稀有金屬

王愛琴

【摘 要】 稀有金屬定義及作用稀有金屬是指在自然界中含量少或分布稀散的金屬，它們難以從原料中提取，在工業(yè)上制備和應(yīng)用較晚。近年來，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)稀有金屬的需求不斷上漲，國內(nèi)供應(yīng)情況不容樂觀，供需矛盾逐漸凸顯。以礦石為原料的稀有金屬生產(chǎn)能力有限，而更多的稀有金屬是分布在鹽湖鹵水中的。但我國儲(chǔ)量豐富的鹵水資源基本上沒有得到工業(yè)規(guī)模利用。本文比較詳細(xì)地介紹了銣的存在、性能、用途。特別是在發(fā)電和醫(yī)療方面將帶來一場(chǎng)新的重大的技術(shù)革命。

【關(guān)鍵詞】 銣的存在 性質(zhì) 用途 發(fā)電 醫(yī)療

2013年7月，《南方日?qǐng)?bào)》發(fā)布消息稱廣東省相繼在武夷成礦帶廣東南段的紫金縣、蕉嶺縣發(fā)現(xiàn)罕見巨型銣礦礦床，兩處估算銣資源量360萬噸以上，而此前全國查明的銣資源量也僅185萬噸。這個(gè)新聞一下把人的目光聚集到銣的身上，它到底是個(gè)什么樣的元素呢？

1 銣的發(fā)現(xiàn)和分布

1.1 銣的發(fā)現(xiàn)

1861年，德國化學(xué)家本生（Robert Bunsen，1811年-1899）和物理學(xué)家基爾霍夫（Gustav Kirchhoff，1824-1887）在海德堡大學(xué)，在原子光譜中看到了兩條之前從未見過的強(qiáng)烈的寶石紅色的線，證實(shí)了它們包含了一種新的元素，他們以這種顏色命名了這種元素（在拉丁語里，銣的含意是深紅色）。純凈的銣金屬樣本一直到1928年才被生產(chǎn)出來。

1.2 銣的分布

銣在地殼中很分散，至今還沒有發(fā)現(xiàn)單純的銣礦物。原子體積：55.9立方厘米/摩爾，銣元素在宇宙中的含量：0.01ppm，銣元素在太陽中的含量：0.03ppm，銣元素在地殼中含量：90ppm，銣元素在海水中的含量：0.12ppm。鋰云母中銣含量可達(dá)3.75%，是提取銣的主要礦源。光鹵石中銣含量雖然不高，但儲(chǔ)量很大。海水中含銣約0.121克/噸，很多礦泉水、鹽湖鹵水中也含有較多的銣。中國宜春鋰云母含銣約1.2～1.4%，四川自貢地下鹵水也含有銣。2013年廣東蕉嶺、紫金發(fā)現(xiàn)的兩個(gè)銣礦產(chǎn)地中，紫金縣礦床屬花崗巖類型，有獨(dú)立銣礦體，也有鈮鉭伴生銣礦體；銣主要存在云母中，部分存在鉀長石中。

2 銣的性質(zhì)

2.1 物理性質(zhì)

常溫下是固態(tài)。熔化熱：2.192 kJ/mol。蒸氣壓：1.56×10^-4 帕（312.6K）。電負(fù)性：0.82（鮑林標(biāo)度）。比熱：363 J/（kg·K）。電導(dǎo)率7.79×10^6/（米歐姆）。熱導(dǎo)率：58.2 W/（m·K）。莫氏硬度：0.3。銣的熔點(diǎn)很低，僅為38.89℃。然而它的沸點(diǎn)卻不低，為688℃。銣的密度是1.532克/立方厘米，約是銅密度的三分之二。銣在低溫時(shí)有良好的超導(dǎo)性

2.2 化學(xué)性質(zhì)

銣的化學(xué)性質(zhì)比鉀活潑元素非?；顫?，很容易被激發(fā)放射出來最外層電子。

銣遇水在表面發(fā)生爆炸并溶在水中形成堿性溶液，由于遇水反應(yīng)放出大量熱，所以可使氫氣立即燃燒。甚至是溫度低到-100℃的冰接觸時(shí)，也能發(fā)生猛烈反應(yīng)。在室溫和空氣中能自燃，因此必須在嚴(yán)密隔絕空氣情況下保存在液體石蠟中。與有限量氧氣作用，生成氧化銣，在過量氧氣中燃燒，生成超氧化物。銣也能與鹵素反應(yīng)。

2.3 銣的提取

由于銣?zhǔn)且环N稀散金屬，提取純凈的銣較為困難.銣的是鋰、銫等金屬冶煉過程中的副產(chǎn)物，這些礦物中含有痕量銣。提取銣的化合物主要方法有復(fù)鹽沉淀法、溶劑萃取法、離子交換法等多種。中國自貢從鹵水回收銣采用磷鉬酸銨沉淀法。用金屬熱還原法以鈣還原氯化銣，用鎂或碳化鈣還原碳酸銣，均可制得金屬銣。

金屬銣由于活性大，生產(chǎn)、使用、貯存和運(yùn)輸必須在嚴(yán)密隔絕空氣的裝置中進(jìn)行。80℃以下可用橡膠容器；200℃以下可用玻璃、石英、黃銅、鋁或陶瓷容器；700～1000℃須用軟鋼、不銹鋼、鎳合金或鎳制容器。

