价比钻石的“珍宝铼”到底是什么?为何说航空工业发展取决于它
1870年,化学家门捷列夫在发布元素周期表时,预测了一种神奇的元素。1914年,英国物理学家 亨利·莫塞莱推算出这种元素的一些数据。直到1925年,奥托·伯格在铂矿、铌铁矿中探测到这种元素,并正式命名为—— 铼 。
科学家介绍: 铼是一种银白色的重金属,化学符号Re,熔点3186 ,沸点5596 。它是熔点、沸点最高的元素之一;是地球地壳中最稀有的元素之一,含量预估为十亿分之一,且多数与钼共生。
从属性上看,铼只是一个熔沸点较高、储量很低、有些普通的稀有元素。但是,我却要告诉大家,从现代工业的角度上讲,铼可以说是至关重要!甚至不少地质学家把它比喻成“ 珍宝铼”。
经过询问,几位地质研究员告诉我:铼这种稀散金属,由于它比钻石开采难度更大,因此价格十分昂贵。我查询到:2013年8月,铼平均售价1kg/ 4575$(美元)。大家要知道,当时的金价才每金衡盎司142.30$(美元)。
因为, 铼可以应用在航空、火箭发动机的燃烧室、涡轮叶片、排气喷管、高效能喷射引擎等多项尖端军事、工业领域上 。所以,铼元素的地位可谓十分重要。然而,在上个世界的很长一段时间里,铼一直被束之高阁。
我查阅资料发现:1925-1950年,受限于当时的 科技 ,大家对“铼”元素的认知普遍不够;更因为铼的储量稀少,科学家仅是将其放在实验室进行研究,并没有进行合理、有效地利用。
1950年,因为美苏冷战,喷气式飞机得以迅速发展。洛克希德·马丁公司的工程师在研制飞机发动机时发现:机匣与涡轮叶片间保留较宽的缝隙,涡轮前方温度会比较低,叶片不会因工作高温而产生形变。
不过,工程师们随后发现: 涡轮前温度每增加100 ,发动机功率便会提升15% 。 比如,大名鼎鼎的B-52轰炸机,采用J57发动机时,涡轮温度1300k,推重比为3-4;当换装J59发动机时,涡轮温度1500k,推重比竟然上升到了5-6。
因此,工程师们首先改进了涡轮发动机。新发动机被命名为: 涡扇发动机 ,也就是现在的主流发动机。它可以更加充分地利用涡轮前的高温、风扇旋转的能量,让发动机性能得以进一步提升。比如J59的改进型,涡轮温度1700k,推重比达到了7.5-8.5。
随着推重比的增加,涡轮温度升高,工程师们发现,由镍合金构成的涡轮叶片开始逐渐蠕变(变形),甚至与发动机机匣子发生碰撞。此时,作为熔点仅次于钨的铼终于走进了大家的视野。
1970年,麦道公司在F-15的发动机涡轮叶片上,混合了3%的铼,工程师发现:叶片抗高温效果异常良好。2003年,科学家将铼的含量提升到6%,结果F-22的机动性获得了大幅度的提升,达到了惊人的2.25马赫(2410km/h)。
NASA发现: 在合金中,添加铼元素后,合金的高温抗蠕变强度会大大增加。 于是,NASA将铼合金应用在火箭发动机的尾喷管。他们发现,铼合金制造的火箭尾喷管,可以在2200 高温下,反复烘烤10万次而不达到热疲劳。
尝到甜头的NASA于是大手一挥,将阿波罗号的飞船发动机、助推火箭发动机全部采用铼合金,以期增加推力。作为地球上熔、沸点最高的元素之一,铼元素更是被欧洲核物理学家看中, 作为可控核聚变反应炉内壁的备选材料 。
从此,在人类现代工业中,铼终于找到了自己的用武之地。但,正如我前文所说:铼是一种极为稀缺的资源。根据美国地质调查局2015年发布的数据,全球铼储存量约为2500t。其中,智利最为丰富1300t、美国390t、俄罗斯310t、哈萨克斯坦190t。
自此,全球80%的铼元素都被都应用在航空发动机上。据资料统计,仅通用电气、罗尔斯、普拉特三大航空发动机巨头就使用了全球68%的铼产量。因此,西方对铼元素的消耗量是巨大的,每年达到了70t。
