錸具有廣泛的應用,特別是在航空航天和石化工業中。 2017年,中國成功利用本地提純錸生產出飛機發動機所需的錸鎳合金單晶葉片,實現了令人振奮的“發動機自由”。
錸是一種銀白色稀有重金屬,化學符號為RE,原子序數為75,屬於第6週期的第七類過渡金屬。 它是 1925 年發現的最後乙個穩定元素,它的英文名稱 Rhenium 源自拉丁語 Rhenus,意思是“萊茵河”,這個名字背後有乙個浪漫的故事。
錸具有極高的熔點和密度,僅次於鎢、碳、鉑、銥和鋨,也是所有穩定元素中沸點最高的元素。 雖然地殼中錸的儲量非常稀少,只有2500噸左右,但其獨特的物理和化學性質使其在各個領域都有重要的應用。
門捷列夫預見到元素週期表上的某個位置存在一種未知元素,他將其命名為“亞錳”,並認為這種元素與錳相似。
1914年,英國物理學家亨利·莫斯利(Henry Mosley)通過計算確定了“75號元素”的一些性質。 錸元素通常被認為是由德國科學家發現的。
1922年,柏林大學的年輕化學家沃爾特·諾達克(Walter Nodak)和他的同事艾達·塔克(Ida Tucker)開始尋找錸的痕跡,兩人一拍即合。 艾達·塔克(Ida Tucker)是一位擁有博士學位的德國女化學家,也是德國第一位在大學擔任教職的女化學家。
他們認為錸應該是一種非常稀有的元素,可能共存於鉑和鈮中。 然而,他們沒有預料到錸是一種典型的分散元素,很難富集。
在長期的研究中,他們沒有發現任何線索,有些失望,甚至鬱悶。
當奇蹟發生時,匈牙利放射化學家 Hevexi 和荷蘭光譜學家 Koster 使用 X 射線光譜發現了鋯石中前所未有的鉿元素。
受此啟發,諾達克和塔克聘請了一位光譜學家來探索錸。 經過幾年的努力,1925 年 5 月,他們宣布在鉑礦石和礦物鈮中發現了這種神秘元素。
在此期間,諾達克和塔克的關係也從相識變成了愛情,為了紀念塔克的出生地萊茵河,他們將新發現的元素命名為“錸”,這可能是諾達克對塔克的深情告白。
終於,在1926年,這對科學夫婦走進了婚姻的殿堂,他們的愛情故事成為科學史上的浪漫故事。
在他們的研究過程中,Nodaks 意外地在輝石和輝鉬礦中發現了錸。 通過他們的努力,他們於1928年成功地從660公斤輝鉬礦中提取了1克錸,讓世界了解了這種神秘的元素。
目前,輝鉬礦是主要的商業**錸元素,其主要成分是二硫化鉬,其中錸的含量可達02%。隨著科學技術的不斷進步,錸在現實生活中的應用越來越廣泛。
錸的第乙個重要用途是作為生產合金的原料。 鎳基錸高溫合金是一種高溫高溫合金,主要用於製造噴氣發動機的燃燒室、渦輪葉片和排氣噴嘴。
這些合金含有高達6%的錸,這是錸的最大單一用途,世界上約80%的錸產量都用於該領域。
錸除了廣泛應用於航空、電子等領域外,還起著催化劑的重要作用。 可用作汽油中石腦油催化重整(泛化工藝)的加氫異構化催化劑,生產優質無鉛、高辛烷值汽油。
由於錸的稀有性和重要性,它曾經非常高,達到每公斤 10,600 美元的歷史新高。 然而,隨著錸**的用量增加和催化劑中對錸的需求減少,錸**已降至每公斤2,844美元。
儘管如此,錸**仍在每公斤 2,300 美元至 2,500 美元之間波動,與鉑金一樣高。
據央視報道,成都航天高溫合金科技有限公司與湖南有色金屬研究院合作,成功研發出稀有金屬錸的提純技術,歷時一年半時間,成功製造出飛機發動機生產中不可缺少的單晶葉片。
全球已探明的錸金屬礦產資源總量約為2453噸,基礎儲量總量約為10180噸,其中智利、美國、俄羅斯和哈薩克等國儲量較為豐富。
我國在陝西省發現了一座儲量約176噸的錸礦,佔世界儲量的7%,僅次於上述國家。 公司董事長張錚通過國家人才招聘計畫組建了專業團隊,生產的單晶葉片經過實驗驗證,高溫下的拉伸效能和耐久性能均符合歐美質量標準。
