咨询电话:15378008007

— 石英砂问答 —

联系我们/ CONTACT US
全国免费客服电话 15378008007
石英砂生产厂家_【甘肃生产商联系方式电话 15378008007】

邮箱:15101117@qq.com

手机:15378008007

电话:15378008007

地址:甘肃省张掖市高台县

您的位置: 首页 > 石英砂问答 > 正文

石英砂问答

铼矿石是怎样形成的(“铼”再现我国,成功打破西方国家的垄断)

发布时间:2023-02-14  人气: 84

我们总是会说自己“地大物博”,这倒不是单纯的自夸,因为确实在我国辽阔的国土中蕴藏着许多宝藏。

从现代工业的角度来说,很多对于现代工业制造而言非常关键的稀有金属元素,我国都有所蕴藏,即使暂时未能探明,或探明储量较少,似乎也有“找到宝”的那一天。

例如,在航空发动机的生产中十分关键“珍宝”铼,继我国在陕西发现了铼矿之后,又在安徽湛岭钼矿床发现伴生的铼矿,令一些国家感到十分“眼馋”。

人类最后一个发现的稳定元素

从古至今,人类对于这个世界的探索从未停止。1869年时,俄罗斯科学家门捷列夫发现并归纳出了“元素周期表”,根据元素周期表,门捷列夫预言称自然界一定还存在着尚未被人类发现的元素。

1913年,英国天才物理学家亨利·莫塞莱发现了原子序数的概念,并指出人类至少还有4种元素未能被发现,75号元素正在其中。

1925年5月 ,经过了整整3年时间的努力,诺达克夫妇在实验室中提取出了2毫克75号元素,并用莱茵河的名字将这种元素命名为“铼”,这也是人类最后一个发现的稳定元素。

铼是一种银白色的金属,在地壳中的储量极少,是地球上极为稀有的元素之一。科学家认为,铼在地球上的含量大约只有十亿分之一,而且多数与钼共生。

根据我国地质调查局的数据显示,目前全球探明的铼储量仅有2500吨左右,其中全球75%的铼位于西半球,智利就蕴藏了1300吨左右的铼,储量位居世界第一,美国以390吨左右的储量位居第二,铼储量第三的就是俄罗斯的310吨左右。

在我国,大规模铼矿被探明的时间比较晚,尽管我国的铼产业大约在20世纪60年代就已有起步,但报道显示,大规模的铼矿被探明,还是在2010年左右。

2010年,我国在陕西洛南县黄龙铺钼矿区中探明到伴生铼矿,储量大约在176吨,是我国发现的最大规模的铼矿。

到了2017年时,我国在安徽省泾县湛岭钼矿床中发现了伴生铼,此次探明储量为30吨,且开发条件较好。

总的来说,我国铼矿储量约为237吨,几乎都伴生于钼矿床中,尽管我国的铼储量仅为全球的2%左右,但这些探明的铼帮助我国打破了美国等西方国家对于铼的垄断。

不过,其实在铼被发现之后的较长一段时间里,它都没有被有效利用,当时它“最大”的作用 也不过就是用于实验研究,这主要是因为铼确实太“特殊”了。

一方面,铼非常耐高温,科学研究显示,铼的熔点为3186℃,这个熔点在金属中仅次于钨;此外,铼的沸点是5596℃,在整个元素周期表中排名第一,是沸点最高的一种物质。

另外一方面,铼还是一种耐腐蚀的金属,研究发现,不管是强酸还是强碱都不能腐蚀铼,就算是大名鼎鼎的、能够溶解黄金和白金的“王水”,在常温常压的状态下也不能溶解铼,可见铼的“厉害”。

囿于人类科技水平的限制,我们在发现铼之后很长时间都“没想好”它可以被应用到哪里,加之铼又非常稀少,科学家对于它的重要程度认识得也不够深。最初,铼不是用于实验室研究,就是用在石油催化领域。

直到上世纪50年代开始,铼才在人类现代工业中找到了自己的用武之地。

航空发动机离不开“珍宝”

铼的广泛应用,开始于喷气式发动机的迅速发展。

我们知道,喷气式发动机是飞机的核心部件,最初,科学家研制的涡轮喷气发动机时,涡轮叶片和机匣之间留有比较宽的缝隙,涡轮前温度相对较低,涡轮叶片在工作时因为高温而产生的变形也就比较小,基本上在可控的范围内。