2.4 銣的用途和前景

銣?zhǔn)侵圃祀娮悠骷ü怆姳对龉芄怆姽埽⒎止夤舛扔?jì)、自動(dòng)控制、光譜測(cè)定、彩色電影、電視、雷達(dá)、激光器以及陶瓷等的重要原料；銣的氫化物和硼化物可作高能固體燃料。在空間技術(shù)方面，離子推進(jìn)器和熱離子能轉(zhuǎn)換器需要大量的銣；放射性銣可測(cè)定礦物年齡；此外銣的化合物應(yīng)用于制藥、造紙業(yè)；還可作為真空系統(tǒng)的吸氣劑，可去除可能會(huì)污染系統(tǒng)的多余氣體。

（1）發(fā)電：銣原子的最外層電子很不穩(wěn)定，很容易被激發(fā)放射出來。利用銣原子的這個(gè)特點(diǎn)，科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)出了磁流體發(fā)電和熱電發(fā)電兩種全新的發(fā)電方式。磁流體發(fā)電是使加熱到二三千度高溫的具有導(dǎo)電能力的氣體，以每秒六百到一千五百米的速度通過磁極，憑借電磁感應(yīng)而發(fā)出電來。熱電發(fā)電是從加熱一頭的電極發(fā)出電子，而由另一頭的電極接受，在兩個(gè)電極之間接上導(dǎo)線，就會(huì)有電流不斷產(chǎn)生和通過。這樣的發(fā)電方式簡單直截了當(dāng)。熱能直接變成電能，省掉了水力和火力發(fā)電時(shí)的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部分，從而大大提高了能量的利用率。銣在這方面的廣泛應(yīng)用，一定會(huì)給發(fā)電技術(shù)和能量利用帶來一場(chǎng)新的重大的技術(shù)革命。

（2）醫(yī)療：中藥當(dāng)中富含多種微量元素，它們都以螯合物的形式存在于藥物中，在體內(nèi)的吸收率較相應(yīng)的無機(jī)硫酸鹽的吸收率高2倍，甚至達(dá)到160倍左右，這必然發(fā)揮更強(qiáng)的生物效應(yīng)。

它還有一個(gè)獨(dú)特的性質(zhì)：即進(jìn)入細(xì)胞膜較鉀離子更為容易，而且不帶入葡萄糖。當(dāng)銣被攝入肌體后，他與鉀離子競(jìng)爭(zhēng)而優(yōu)先進(jìn)入細(xì)胞；結(jié)果就減少了腫瘤細(xì)胞內(nèi)鉀離子和葡萄糖的量，這對(duì)經(jīng)常處于缺氧狀態(tài)的腫瘤細(xì)胞來說，就減少了葡萄糖在缺氧條件下進(jìn)行酵解反應(yīng)而生成的乳酸的量；使細(xì)胞液的PH值回升而趨近正常值，改善了細(xì)胞內(nèi)的生理環(huán)境。由于鉀離子和葡萄糖二者的減少，使細(xì)胞內(nèi)生理過程包括蛋白質(zhì)和ATP的生成都受到嚴(yán)重的影響，結(jié)果是腫瘤細(xì)胞處于衰弱的饑饉狀態(tài)而被抑制了生長。國內(nèi)外的實(shí)驗(yàn)均證實(shí)了這一事實(shí)。因此銣元素可以說是起到了“餓死”腫瘤細(xì)胞的作用。

（3）銣原子鐘。銣的另一重要性質(zhì)，就是它們所產(chǎn)生的輻射頻率具有長時(shí)間的穩(wěn)定性。因此，可作為微波頻率標(biāo)準(zhǔn)。一種準(zhǔn)確度極高的銣原子鐘，可以準(zhǔn)確的測(cè)量出幾十億分之一秒的時(shí)間，它在370萬年中的走時(shí)誤差不超過一秒，這對(duì)科學(xué)研究，交通運(yùn)輸，尤其是導(dǎo)彈、宇宙航天器來說，其重要性是不言而喻的。銣原子鐘的特點(diǎn)是體積小，重量輕，需要的功率小。用銣氣泡制成的磁強(qiáng)計(jì)，測(cè)量范圍達(dá)15000～80000伽馬（1伽馬為10-9 特斯拉）。

（4）特種玻璃。氧化銣可用以調(diào)整光學(xué)玻璃的密度和折射率，并可用來生產(chǎn)光敏玻璃和光色玻璃。硝酸銣還可用作化學(xué)鋼化玻璃的熔劑，以提高玻璃的抗張強(qiáng)度。鑄鋁合金中加入0.01～1%的銣，可以改善其力學(xué)性能。

銣的新用途，開辟了銣應(yīng)用的廣闊前景。目前，發(fā)達(dá)國家銣的應(yīng)用主要集中在高科技領(lǐng)域，有80%的銣和70%的銫用于開發(fā)高新技術(shù)，只有20%的銣和30%的銫用于傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域。由于世界能源日趨緊缺，人們都在尋求新的能量轉(zhuǎn)換方法，以提高效率和節(jié)約燃料，減少環(huán)境污染。銫和銣在新能量轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用顯示了光明的前景，并引起世界能源界的注目。