稀有金属让无数国家争得头破血流,不仅仅是因为他们在自然界中的储量极其的稀少,还因为他们在高科技领域发挥的不可替代的作用,金属铷就是这样的。
铷就是这样典型的稀有金属,目前它的价格大概在每克1400元到1900元之间,和稀土资源一样,是很多国家都非常重视的战略级资源,而这么稀有的矿产,在2018年的广东省河源市,我们一共发现了17.5万吨,这是足以改变世界铷市场格局的发现。
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身为岛国的日本看到我们的发现,眼都看红了,铷究竟有什么样的魔力能让无数国家为之疯狂?这次的巨大的发现对我国有怎样的影响?
决定国家技术
如果把铜、铁、铝这样的大宗金属比作一个国家工业生产的地基,那么稀有金属铷就是拔高一个国家高科技水平关键要素之一,罗伯特·本生和古斯塔夫·基尔霍夫于1861年通过光谱分析发现它。
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两人发现这种金属非常软,呈现出非常漂亮的银白色,但因为铷的高度活性,它会在空气中迅速氧化,而且它极易与水反应,产生氢气并形成氢氧化铷,这样的化学性质比钾还要活泼,在空气中能自燃。
在那个年代这样的金属显然是没有办法和铜、铁这样的金属得到广泛的应用,铷的储存条件太苛刻了,它的生产、贮存及运输都必须严密隔绝空气保存在液体石蜡、惰性气体或真空中,保存成本如此的高,加上但是还没有铷发挥作用的领域,所以当时铷的作用,可能也就是给元素周期表丰富了一下内容,在学术界的震动远远大于它的实用性。
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但是随着技术的发展,特别是近二三十年,电子器件、催化剂及特种玻璃等产业的发展,人类的化学研究越来越深入,航空航天、高级医疗、能源开发都得到了长足发展,我们对铷的认识和应用都前所未有的拓展。
首先就是能源的利用,因为铷非常易于离子化,加上这些年磁流体发电技术(是一种更加高效的能源技术,这种方式可让热能直接转换成电流,由于无需经过机械转换环节,所以称之为直接发电,其燃料利用率得到显著提高)离子推进火箭的飞速发展,我们需要寻找全新的材料来作为导电体。
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科学家就想到了用含有铷的当作发电的材料,这样的发电效率会极大的提高,可能大家没有概念,一般核电站的总热效率为29%~32%,而加入磁流体发电可使核电站总热效率提高到55%~66%。
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这种能源利用的效率堪称恐怖,可以设想一下,假如未来全国的核电站都应用了这样的技术,那长线经营带来的收益是不可估量的,我们对天然气、石油这样的基础能源的依赖会大幅的降低,而且核能在不发生事故的情况下,是一种非常高效清洁的能源,合理管理的话对环境的破坏较小,这也是我国缓解我们的能源依赖的一条可行的通路。
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除了能源领域,铷在航空航天、推进系统的应用同样关键,因为它可以中和电极之间的空间电荷,减少集电极的能量损失等,增加了换流器的能量输出,拿铷用来制作离子推进发动机的话,就可以大幅提升离子推进火箭的运行速度。
还有一点,我们知道为了保证飞船在太空的航行时间,能源一直是绕不开的问题,每次火箭升空最大的阻力就是为了升空携带的燃料,为了更长时间的太空作业,就必须尽可能降低飞船、火箭的重量。
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所以很多国家都在探索更高效的能源,更轻量化的燃料,巧合的是,铷这两个条件都可以满足,一艘携带有500g铯和铷的离子推进宇宙飞船,其航程是当今使用固体或液体燃料的约150倍,而且运行的速度还是本来的飞船无法比拟的。
同时,铷辐射频率具有长时间的稳定性,而这些年我们的空间技术的发展对所采用频率与时间基准的长、短期准确度和稳定性要求越来越高,导航、导弹系统都依赖铷。
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当然除了上述能源、航天技术、推进技术等领域之外,和我们生活息息相关的就是医学领域了,放射性铷同位素用于医学成像和治疗,可以在治疗癌症的时候进行放射性示踪。铷的化合物在制药行业有应用,比如碘化铷有时会取代碘化钾用于治疗甲状腺肿大、铷盐可作为镇静剂等等。
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当然铷的作用还远远的不止这些,如果说善用好这样的资源,可以让国家的技术水平领先世界,减轻能源应用的问题、极大的改善人民的生活。
中国巨大的发现
在广东发现这一批的铷之前,我们国家的铷其实是非常紧缺的,因为世界上将近一半的铷储备都在美国,加拿大和智利的储量也比较丰富,我国的情况不是很乐观。
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而铷在自然界中的分布又非常的分散,它没有独立的工业矿物,而是通常与其他矿物如云母、铁锂云母、铯榴石和盐矿层以及矿泉中的锂云母、白云母、钾长石等一起存在,不仅开采困难,勘探起来也非常的麻烦。
要知道由于铷的含量在自然界中通常很低,平均只有大约0.001%左右,这些资源大多在美国的手中,可以坐着不动就限制我国高新技术发展的机会美国自然不会放过,那段时间中国的铷矿处境并不乐观。
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此外,铷的价格更是高得吓人,在1997年,1克安瓿金属铷的价格从45.4美元上涨至76.6美元,之后几年价格保持在相近水平,但在2001年降至52美元,随后缓慢反弹,2005年至2015年期间,铷的市场价格从1.1亿元/吨上涨至13.5亿元/吨,相当于每克大约1400至1950元人民币。
在2018年发现这批铷矿的时候,国际上的价格也大致如此,就算我们想要进口,铷矿那高昂的价格也让人望而却步。
但是情况在河源市龙川麻布岗镇天堂山的矿产探明后,情况就完全变了,根据中国矿业联合会的大量专家判断,这个铷矿场的规模是世界级的,是中国乃至世界上首个探明的超大型独立铷矿床。
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矿床的储量达到了17.5万吨,这是一个前所未有的数字,使得它成为已知铷矿藏中规模最大的一个,而且不同于其他矿床中铷作为副产品出现(中国的铷主要分布在锂云母和盐湖卤水中,开采和提纯的成本很高),天堂山的铷矿床是一个独立的铷矿床,这意味着铷在这里的浓度足够高,足以单独开采。
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专家根据矿产的纯度推测,这17.5万吨的铷的价值可能达到了805亿人民币,当然这只是表面的价值,考虑到铷应用到光学器件、原子钟、医疗成像、量子计算以及核能技术之后,那它带来的隐性收益则是无法估量的,善用好的话让中国在特定的领域追上甚至超越美国都不在话下。
这样惊天动地的发现也难怪日本会眼红,毕竟自己的国土只有37.8万平方公里,还是一个岛国,没有我们960万平方公里广袤国土提供的自信和红利,只能眼睁睁的看着中国收下这泼天的富贵,自己未来想要用到高纯度的铷,还要来中国进口。
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结语
铷作为能够改变一个国家技术层次的战略性稀缺资源,是我们国家冲刺科技巅峰的重要支撑,一定要善用好这来之不易的幸福。