尽管我国从1960年就开始探寻金属 铼元 ,但是在50年时间里,一直没有探明大规模储藏。要知道:巧妇难为无米之炊,资源决定了 科技 发展的速度。作为涡轮叶片的主要材料,正是因为铼资源的稀缺,我国在航空发动机领域一直没有很大的突破。
2010年,地质学家在陕西省洛南县中发现大型铼矿,储量约为176t;2017年,地质勘探队在安徽省泾县发现铼矿,探明储量30t,开发条件极为良好。终于,这些探明的铼矿帮助我们工业发展,迈出坚实的第一步。
此前,我国铼资源大多依靠进口,由于数量一直受限,加之自身产量不高,只能优先供给航天火箭的发动机使用。时至今日,铼矿的发现才让我国的航空、航天事业得以飞速发展。
近期,中国科学家宣布:将铼用在航天器的涂层使用。众所周知,航天器在往返太空时,由于与大气层的剧烈摩擦会产生的高温,这对航天器的要求非常高。因此,科学家看中了铼的熔点较高,决定采用铼当作航天器的涂层使用。
铼目前最贵,铼粉平均1g的价格根据纯度由20-50不等,铼在地壳中的含量为0.001×10-4%,是地球上储量很少的有色金属之一。全球已探明储量约2500t,资源量10000t,大多分布在智利、前苏联、加拿大等地区,目前我国铼的保有储量为237t。铼的产量较少,近年来全球铼年产量仅为30-50t,而铼的消耗量随着高新材料技术水平的快速发展,呈稳步增长趋势。
re是铼元素。
铼是一种化学元素,符号为Re,原子序为75。铼是种银白色的重金属,在元素周期表中属于第6周期过渡金属。它是地球地壳中最稀有的元素之一,平均含量估值为十亿分之一,同时也是熔点和沸点最高的元素之一。铼是钼和铜提炼过程的副产品。其化学性质与锰和锝相似,在化合物中的氧化态最低可达−3,最高可达+7。
科学家在1925年发现了铼元素,因此它成为了最后被发现的稳定元素。其名称(Rhenium)取自欧洲的莱茵河。
镍铼高温合金可用于制造喷气发动机的燃烧室、涡轮叶片及排气喷嘴。这些合金最多含有6%的铼,这是铼最大的实际应用,其次就是作为化工产业中的催化剂。铼比钻石更难取得,所以价格高昂,2011年8月平均每公斤售4,575美元(每金衡盎司142.30美元)。由于铼可应用在高效能喷射引擎及火箭引擎,所以在军事战略上十分重要。
意思资料参考 百度百科—铼
目前人类共发现118种化学元素,其中1~94号元素在自然界均有发现,而95~118号元素全是人工合成的,人工合成元素的成本非常之高,有的元素是金钱也买不到的。
比尔盖茨的办公室有一面墙,墙上根据化学元素周期表来设置,每个格子中都放着对应化学元素的物品或者是信息,当然这里面不含危害性大的放射性元素,以及需要人工合成的元素。
在1~118号元素当中,82号铅是最重的非放射性元素,92号铀是地球上大量存在的最重元素,93号镎和94号钚在自然界非常稀少,其中94号钚还是核电厂的副产品(铀-235裂变后的一系列反应得到)可以大量得到,钚还是原子弹的重要材料之一。
而95~118号元素只能通过人工合成,其中一些元素可以在核裂变中大量得到,比如95号化学元素镅,就可以从核废料中提取出来,有钱的话起码还能买到,价格大约在5000元每克;
但是很多人工合成元素,尤其是99~118号元素,是无法从核废料中获得的,只能通过原子核撞击生成,这样制造一克的成本是不可估量的,目前也没有任何实验室有能力制造出来,而且这些元素的半衰期极短,比如:
113号元素鉨-284,半衰期为20秒;
115号元素镆-290,半衰期只有0.8秒;
118号元素OG-294,半衰期只有0.012秒。
我们可以大致估算以下,收集各个元素一克所需的成本,其中同一元素具有多种同位素的话,就以单价最低的同位素为例,单价只做参考,数据来源于网络。
序号-化学元素-单价(元/克)-化学符号
1、氢:¥0.01,H;
2、氦:¥0.2,He;