但是科学家研究发现,在涡轮前温度升高之后,发动机性能的提升就极为明显。例如,美国B-52轰炸机所采用的J57发动机涡轮前温度在1300K以下,其推重比大约在3-4之间,而当J79发动机将涡轮前温度提升到1500K的时候,推重比就上升到了5-6之间。

随后,一种可以更加充分地利用涡轮和风扇旋转的能量,提升燃油的利用率的发动机出现了,那就是涡扇发动机,这让发动机的性能得到进一步提高。

例如以F100为代表的涡扇发动机,其涡轮前温度可以 达到1700K,推重比就提升到了7.5-8之间。

但随着涡轮前温度的不断上升,高温镍合金就开始变得容易发生蠕变——即变形,尤其是当材料长时间出于高温状态下或是熔点附近时,材料变形就更加明显。而如果涡轮叶片变形,就可能会令叶片与发动机机匣发生碰撞,导致发动机的损坏。

于是,科学家就开始研究更加耐高温、抗蠕变的合金,此时,特别耐高温、耐腐蚀的铼终于进入了科学家们的视线。

美国是率先在发动机涡轮叶片的合金中添加铼的国家。

早在美国研发F-15、F-16战斗机时,就已经在涡轮叶片中添加了3%的铼,科学家发现,这令涡轮叶片抗变形的效果十分明显。兴奋的美国科学家就在F-22的发动机中,将铼的添加量增加到了6%,效果卓著。

此后,虽然合金中又添加了钌来增加其稳定性,但铼仍是一种不可或缺的元素。

此时,铼的战略重要性就显示出来了,需要制造航空发动机的国家纷纷开始“抢购”铼,现在,全球80%的铼都用在了航空发动机上。

光是世界三大航空发动机巨头美国通用电气、英国罗尔斯·罗伊斯和美国普拉特·惠特尼就使用了全球68%的铼,而且因为其中有2家公司都来自于美国,可想而知,美国的铼消费量是巨大的,数据显示,美国每年的铼消费量高达40吨。

但铼是一种极为稀缺的资源,从年产量来看,2019年全球铼产量接近45吨,其中智利一国的铼产量就占到了49%之多。

为了得到更多的铼,美国早就开始采取各种措施来“抢占”铼,例如,世界上最大的铼资源生产商就是美国的钼金属公司,其早就开始在智利、哈萨克斯坦等铼资源丰富的国家进行布局,通过长期合同的形式“垄断”了这些国家大部分的铼产量。

而且,美国不仅大量开采铼,还把多余的铼储存起来,反正就算是自己放着不用,也不会给别国用。

随后,欧盟、日本、俄罗斯也开始采取各种措施“抢购”来,但由于入局太晚,他们暂时都没能“抢赢”美国。

除了应用在航空发动机上,铼还可以应用于火箭和卫星领域。因为铼合金制作的火箭发动机喷管,可以经受住2200℃高温下10万次以上的热疲劳循环。

早在上世纪80年代,美国休斯公司就 已经将铼合金喷管用在卫星上,阿波罗飞船的发动机也用到了铼合金。

此外,美国的研究还发现,铼合金制作的复合材料在零下267.15℃时可以产生超导现象,这个温度虽然仍然很低,在超导体中已经算是临界温度较高的了,因而科学家也在进行这一方面的研究,希望铼可以为人类工业进步做出更大的贡献。

民营企业进军中国航空业

在这些国家中,我国科技发展相对更慢,对于铼的利用也比较晚。

2010年,成都航宇超合金技术有限公司在龙铺钼矿区矿山中斟探到铼,并与湖南有色研究院合作,花了1年多时间才攻克了多个技术难题,实现了铼的提纯,这是我国较早加工、利用铼的公司。

