铼具有广泛的应用,特别是在航空航天和石化工业中。 2017年,中国成功利用本地提纯铼生产出飞机发动机所需的铼镍合金单晶叶片,实现了令人振奋的“发动机自由”。
铼是一种银白色稀有重金属,化学符号为RE,原子序数为75,属于第6周期的第七类过渡金属。 它是 1925 年发现的最后一个稳定元素,它的英文名称 Rhenium 源自拉丁语 Rhenus,意思是“莱茵河”,这个名字背后有一个浪漫的故事。
铼具有极高的熔点和密度,仅次于钨、碳、铂、铱和锇,也是所有稳定元素中沸点最高的元素。 虽然地壳中铼的储量非常稀少,只有2500吨左右,但其独特的物理和化学性质使其在各个领域都有重要的应用。
门捷列夫预见到元素周期表上的某个位置存在一种未知元素,他将其命名为“亚锰”,并认为这种元素与锰相似。
1914年,英国物理学家亨利·莫斯利(Henry Mosley)通过计算确定了“75号元素”的一些性质。 铼元素通常被认为是由德国科学家发现的。
1922年,柏林大学的年轻化学家沃尔特·诺达克(Walter Nodak)和他的同事艾达·塔克(Ida Tucker)开始寻找铼的痕迹,两人一拍即合。 艾达·塔克(Ida Tucker)是一位拥有博士学位的德国女化学家,也是德国第一位在大学担任教职的女化学家。
他们认为铼应该是一种非常稀有的元素,可能共存于铂和铌中。 然而,他们没有预料到铼是一种典型的分散元素,很难富集。
在长期的研究中,他们没有发现任何线索,有些失望,甚至郁闷。
当奇迹发生时,匈牙利放射化学家 Hevexi 和荷兰光谱学家 Koster 使用 X 射线光谱发现了锆石中前所未有的铪元素。
受此启发,诺达克和塔克聘请了一位光谱学家来探索铼。 经过几年的努力,1925 年 5 月,他们宣布在铂矿石和矿物铌中发现了这种神秘元素。
在此期间,诺达克和塔克的关系也从相识变成了爱情,为了纪念塔克的出生地莱茵河,他们将新发现的元素命名为“铼”,这可能是诺达克对塔克的深情告白。
终于,在1926年,这对科学夫妇走进了婚姻的殿堂,他们的爱情故事成为科学史上的浪漫故事。
在他们的研究过程中,Nodaks 意外地在辉石和辉钼矿中发现了铼。 通过他们的努力,他们于1928年成功地从660公斤辉钼矿中提取了1克铼,让世界了解了这种神秘的元素。
目前,辉钼矿是主要的商业**铼元素,其主要成分是二硫化钼,其中铼的含量可达02%。随着科学技术的不断进步,铼在现实生活中的应用越来越广泛。
铼的第一个重要用途是作为生产合金的原料。 镍基铼高温合金是一种高温高温合金,主要用于制造喷气发动机的燃烧室、涡轮叶片和排气喷嘴。
这些合金含有高达6%的铼,这是铼的最大单一用途,世界上约80%的铼产量都用于该领域。
铼除了广泛应用于航空、电子等领域外,还起着催化剂的重要作用。 可用作汽油中石脑油催化重整(泛化工艺)的加氢异构化催化剂,生产优质无铅、高辛烷值汽油。
由于铼的稀有性和重要性,它曾经非常高,达到每公斤 10,600 美元的历史新高。 然而,随着铼**的用量增加和催化剂中对铼的需求减少,铼**已降至每公斤2,844美元。
尽管如此,铼**仍在每公斤 2,300 美元至 2,500 美元之间波动,与铂金一样高。
据央视报道,成都航天高温合金科技有限公司与湖南有色金属研究院合作,成功研发出稀有金属铼的提纯技术,历时一年半时间,成功制造出飞机发动机生产中不可缺少的单晶叶片。
全球已探明的铼金属矿产资源总量约为2453吨,基础储量总量约为10180吨,其中智利、美国、俄罗斯和哈萨克斯坦等国储量较为丰富。
我国在陕西省发现了一座储量约176吨的铼矿,占世界储量的7%,仅次于上述国家。 公司董事长张铮通过国家人才招聘计划组建了专业团队,生产的单晶叶片经过实验验证,高温下的拉伸性能和耐久性能均符合欧美质量标准。