作為發動機的核心部件,單晶葉片對中國航空工業的重要性不言而喻。
飛機發動機是極其複雜的機械系統,要求在高溫、高壓、高速、高負荷環境下穩定執行,必須具有大功率、輕量化、長壽命、高可靠性等特點。
錸解決了發動機葉片在高溫高壓下容易變形的問題,使飛行速度和距離大大提高。 我國於20世紀60年代開始從鉬精礦焙燒煙中提取錸,並於2017年實現了飛機發動機單晶葉片的量產。
我們掌握了高效能含錸單晶葉片的製備和加工技術,突破了航空發動機中錸提純加工的瓶頸,實現了技術突破。
錸是任何國家的重要戰略材料,尤其是在尖端技術發達的地區。 幾年前,有訊息稱“中國錸儲量大”,因為錸是發動機發展所需的必需品。
中國在飛機發動機的發展中一直面臨挑戰,因為歐洲和美國的出口限制導致中國的錸需求無法滿足。 在這種情況下,中國發動機的研發進展緩慢,就像乙個沒有飯可煮的聰明女人。
不過,隨著國產錸鎳合金單晶葉片的生產,國產飛機可以放心,可以用“中國心臟”來避免“心臟病”。 雖然我國是世界十大錸礦資源國之一,但按儲量和消費率計算,錸的靜態保質期不超過15年。
錸廣泛應用於航空航天和石化領域,因此目前對國外的依賴度已達到50%。 在航空航天領域,錸是必不可少的。
隨著單晶葉片的公升級換代,錸的用量也在增加。 據統計,未來10年錸需求量將增長2倍以上。
錸及其化合物的獨特催化效能使其在石油重整催化劑領域需求量很大。 錸鉑合金中所含的30%錸是催化重整過程中的關鍵催化劑,可顯著提高石腦油的辛烷值。
2020年,全國人大代表丁世奇提出《關於實施全國珍稀零金屬錸集儲和重要戰略資源管控的提案》,要求全國集儲重點戰略資源管控,保障關鍵物資自給自足和安全, 確保國家重大裝備關鍵材料安全。
丁世奇介紹,隨著中國航空工業的發展,飛機發動機製造水平和產量都在提高。 但是,為了實現材料的特殊效能,在製造過程中需要新增一些特定的金屬元素。
然而,我國航空發動機工業的發展仍處於起步階段,我國對一些稀有和分散金屬的需求量相對較小,如錸金屬,這在一定程度上制約了該行業的發展。
近年來,各國對錸的需求量不斷增加,其中歐洲的年消費量從2-3噸增加到近10噸,美國的年消費量也從20-25噸增加到45-50噸,日本的消費量也增長到每年2-3噸左右, 而俄羅斯的年需求量約為5噸。
值得注意的是,全球年產量的50%來自智利,美國鉬金屬公司是世界上最大的錸生產商。 該公司與智利、墨西哥和哈薩克簽訂了長期合同,並壟斷了其大部分錸生產。
相比之下,我國的錸金屬產能較小,產量也非常低。
丁世奇說,通過對銅鉬金屬冶煉企業的汙水或菸灰進行處理,可以濃縮提純製成錸,可進一步提煉成金屬錸。 然而,隨著我國金屬錸專案的實施,海外金屬錸廠商開始低價傾銷,導致錸**持續**,三年前現在只有三分之一的市場**。
海外企業的這種做法嚴重打擊了國內錸企業的生產積極性,大部分錸資源被隨意處置,造成資源的極大浪費。 目前,國內航空工業對錸的需求增長緩慢,實際錸金屬產能約為每年8噸,而每年的消耗量僅為2噸左右,大部分只能滿足個別研發企業的需求。
但是,隨著我們發動機技術的突破,未來對錸的需求將大幅增加,屆時可能會出現錸的**問題,這將產生嚴重的後果。
因此,我們需要採取預防措施,以確保第一錸能夠跟上發動機技術的發展。
國家的進步與科學的發展息息相關,錸資源的獲取和儲備是中國長遠發展的關鍵戰略之一。 此外,加大對航空航天領域的投入,公升級機械裝備,也是提高我國相關領域製造水平、面向未來的必要舉措。
我國自然資源豐富,其中錸資源總量不高,但其重要性不言而喻。 我們要珍惜大自然的恩賜,好好利用這些寶貴的資源,為祖國建設貢獻力量。
如果我們缺乏使用錸的技術,我們可能會出口錸,給我們的國家造成損失。 因此,我們需要從長遠的戰略角度思考,保護這些稀缺資源,而不僅僅是為了短期利益。