稀有金属是一类金属的统称,这类金属中有的自然含量很少,地壳丰度低于100ppm(百万分之一);有的地壳中总量虽不少,但存在状态分散,难以人工提取;有的彼此之间物理和化学性质十分相似而难以分离成单一金属。可以说,稀有金属的名称源于这类金属给人留下的印象。
稀有金属一般分为5类:4种稀有轻金属,9种稀有高熔点金属,17种稀土金属,6种稀散金属和25种放射性金属。很多人可能对稀有金属并不熟悉,但每天都会在生活中接触到它。电脑、ipad、GPS系统、混合动力车、充电电池等这些生活中常用的技术产品,都至少涉及一种稀有金属。如智能手机里的电容是钽做的,晶体管是用锗造的,耳机里的磁铁含有钕,光缆里有钆、铕用作发光材料。
高端制造业和新兴产业,尤其是前沿科技产业领域的发展,更离不开稀有金属。随着工业4.0时代的到来,智能机器人核心部件、高端芯片等产业会加速发展。这些产业的发展离不开稀有金属,如砷化镓、磷化铟是生产高端芯片的重要原料。高端制造业中的大型金属材料3D打印,无论是3D打印机本身还是所打印的金属器件,都离不开各种机械性能优异的稀有金属钨、钛、钒等材料。没有稀有金属,智能技术就无从谈起。
我国稀有金属矿产资源丰富,如钨、钛、稀土、钒等已探明的储量,都居于世界前列,其中稀土资源占全球的88%。以下就选取各类稀有金属中有代表性金属加以举例,以便大家更好认识稀有金属的重大战略价值。
稀有轻金属
锂:锂共有7个同位素,其中锂-6捕捉低速中子能力很强,可用来控制铀反应堆中核反应发生的速度,在核装置中可用作冷却剂;还可以用于防辐射和延长核导弹的使用寿命方面;在核动力飞机和宇宙飞船中用途很大;还是制造氢弹不可缺少的原料。人们目前常用的各种数码产品的电池也是锂电池。我国的锂矿资源丰富,仅江西云母锂矿就可供开采上百年。
稀有高熔点金属
1、锆:具有惊人的抗腐蚀性能、极高的熔点、超高的硬度和强度等特性,被广泛用在航空航天、原子能等领域,其多方面的性能优于钛。锆还可以用作冶金工业的“维生素”,钢里只要加进千分之一的锆,硬度和强度就会惊人地提高。含锆的装甲钢、大炮锻件钢、不锈钢等是制造装甲车、大炮和防弹板等武器的重要材料。
2、钽:这种贵重的粉状金属主要用来制成电容器,以使手机在高温情况下可以自动调节电压。它还用于制造电脑记忆装置和超导合金等。钽在火炮上有大用处,也是宇宙空间探索必要的材料,其奇特的物理化学性能至今科学家还在研究,钽合金的特殊用途目前仍在研究开发。
3、钨:钨被称为战略金属,其化学性能非常稳定,甚至在1000℃以上的高温下也不会氧化。钨的硬度极高且在高温下硬度稳定,主要用于硬质合金、特种钢等产品,被称为“工业的牙齿”,广泛用于国防工业、航空航天等产业。
稀土金属
1、钷:迄今已合成28个钷的同位素,钷-147的寿命是2.6234年,β辐射弱,用于制造钷电池。此种电池体积比药片小,安全性好,能连续使用多年,是真正的“超级电池”,是导弹制导仪器、助听器、轻便无线电接收器的理想电源。但钷尽管能量巨大,却极度稀有,就算我们找遍地球的每个角落,也只能找到500克左右。
2、钕:在稀土领域中具有独特地位,是市场长期关注的热点。钕铁硼永磁体为稀土高科技领域注入了新的生机与活力,以其优异的性能广泛用于电子、机械等行业。在镁或铝合金中添加1.5%至2.5%的钕,可提高合金的高温性能、气密性和耐腐蚀性。掺钕的钇铝石榴石产生短波激光束,在工业上广泛用于厚度在10毫米以下薄型材料的焊接和切削。在医疗上,掺钕钇铝石榴石激光束代替手术刀用于摘除手术或消毒创伤口。
其他稀土金属,如钐、钆、镧几乎都在不经意间成为现代生活不可缺少的东西。稀土有工业黄金之称,由于其具有优良的光电磁等物理特性,可大幅提高产品性能,并能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料。在航天、航空和现代军事技术方面拥有着极为广阔的发展前景,没有这些金属就谈不上尖端技术,更无法制造精密的武器。
总之,数字时代稀有金属的作用是战略性的。目前虽难以测量地球上还剩有多少稀有金属,但确定无疑的是那些维持着智能手机和导弹系统的元素有朝一日会枯竭。我们要倍加珍惜这些宝贵的资源,千万不要浪费稀有金属矿产,污染生态环境。