李瑞祥 邵紅能
錸,被發(fā)現(xiàn)快一個世紀了,但對我們大多數(shù)人來說,它還是一種陌生的元素。它排列在化學元素周期表的第75位,是最晚被發(fā)現(xiàn)的天然元素。
錸是一種銀白色金屬,自然界含量很少,多用于航空航天領(lǐng)域,是重要的戰(zhàn)略貴金屬。錸在地殼中的含量比所有的稀土元素都少,比鉆石更難以獲取。根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局的報告,全球探明的錸儲量僅為2500噸左右。
早在1872年,俄羅斯化學家門捷列夫就根據(jù)元素周期律預(yù)言,在自然界中存在一個尚未被發(fā)現(xiàn)的、原子量約為190左右的“類錳”元素。也就是與錳、锝等類似的一種未知錳族元素。從此,科學家們就從和錳性質(zhì)相似元素的礦物,如錳礦、鉑礦以及鈮鐵礦中尋找這個元素,卻一直毫無收獲。在50多年之后,對這種神秘元素的探索才出現(xiàn)了新進展。1925年9月5日,德國地球化學家諾達克夫婦在紐倫堡的德國化學家聯(lián)合會上當眾宣布,他們利用X光譜,從大量的礦物和巖石的濃縮產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)了一種新元素,并展示了其化合物的樣品,最終揭開了這個神秘元素的面紗。
諾達克夫婦為了紀念自己祖國的母親河——萊茵河,將這種新元素命名為“錸”(rhenium),化學元素符號Re。這樣的命名,讓人不禁想起居里夫人的那句名言:“科學是沒有國界的,但是科學家有自己的祖國。”
錸在化學元素周期表的第75位,是沸點最高的金屬元素。錸的密度為21.04克/立方厘米,熔點和沸點分別為3186℃和5596℃。這種稀有金屬的熔點在所有元素中排第三(前兩位為鎢、鉭),密度則排在第四位(前三位有鉑、銥和鋨)。金屬錸堅硬、耐磨、耐腐蝕,在空氣中十分穩(wěn)定。錸不溶于鹽酸,但溶于硝酸和熱的濃硫酸,它也不與氫、氮作用,但能吸收氫氣。錸在地殼中的含量極低,主要存在于輝鉬礦中。
現(xiàn)在,錸及其合金被廣泛應(yīng)用到航空航天、電子、石油化工等領(lǐng)域。目前,錸的一大用途是石化工業(yè)上的催化劑。含錸的鉭、鎢合金被認為是最耐高溫的金屬合金,鎢錸熱電偶最高可測3100℃的高溫。鍍錸(如航天器金屬表面)的金屬可增加耐磨性,因此,錸已成為宇航、火箭和導(dǎo)彈等領(lǐng)域的重要材料。此外,用錸鎢合金制造電子管陰極,壽命比鎢長100倍;將錸用于制造電接觸器,特別是制造海船永磁發(fā)電機接觸器,經(jīng)久耐用。
錸可以廣泛應(yīng)用于噴氣式發(fā)動機和火箭發(fā)動機,全球約80%的錸用于生產(chǎn)航空發(fā)動機,其在軍事戰(zhàn)略上有重要意義。為了維持在航空工業(yè)的優(yōu)勢地位,美國和其他一些西方國家常年針對中國進行材料和技術(shù)封鎖。英國的航空發(fā)動機巨頭羅爾斯·羅伊斯雖然在中國投資建廠,但是對中國員工層層設(shè)防,中國員工從來沒有機會接觸其核心技術(shù)。長期以來,航空發(fā)動機一直都是我國航空工業(yè)中的一個短板。
航空發(fā)動機中的單晶葉片是航空產(chǎn)品“第一關(guān)鍵”零件,處于溫度最高、應(yīng)力最復(fù)雜、環(huán)境最惡劣的部位,直接決定了航空發(fā)動機的性能。一臺1000千克的發(fā)動機中,核心部件就是60片單晶葉片。發(fā)動機將空氣進行壓縮之后壓入燃燒室,在有限的空間內(nèi)和燃料發(fā)生劇烈燃燒,產(chǎn)生猛烈的燃氣噴射流,推動這些葉片高速旋轉(zhuǎn),迸發(fā)出驚人的動力,每一片葉片輸出的馬力都相當于一臺2.0排量的越野汽車。據(jù)了解,一臺1000千克級的發(fā)動機,高壓轉(zhuǎn)速接近4萬轉(zhuǎn)/分鐘,大概的切向速度就是450米/秒鐘,溫度大概是1720℃。所以,生產(chǎn)單晶葉片,離不開稀有金屬錸。