3、锂:¥0.5,Li;
4、铍:¥6.0,Be;
5、硼:¥0.03,B;
6、碳:¥0.0008,C;
7、氮:¥0.001,N;
8、氧:¥0.001,O;
9、氟:¥0.01,F;
10、氖:¥1.68,Ne;
11、钠:¥0.02,Na;
12、镁:¥0.02,Mg;
13、铝:¥0.01,Al;
14、硅:¥0.01,Si;
15、磷:¥0.02,P;
16、硫:¥0.0006,S;
17、氯:¥0.0006,Cl;
18、氩:¥0.006,Ar;
19、钾:¥0.08,K;
20、钙:¥0.015,Ca;
21、钪:¥24,Sc;
22、钛:¥0.08,Ti;
23、钒:¥2.5,V;
24、铬:¥0.06,Cr;
25、锰:¥0.012,Mn;
26、铁:¥0.002,Fe;
27、钴:¥0.23,Co;
28、镍:¥0.1,Ni;
29、铜:¥0.04,Cu;
30、锌:¥0.02,Zn;
31、镓:¥1.0,Ga;
32、锗:¥6.0,Ge;
33、砷:¥0.007,As;
34、硒:¥0.15,Se;
35、溴:¥0.03,Br;
36、氪:¥2.0,Kr;
37、铷:¥100,Tb;
38、锶:¥0.05,Sr;
39、钇:¥0.2,Y;
40、锆:¥0.25,Zr;
41、铌:¥0.4,Nb;
42、钼:¥0.3,Mo;
43、锝:¥300,Tc;
44、钌:¥70,Ru;
45、铑:¥250,Th;
46、钯:¥300,Pd;
47、银:¥3.6,Ag;
48、镉:¥0.02,Cd;
49、铟:¥1.0,In;
50、锡:¥0.13,Sn;
51、锑:¥0.04,Sb;
52、碲:¥0.45,Te;
53、碘:¥0.25,I;
54、氙:¥12.6,Xe;
55、铯:¥260,Cs;
56、钡:¥0.002,Ba;
57、镧:¥0.03,La;
58、铈:¥0.03,Ce;
59、镨:¥0.7,Pr;
60、钕:¥0.3,Nd;
61、钷,¥0.3,Pm;
62、钐:¥0.1,Sm;
63、铕:¥0.2,Eu;
64、钆:¥0.2,Gd;
65、铽:¥5.0,Tb;
66、镝:¥2.0,Dy;
67、钬:¥0.4,Ho;
68、铒:¥0.2,Er;
69、铥:¥20,Tm;
70、镱:¥0.1,Yb;
71、镥:¥4.5,Lu;
72、铪:¥6.0,Hf;
73、钽:¥2.0,Ta;
74、钨:¥0.2,W;
75、铼:¥20,Re;
76、锇:¥70,Os;
77、铱:¥320,Ir;
78、铂:¥320,Pt;
79、金:¥450,Au;
80、汞:¥0.2,Hg;
81、铊:¥30,Tl;
82、铅:¥0.01,Pb;
83、铋:¥0.04,Bi;
84、钋:无单价数据,Po;
85、砹:无单价数据,At;
86、氡:¥1万,Rn;
87、钫:无单价数据,Fr;
88、镭:¥20万,Ra;
89、锕:无单价数据,Ac;
90、钍:¥5.0,Th;
91、镤:¥2000,Pa;
92、铀:¥1.0,U;
93、镎:¥4000,Np;
94、钚:¥3万,Pu;
95、镅:¥5000,Am;
96、锔:¥100万,Cm;
97、锫:¥100万,Bk;
98、锎:¥2亿,Cf;
99~118号元素均无单价数据。
只按照成本计算的话,1~82号元素(氢到铅)各一克的总成本大约是3000多元人民币,实际收集的话成本肯定远远不止这点,而且有些稀土还不一定有购买渠道。
在1~98号元素当中,能查询到价格的,以99号元素锎的单价最贵,每克高达2亿人民币,其他没报价的有些更是无价之宝,比如84号元素钋-210,号称世界上最毒的物质,毒性远远高于氰化氢,据说只要0.01克就能杀死全世界的人,即便你有钱也买不到1克的量。