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(lái)說(shuō)，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(guó)地質(zhì)調(diào)查局的報(bào)告，全球探明的錸儲(chǔ)量?jī)H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，卻一直毫無(wú)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(guó)地球化學(xué)家諾達(dá)克夫婦在紐倫堡的德國(guó)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(guó)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(méi)有國(guó)界的，但是科學(xué)家有自己的祖國(guó)?！?/p>

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(cè)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(zhǎng)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(shì)地位，美國(guó)和其他一些西方國(guó)家常年針對(duì)中國(guó)進(jìn)行材料和技術(shù)封鎖。英國(guó)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)巨頭羅爾斯·羅伊斯雖然在中國(guó)投資建廠，但是對(duì)中國(guó)員工層層設(shè)防，中國(guó)員工從來(lái)沒(méi)有機(jī)會(huì)接觸其核心技術(shù)。長(zhǎng)期以來(lái)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)一直都是我國(guó)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(wàn)轉(zhuǎn)/分鐘，大概的切向速度就是450米/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(guó)境內(nèi)到底有沒(méi)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。

錸發(fā)動(dòng)機(jī)

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(guó)與俄羅斯等少數(shù)幾個(gè)國(guó)家。發(fā)現(xiàn)錸之后，煉石有色公司分別和幾家外國(guó)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(zhǎng)期收購(gòu)合同，即由煉石有色公司提供錸原料。在此之前，國(guó)際上認(rèn)為中國(guó)沒(méi)有錸這種金屬。因此，這一次中國(guó)“發(fā)現(xiàn)”超級(jí)金屬錸，引發(fā)國(guó)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(chǎng)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(zhǎng)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(guó)是最大的錸金屬消費(fèi)國(guó)，控制著全球銷售市場(chǎng)，一直處于壟斷地位。

隨著中國(guó)航空工業(yè)的崛起，未來(lái)中國(guó)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(guó)軍工發(fā)展的重心轉(zhuǎn)移至?？辗较颍磥?lái)航空發(fā)動(dòng)機(jī)、無(wú)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。

（《百科知識(shí)》2018年第17期）

閱讀練習(xí)

1.這篇文章說(shuō)明的主要內(nèi)容是什么？

2.閱讀文章，請(qǐng)你從文章中給“錸”下定義。

3.畫直線的句子使用了什么說(shuō)明方法？有什么作用？

4.畫波浪線句中的“約”能不能刪去？為什么？

5.“錸”在中國(guó)的發(fā)現(xiàn)，對(duì)中國(guó)未來(lái)的航空業(yè)發(fā)展的影響是什么？

（李傳鵬 設(shè)計(jì)）

《錸：航天工業(yè)的“閃耀明珠”》參考答案：

1.“錸”航天工業(yè)的“閃耀明珠”2. 錸是一種化學(xué)元素，符號(hào)為Re，原子序?yàn)?5。錸是種銀白色的重金屬，在元素周期表中屬于第6周期過(guò)渡金屬。它是地球地殼中最稀有的元素之一，平均含量估值為十億分之一，同時(shí)也是熔點(diǎn)和沸點(diǎn)最高的元素之一。錸是鉬和銅提煉過(guò)程的副產(chǎn)品。3.列數(shù)字。通過(guò)列數(shù)字準(zhǔn)確說(shuō)明了生產(chǎn)單晶葉片，離不開稀有金屬錸，突出了錸的重要性。4.不能刪去。“約”表示估計(jì)，如果去掉了與實(shí)際情況不符。這體現(xiàn)了說(shuō)明文語(yǔ)言的準(zhǔn)確性。5.未來(lái)中國(guó)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(guó)軍工發(fā)展的重心轉(zhuǎn)移至?？辗较颍磥?lái)航空發(fā)動(dòng)機(jī)、無(wú)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。