中國境內(nèi)到底有沒有錸礦呢?其實,早在1983年,成都理工大學教授張如柏在四川馬邊、犍為、沐川境內(nèi)紅層砂巖中就發(fā)現(xiàn)了錸鉬礦物。
最近一次發(fā)現(xiàn)大規(guī)模的錸礦則是在2010年,那是在陜西省洛南縣的一個礦區(qū),工作人員意外勘探到稀有金屬錸。該礦區(qū)屬于煉石有色公司旗下的一個礦山。當時此礦探明儲量176噸,約占全球儲量的7%,僅次于美國與俄羅斯等少數(shù)幾個國家。發(fā)現(xiàn)錸之后,煉石有色公司分別和幾家外國的航天發(fā)動機企業(yè)聯(lián)系,這些企業(yè)都表示可以簽訂長期收購合同,即由煉石有色公司提供錸原料。在此之前,國際上認為中國沒有錸這種金屬。因此,這一次中國“發(fā)現(xiàn)”超級金屬錸,引發(fā)國人強烈關(guān)注。
目前世界范圍內(nèi)錸的年產(chǎn)量為25~30噸,世界市場上每千克錸的銷售價格為1500~3500美元。據(jù)了解,隨著航空工業(yè)的發(fā)展,錸消費量的年均增長率為3%,雖然價格不菲,卻一直處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。這其中,美國是最大的錸金屬消費國,控制著全球銷售市場,一直處于壟斷地位。
隨著中國航空工業(yè)的崛起,未來中國的火箭、導(dǎo)彈會用錸制造高溫涂層,宇宙飛船上的儀器和高溫部件也會使用錸。此外,錸還在醇類脫氫、合成氨等化工生產(chǎn)中作為催化劑使用。隨著中國軍工發(fā)展的重心轉(zhuǎn)移至??辗较?,未來航空發(fā)動機、無人機和高速飛行器等領(lǐng)域?qū)⑦M一步發(fā)展,錸的戰(zhàn)略價值將更為凸顯。
(《百科知識》2018年第17期)
閱讀練習
1.這篇文章說明的主要內(nèi)容是什么?
2.閱讀文章,請你從文章中給“錸”下定義。
3.畫直線的句子使用了什么說明方法?有什么作用?
4.畫波浪線句中的“約”能不能刪去?為什么?
5.“錸”在中國的發(fā)現(xiàn),對中國未來的航空業(yè)發(fā)展的影響是什么?
(李傳鵬 設(shè)計)
《錸:航天工業(yè)的“閃耀明珠”》參考答案:
1.“錸”航天工業(yè)的“閃耀明珠”2. 錸是一種化學元素,符號為Re,原子序為75。錸是種銀白色的重金屬,在元素周期表中屬于第6周期過渡金屬。它是地球地殼中最稀有的元素之一,平均含量估值為十億分之一,同時也是熔點和沸點最高的元素之一。錸是鉬和銅提煉過程的副產(chǎn)品。3.列數(shù)字。通過列數(shù)字準確說明了生產(chǎn)單晶葉片,離不開稀有金屬錸,突出了錸的重要性。4.不能刪去?!凹s”表示估計,如果去掉了與實際情況不符。這體現(xiàn)了說明文語言的準確性。5.未來中國的火箭、導(dǎo)彈會用錸制造高溫涂層,宇宙飛船上的儀器和高溫部件也會使用錸。此外,錸還在醇類脫氫、合成氨等化工生產(chǎn)中作為催化劑使用。隨著中國軍工發(fā)展的重心轉(zhuǎn)移至??辗较?,未來航空發(fā)動機、無人機和高速飛行器等領(lǐng)域?qū)⑦M一步發(fā)展,錸的戰(zhàn)略價值將更為凸顯。