铼”的使用
根据前文叙述,我们足够了解到“铼”在军事方面和国家战略方面的设备中,都具有很高的利用价值。因此长期以来,我国虽然有一部分“铼”储量,但是碍于外国对我们的技术封锁,很难将其运用得炉火纯青。
就像2010年,发现的那一大批铼资源,我们因为没有达到使用“铼”元素的技术。因此只能将“铼”元素提取出来之后卖给其他国家,这对于我们来说,是一种极大的损失。
尤其是当时我国在航空工业上存在一个明显的短板:航空发动机。即便是现在我们很多军用飞机都用的是外国的发动机,这对我国发展军事可不是一件好事。
因此2010年发现铼资源的矿业公司,就决定自己研发制造高温的单晶涡轮叶片,以打破国外对我们的技术垄断,让我们的航空工业不在被其卡脖子。经过几年的研发制作,这家矿业公司的子公司,成都航宇超合金技术有限公司终于研制出了合格的单晶叶片。
并且还在2016年,通过了国际权威第三方检测机构的检测,其高温拉伸性能和高温持久性能等方面达到了欧美的标准。
这也使得我国成功生产制作出了具有高成品率的单晶叶片,因此2017年新发现的铼资源,更是为我国的航空工业和军事方面的发展提供了更多的原料支持。相信未来我国对铼资源的运用技术还能得到进一步的提升。