当时,我国的航空发动机技术还比较落后,铼这种金属在国内的销路非常有限,航宇公司就希望通过“资源换技术”的模式与国外企业合作,获得铼合金的制造技术。

但很快航宇公司就发现了一个问题:国际买家都希望签订长期协议、购买全部他们生产出来的铼,但要进行技术交换是不可能的。

因为所有掌握这项技术的企业都受制于美国法律,而美国法律不允许这项技术参与到技术合作中。

而且,由于西方国家对于中国的技术封锁,即使西方企业在中国投资建厂,其核心技术也会对中国员工保密。

例如,罗尔斯·罗伊斯公司在中国就有建厂,但对中国员工层层设防,时任航宇公司副总经理的宋阳曾经在那家公司工作了7年,也从来都没有机会见识到核心技术。

由于西方对中国如此严密的封锁,让航宇公司做出了决定:自主研发航空发动机的单晶涡轮叶片。

此时航宇公司已经认识到,如果和西方公司合作,他们只能沦为一个“元素供应商”,而如果能够自主研发单晶涡轮叶片,他们将为更好的国产发动机研发做出贡献。

作为一个民营企业,想要进入航空工业这样一个资金、人才密集型的行业有着无数难关要攻克:资金、人才、技术、设备……而且,他们要生产的还是航空发动机上最为关键、最为复杂的单晶涡轮叶片,这更是难上加难。

首先,招揽人才就是一个巨大的难题。尽管航宇公司在政府的帮助下,物色到了几位合适的国外顶级专家,他们曾就职于航空发动机巨头,对于航空发动机的研发和测试维修都有着丰富的经验。

但这样的专家又怎么会愿意远赴异国他乡,去一家“名不见经传”、一切都要从零开始的中国企业呢?航宇公司接连遭拒,以为事情就要卡在这里了。

幸运的是,2012年国家的“十二五”规划中明确提出要突破航空发动机核心关键技术、加快推进航空发动机制造产业化。

有了国家的支持,航宇公司很快通过“海外高层次人才引进计划”引进了海外顶尖专家,组建起了自己的研发团队,宋阳就是在那时候加入航宇公司的。

有了专家团队之后,航宇公司要解决的就是设备问题。

生产单晶涡轮叶片,必须要用到单晶炉,而当时国内也没有合适的产品,于是宋阳带队远赴欧洲寻找合适的单晶炉。

一开始,他们希望向欧洲一家颇有名气的供应商订购单晶炉,但对方只愿意提供标准化产品,而不愿意按照我方的进行定制,最后航宇公司只得另寻他法。

几经辗转,航宇公司找到了一家同意定制的英国供应商,对方在看到航宇公司所提供的参数后,发现他们所提供的方案与西方先进企业是一致的,他们认为,航宇公司极有可能攻克这一难关。

不过,这家英国供应商并不在乎航宇公司到底买单晶炉是要生产什么,他们只是想多卖一套设备而已,就按照航宇公司的需求,将产品卖给了我们。

有了设备和人才,航宇公司很快开始研发单晶叶片,2015年,第一批产品终于出炉。根据国际权威检测报告,该公司生产的单晶叶片在高温拉伸性能、高温持久性能方面都已经达到了欧美标准,虽然这些单晶叶片的细节还有待改进,但这已经意味着我国成功突破了外国的技术封锁,生产出了属于自己的单晶叶片。

2017年,成都成为了“中国制造2025”试点示范城市,航宇公司也在持续获得来自各级政府的项目资金,继续投入单晶叶片的改进与研发当中。

尽管此后的报道显示,航宇公司的单晶叶片已经投产,但近两年我们却难以看到国产单晶叶片的报道,这似乎印证了前几年央视报道中所说的:比生产周期更漫长的,是打开市场的时间。

也许航宇公司的产品至今都无法与进口产品相比,不过既然航宇公司已经走过了漫长的道路,我们也许可以期待,不久之后就可以在航空发动机上见到国产的单晶叶片了。

另外,除了我国的技术水平限制之外,我们在铼资源上还有一个短板:储量并非“得天独厚”。有数据显示,2030年,全球民航客机新交付的飞机数量可能会达到3.4万架,届时光是在民用领域就需要7万台航空发动机,这就需要大约1700吨的铼。

扣除铼的回收利用之后,未来全球每年需要的铼可能会达到86吨左右,再加上军工、火箭的需求,地球上的铼资源看起来并不太够用。

因此,我们不仅需要全力以赴来进口、储备铼资源,还需要继续寻找减少高温合金对铼依赖的方法,以免在未来铼资源更加稀缺的时候,再被人“卡脖子”。

相关推荐

在线客服
服务热线

服务热线

tel:15378008007

微信咨询
铼矿石是怎样形成的(“铼”再现我国,成功打破西方国家的垄断)
返回顶部
X铼矿石是怎样形成的(“铼”再现我国,成功打破西方国家的垄断)

截屏,微信识别二维码

微信号:15101117

(点击微信号复制,添加好友)

  打开微信

微信号已复制,请打开微信添加咨询详情!