錸：航天工業(yè)的“閃耀明珠”

李瑞祥 邵紅能

錸，被發(fā)現(xiàn)快一個(gè)世紀(jì)了，但對(duì)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(xué)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(bào)告，全球探明的錸儲(chǔ)量僅為2500噸左右。

歷經(jīng)53年找到“錸”

早在1872年，俄羅斯化學(xué)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(gè)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(xué)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(gè)元素，但卻一直毫無收獲。在50多年之后，對(duì)這種神秘元素的探索才出現(xiàn)了新進(jìn)展。1925年9月5日，德國地球化學(xué)家諾達(dá)克夫婦在紐倫堡的德國化學(xué)家聯(lián)合會(huì)上當(dāng)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(gè)神秘元素的面紗。

諾達(dá)克夫婦為了紀(jì)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(xué)元素符號(hào)Re。這樣的命名，讓人不禁想起居里夫人的那句名言：“科學(xué)是沒有國界的，但是科學(xué)家有自己的祖國。”

錸在化學(xué)元素周期表的第75位，是沸點(diǎn)最高的金屬元素。錸的密度為21.04克/立方厘米，熔點(diǎn)和沸點(diǎn)分別為3186℃和5596℃。這種稀有金屬的熔點(diǎn)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(jiān)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(rèn)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(jī)接觸器，經(jīng)久耐用。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵金屬

錸可以廣泛應(yīng)用于噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，全球約80%的錸用于生產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)，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(duì)中國進(jìn)行材料和技術(shù)封鎖。英國的航空發(fā)動(dòng)機(jī)巨頭羅爾斯·羅伊斯雖然在中國投資建廠，但是對(duì)中國員工層層設(shè)防，中國員工從來沒有機(jī)會(huì)接觸其核心技術(shù)。長期以來，航空發(fā)動(dòng)機(jī)一直都是我國航空工業(yè)中的一個(gè)短板。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的性能。一臺(tái)1000千克的發(fā)動(dòng)機(jī)中，核心部件就是60片單晶葉片。發(fā)動(dòng)機(jī)將空氣進(jìn)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?xì)鈬娚淞?，推?dòng)這些葉片高速旋轉(zhuǎn)，迸發(fā)出驚人的動(dòng)力，每一片葉片輸出的馬力都相當(dāng)于一臺(tái)2.0排量的越野汽車。據(jù)了解，一臺(tái)1000千克級(jí)的發(fā)動(dòng)機(jī)，高壓轉(zhuǎn)速接近4萬轉(zhuǎn)每分鐘，大概的切向速度就是450米每秒鐘，溫度大概是1720℃。所以，生產(chǎn)單晶葉片，離不開稀有金屬錸。

“發(fā)現(xiàn)”金屬錸

中國境內(nèi)到底有沒有錸礦呢？其實(shí)，早在1983年，成都理工大學(xué)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(gè)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(gè)礦山。當(dāng)時(shí)此礦探明儲(chǔ)量176噸，約占全球儲(chǔ)量的7%，僅次于美國與俄羅斯等少數(shù)幾個(gè)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(dòng)機(jī)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(rèn)為中國沒有錸這種金屬。因此，這一次中國“發(fā)現(xiàn)”超級(jí)金屬錸，引發(fā)國人強(qiáng)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(jià)格為1500～3500美元。據(jù)了解，隨著航空工業(yè)的發(fā)展，錸消費(fèi)量的年均增長率為3%，雖然價(jià)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(fèi)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(huì)用錸制造高溫涂層，宇宙飛船上的儀器和高溫部件也會(huì)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(dòng)機(jī)、無人機(jī)和高速飛行器等領(lǐng)域?qū)⑦M(jìn)一步發(fā)展，錸的戰(zhàn)略價(jià)值將更為凸顯。