比稀土还珍贵的金属铼，地球上只有2650吨，中国是如何打破封锁的？
来源： 材料文献解读 发布时间：2022-09-20
铼是地壳中一种稀有的元素，全球总储量约2650吨。其中，智利储量全球第一，约有1300吨。美国排在智利之后，储量有400吨。紧随其后的俄罗斯与中国分别约有310吨与250吨。由于铼在航空工业领域应用很广，70%的产量用来制造发动机涡轮叶片，由此这种战略物资被美国相当看中，长期把持着智利以及全球多家大型铼矿公司，成功在该领域做到了垄断。
中国铼储量少，年产量仅有2吨左右，其中仅有13%用于航空航天业。随着中国航天技术的飞速发展，对铼的需求越来越旺盛，2吨产量已经不能满足需求。特别是中国在航空发动机领域有了一系列的突破，研制出了国产ws-10b等先进发动机。而这些发动机未来要批量生产，对铼的需求也会随之增长。然而，美国已经以长期合约的形式垄断了世界铼供给，目前的价格一斤约3万元。如果这种供给平衡被打破，中国不仅需要高价从国外进口，而且还可能面临随时被美国出口封锁的严峻局面。
那么铼到底有哪些重要作用，为何说它关乎我国航空航天业的发展？中国又是如何在这个铼产业打破美国封锁的？
1、铼的特性
铼和钨一样熔点高、蒸气压低、稳定性好，但又不象钨丝那样易脆，具有较高抗冲击与振动性能，适用于电子工业，特别是真空及振动场所的电子器件或灯丝。掺杂3%到20%铼的钨合金广泛用于闪光灯、质谱仪、声谱仪、电离压力计及彩电的快速启动用加热器等，具有出色的工作性能和使用寿命。铼有高电子发射性能，广泛应用于收音机、电视机以及真空技术。铼钨合金的阴极射线管比单独的钨具有更长的寿命周期。
耐腐蚀涂层 铼具有高度的物理稳定性和化学稳定性，常常作为涂层覆盖于各种金属材料的表面，可以抵抗酸、碱、海水以及硫化物的侵蚀，可以用于海洋、化工以及其他环境苛刻的场所。
催化剂 铼的电子结构中未饱和4d层的5个电子易于失去，而6s层的2个电子又易于参共价键的生成，再加上其晶格参数较大等特性，故铼及其化合物具有优异的催化活性，特别是石油化工催化剂是铼的主要用途之一。铼铂催化剂在催化石油重整过程中能够提高石脑油的辛烷值，用于生产无铅、高辛烷的汽油，也可用作净化汽车尾气。
在矾土表面涂上铼，可作为烯烃复分解反应的催化剂。高价铼配合物可用于硅烷的催化产氢。含铼催化剂可避免氮、硫和磷的催化剂中毒现象，在工业氢化反应中尤为有用。总之，铼的合金、氧化物、硫化物及许多化合物、配合物或复合物在加氢、脱氢、氧化、还原、合成、降解等许多反应中表现出良好的催化性能和工业应用前景。研究发现，res2和mos2一起作为辅助催化剂，能够促进cds对水的光催化产氢。也有报道将铼配合物应用于电化学或光化学还原co2生成co、甲酸或草酸。
医学纳米诊疗与药物 铼具有很强的配位能力，与卟啉、吡咯、吡啶、苯并三唑、co等许多分子或结构形成各种配合，并表现出不同的性质。1983年，一种新型铼配合物的抗癌活性被报道，此后三羰基铼等各种铼配合物的抗癌、抗菌、发光与影像等性能与应用成为了当前研究的热点。在500 nm 以上波长的光波照射下，铼的二吡啶酸配合物在近红外区具有长寿命的三重态发光特性，对单线态氧的生成具有光敏催化作用，有望在光动力治疗方面发挥作用。
利用放射性铼合成的配合物甚至可以实现放射性诊断和治疗的一体化。上海市东方医院采用中法两国科学家发明的“纳米枪”治疗肺癌患者，利用智能药物载体将放射性铼-188与抗癌药物硝基咪唑的结合体送入肿瘤部位，组合放疗和药疗技术实现肿瘤细胞和组织的消亡。利用铼-188标记依替膦酸盐的亲骨性，使之参与骨盐代谢，并浓聚于肿瘤骨转移灶，对多种肿瘤骨转移疼痛都有较好的疗效。铼作为一种具有高原子序数的金属，我国学者制备的聚乙二醇化铼纳米团簇具有高光热转换效率和高x射线衰减能力，表现出优异的肿瘤光热消融能力和更高的ct增强性能，在肿瘤诊断和临床治疗方面具有潜在的应用。