作为发动机的核心部件,单晶叶片对中国航空工业的重要性不言而喻。
飞机发动机是极其复杂的机械系统,要求在高温、高压、高速、高负荷环境下稳定运行,必须具有大功率、轻量化、长寿命、高可靠性等特点。
铼解决了发动机叶片在高温高压下容易变形的问题,使飞行速度和距离大大提高。 我国于20世纪60年代开始从钼精矿焙烧烟中提取铼,并于2017年实现了飞机发动机单晶叶片的量产。
我们掌握了高性能含铼单晶叶片的制备和加工技术,突破了航空发动机中铼提纯加工的瓶颈,实现了技术突破。
铼是任何国家的重要战略材料,尤其是在尖端技术发达的地区。 几年前,有消息称“中国铼储量大”,因为铼是发动机发展所需的必需品。
中国在飞机发动机的发展中一直面临挑战,因为欧洲和美国的出口限制导致中国的铼需求无法满足。 在这种情况下,中国发动机的研发进展缓慢,就像一个没有饭可煮的聪明女人。
不过,随着国产铼镍合金单晶叶片的生产,国产飞机可以放心,可以用“中国心脏”来避免“心脏病”。 虽然我国是世界十大铼矿资源国之一,但按储量和消费率计算,铼的静态保质期不超过15年。
铼广泛应用于航空航天和石化领域,因此目前对国外的依赖度已达到50%。 在航空航天领域,铼是必不可少的。
随着单晶叶片的升级换代,铼的用量也在增加。 据统计,未来10年铼需求量将增长2倍以上。
铼及其化合物的独特催化性能使其在石油重整催化剂领域需求量很大。 铼铂合金中所含的30%铼是催化重整过程中的关键催化剂,可显著提高石脑油的辛烷值。
2020年,全国人大代表丁世奇提出《关于实施全国珍稀零金属铼集储和重要战略资源管控的提案》,要求全国集储重点战略资源管控,保障关键物资自给自足和安全, 确保国家重大装备关键材料安全。
丁世奇介绍,随着中国航空工业的发展,飞机发动机制造水平和产量都在提高。 但是,为了实现材料的特殊性能,在制造过程中需要添加一些特定的金属元素。
然而,我国航空发动机工业的发展仍处于起步阶段,我国对一些稀有和分散金属的需求量相对较小,如铼金属,这在一定程度上制约了该行业的发展。
近年来,各国对铼的需求量不断增加,其中欧洲的年消费量从2-3吨增加到近10吨,美国的年消费量也从20-25吨增加到45-50吨,日本的消费量也增长到每年2-3吨左右, 而俄罗斯的年需求量约为5吨。
值得注意的是,全球年产量的50%来自智利,美国钼金属公司是世界上最大的铼生产商。 该公司与智利、墨西哥和哈萨克斯坦签订了长期合同,并垄断了其大部分铼生产。
相比之下,我国的铼金属产能较小,产量也非常低。
丁世奇说,通过对铜钼金属冶炼企业的污水或烟灰进行处理,可以浓缩提纯制成铼,可进一步提炼成金属铼。 然而,随着我国金属铼项目的实施,海外金属铼厂商开始低价倾销,导致铼**持续**,三年前现在只有三分之一的市场**。
海外企业的这种做法严重打击了国内铼企业的生产积极性,大部分铼资源被随意处置,造成资源的极大浪费。 目前,国内航空工业对铼的需求增长缓慢,实际铼金属产能约为每年8吨,而每年的消耗量仅为2吨左右,大部分只能满足个别研发企业的需求。
但是,随着我们发动机技术的突破,未来对铼的需求将大幅增加,届时可能会出现铼的**问题,这将产生严重的后果。
因此,我们需要采取预防措施,以确保第一铼能够跟上发动机技术的发展。
国家的进步与科学的发展息息相关,铼资源的获取和储备是中国长远发展的关键战略之一。 此外,加大对航空航天领域的投入,升级机械装备,也是提高我国相关领域制造水平、面向未来的必要举措。
我国自然资源丰富,其中铼资源总量不高,但其重要性不言而喻。 我们要珍惜大自然的恩赐,好好利用这些宝贵的资源,为祖国建设贡献力量。
如果我们缺乏使用铼的技术,我们可能会出口铼,给我们的国家造成损失。 因此,我们需要从长远的战略角度思考,保护这些稀缺资源,而不仅仅是为了短期利益。