新材料 一些铼的新材料正在被积极地研发，特别是二硼化铼、碳化铼超硬材料引起了人们的关注。金刚石之所以是世界上最硬的材料，是因为其碳原子之间具有极短的强共价键。早在2007年，美国学者合成了二硼化铼，由于铼原子和硼原子之间的短共价键强作用，以波纹状共价结合硼层，二硼化铼的硬度仅次于金刚石，和位列硬度第二的氮化硼相当，显微硬度高达 40.5 gpa。而且与金刚石、氮化硼相比，二硼化铼不需要在高压下合成，还具有良好的烧结性能。2019年，德国学者采用金刚石砧压槽技术，用铼和氮气反应制得re2(n2)(n)2材料，具有超级不可压缩性和硬度，原因在于具有高价电子密度的铼和氮原子之间形成的短而牢固的共价键。相信随着量化技术的突破，这种材料在切削工具、钻探钻头、耐磨涂层等工业领域将发挥重要的作用。
2、铼在航空界的地位
目前，铼在航空发动机产业的用量最大，占到了其总用量的80%。并且随着全球民用航空市场的不断扩大，民用航空发动机的需求也将不断增长，而由于世界区域乃至整体局势都日趋紧张，军用航空发动机和火箭发动机的需求也在激增，所以据行业预测，未来10年，全球铼资源的需求会出现成倍的增长。
所以铼资源在未来将显得更加稀缺，而根据美国地质调查局报告，全球已经探明的铼金属资源只有约2500吨，其中智利有约1300吨，占到了一半左右，美国约390吨，俄罗斯约310吨，还有哈萨克斯坦约190吨。
不过美国的铼储量虽然不是最大的，可它不但每年消费了最多的铼，还控制着全球铼的供需体系。
美国钼金属公司是世界最大铼生产商，它早早布局，以长期合同的形式，垄断性占有智利、墨西哥和哈萨克斯坦的大部分铼产量。
并且多年来，美国还对所有本土铼产品和相当一部分进口铼产品进行了储备。
在2018年5月，美国内政部发布了关于“35种关键矿物”最终名单，认为这些矿产品对美国国家安全和经济繁荣至关重要，需要采取措施增强保障能力，而铼就在这名单之中。
这些年，俄罗斯、日本和欧盟等，虽然也意识到了铼的重要性，开始参与争夺铼资源，但由于入局太晚，都无法撼动美国在铼的供需链上的统治地位。
至于中国，虽然在上世纪60年代就开始在钼精矿的焙烧烟尘中提取铼，只是由于我们工业发展起步晚，尤其是航空发动机产业，过去很长时间更是没怎么发展，所以对铼的需求比较小，也一直不怎么重视。
直到进入21世纪后，随着中国工业，包括航空航天业快速发展，对铼的需求是越来越大。只是我们不但没有铼资源，更没有加工技术，只能高价从国外进口铼产品，所以别说什么定价权了，连渠道都完全掌握在美国手上。
这样直到2010年，我国在陕西省洛南县的龙铺钼矿区意外发现了金属铼矿，之后经过勘探，探明该地区铼矿储量约为176吨，占世界总储量的7%左右。
这么说起来，中国的铼矿储量也不算低了。但问题是，我们虽然终于发现了铼矿资源，可相关加工技术却还很落后，甚至可以说一片空白，别说什么深加工了，就算是铼的提纯工艺，都未成形。
而铼是典型的稀散元素，常伴生于钼矿和铜矿，开采和提纯难度都非常高。
不过在发现陕西铼矿之后，我们一些院校机构和企业开展合作，最终有企业花了约一年时间，最先攻克了铼的提纯问题。
但铼的提纯只是第一步，因为铼一般不能直接使用，而是需要和其它金属混合制造成合金，才会有不同的用途。
比如在钨和钼中加入适量的铼，可以制成钨铼合金和钼铼合金，这两类合金不但具有良好的塑性，可以加工成各种结构材料，并且还具有高硬度、高强度和耐高温等特性。
而在镍中加入适量的铼，可以提高镍高温合金的蠕变强度，更加耐高温抗变形，这类合金就可用于制造喷气发动机的燃烧室、涡轮叶片及排气喷嘴等。
铼镍合金也是现代喷气引擎叶片、涡轮盘等重要结构件的核心材料，使用这种合金制造的单晶涡轮叶片，可以有效增加涡轮压力，进而提高发动机的作业效率，发动机也可以加快燃料燃烧的速度，进而产生更大推力，并且发动机的使用寿命也更长。
但是铼合金的制造技术一直被美国等少数国家垄断，中国以前在这个领域几乎没有任何研究。
所以当时我们原本是打算与国外公司进行合作，通过资源换技术的模式，来获取铼合金的制造技术。
可谁知，国外企业对所谓技术合作并没有什么兴趣，在中国发现铼矿资源后，他们有的是想直接买下中国的铼矿，有的想通过长期合同，购买中国生产出来的铼，却都不愿意和中国进行技术交换。直白点说，他们只是把中国当作原料来源地，从中国低价购买初级的铼原料，进行加工后，再将铼产品高价卖给中国。
尤其美国，在听说中国发现了铼矿资源，更是对中国百般提防，就怕中国获得铼的深加工技术，打破它的垄断。而美国法律也规定了，关于铼的深加工技术，包括铼合金的制造技术，不准参与到国际间的企业合作中去。
就算美国一些相关企业已经在中国建厂，也会对中国员工层层设防，不会让他们接触相关技术，即便他们已经成为公司高管也不例外。
既然美国封锁得这么厉害，我们无法进行技术引进，于是就索性自己研发。我们一些企业也采用产研结合的方式，把研制铼合金和相关用途结合起来，专门进行技术攻关。而因为铼最主要是用在航空发动机上面，所以研制航空发动机的单晶涡轮叶片，也成为重中之重。
但自己搞研究，不是嘴上说说就行，我们仍需要克服很多困难，其中最重要的就是人才关和设备关。
而在人才方面，正值国家开始重视航空发动机产业的发展，提出要攻克核心关键技术，加快推进航空发动机制造的产业化。于是在国家的支持下，我们的院校和企业就从海外引进相关领域的一些专家，组建研发团队。
在设备方面，要制造单晶涡轮叶片，就需要用到单晶炉，并且还需要依照特殊参数进行定制，为此我们有的企业也是走遍国内外，终于找到了愿意定制的供应商。
有了人才和设备，我们的研发工作也很快就走上正轨，到了2015年，就有公司生产出了第一批单晶叶片，根据国际权威检测报告，产品某些性能已经已经达到了欧美标准。
到了2017年，我国自主研发的单晶叶片开始正式投产，终于打破了了美国的封锁。
到如今，我国自主研制的单晶叶片已经发展到了第四代，虽然还算不上世界领先，但跟国际先进水平已经没有太大差距。
不过我国虽然在这个领域已经打破了西方的垄断和封锁，但现在仍面临着一些问题。
比如这几年，虽然我国航空航天事业发展很快，但由于发动机还没有实现产业化，对铼的需求量还是不多，常年稳定在2吨左右，而国内的产能已经超过了这个数，可以说是供过于求，所以价格一直上不去，企业对铼的生产积极性也不是很高。
尤其随着中国一些铼项目的投产，美国为了打压我国金属铼产业，还刻意开始进行低价倾销，导致铼的价格下跌严重，更加打击了我们一些企业的积极性。
而需要我们重视的是，随着我国航空航天业的加速发展，发动机产业化也必定会加快实现，比如现在我们的歼20战斗机，还有c919民用大飞机都已经开始进行量产，并且预计在近几年就要换上我们自主研发的发动机。所以等到发动机产业化了，我国对铼的需求肯定会猛增，供需情况可能会瞬间逆转，到时候再想扩大铼的产能，恐怕就有些晚了。
也因此丁士启在全国人大建议将铼列入国家储备目录，全面开展铼金属收储，并且减免铼金属进口关税及增值税，鼓励收集国外铼资源，以防范他国对我国的进口管控，保障我国航空航天业的安全发展。
文章来源： 铁血观世界视频，认知金字塔，科学与人文
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来源：贤集网
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