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，在工業上制備和應用較晚。近年來，我國經濟發展對稀有金屬的需求不斷上漲，國內供應情況不容樂觀，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。但我國儲量豐富的鹵水資源基本上沒有得到工業規模利用。本文比較詳細地介紹了銣的存在、性能、用途。特別是在發電和醫療方面將帶來一場新的重大的技術革命。

【關鍵詞】 銣的存在 性質 用途 發電 醫療

2013年7月，《南方日報》發布消息稱廣東省相繼在武夷成礦帶廣東南段的紫金縣、蕉嶺縣發現罕見巨型銣礦礦床，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。這個新聞一下把人的目光聚集到銣的身上，它到底是個什么樣的元素呢？

1 銣的發現和分布

1.1 銣的發現

1861年，德國化學家本生（Robert Bunsen，1811年-1899）和物理學家基爾霍夫（Gustav Kirchhoff，1824-1887）在海德堡大學，在原子光譜中看到了兩條之前從未見過的強烈的寶石紅色的線，證實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年才被生產出來。

1.2 銣的分布

銣在地殼中很分散，至今還沒有發現單純的銣礦物。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3.75%，是提取銣的主要礦源。光鹵石中銣含量雖然不高，但儲量很大。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、紫金發現的兩個銣礦產地中，紫金縣礦床屬花崗巖類型，有獨立銣礦體，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

2.1 物理性質

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

2.2 化學性質

銣的化學性質比鉀活潑元素非常活潑，很容易被激發放射出來最外層電子。

銣遇水在表面發生爆炸并溶在水中形成堿性溶液，由于遇水反應放出大量熱，所以可使氫氣立即燃燒。甚至是溫度低到-100℃的冰接觸時，也能發生猛烈反應。在室溫和空氣中能自燃，因此必須在嚴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。

2.3 銣的提取

由于銣是一種稀散金屬，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物，這些礦物中含有痕量銣。提取銣的化合物主要方法有復鹽沉淀法、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、使用、貯存和運輸必須在嚴密隔絕空氣的裝置中進行。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

銣是制造電子器件（光電倍增管光電管）、分光光度計、自動控制、光譜測定、彩色電影、電視、雷達、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。在空間技術方面，離子推進器和熱離子能轉換器需要大量的銣；放射性銣可測定礦物年齡；此外銣的化合物應用于制藥、造紙業；還可作為真空系統的吸氣劑，可去除可能會污染系統的多余氣體。

（1）發電：銣原子的最外層電子很不穩定，很容易被激發放射出來。利用銣原子的這個特點，科學家們設計出了磁流體發電和熱電發電兩種全新的發電方式。磁流體發電是使加熱到二三千度高溫的具有導電能力的氣體，以每秒六百到一千五百米的速度通過磁極，憑借電磁感應而發出電來。熱電發電是從加熱一頭的電極發出電子，而由另一頭的電極接受，在兩個電極之間接上導線，就會有電流不斷產生和通過。這樣的發電方式簡單直截了當。熱能直接變成電能，省掉了水力和火力發電時的機械轉動部分，從而大大提高了能量的利用率。銣在這方面的廣泛應用，一定會給發電技術和能量利用帶來一場新的重大的技術革命。

（2）醫療：中藥當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，在體內的吸收率較相應的無機硫酸鹽的吸收率高2倍，甚至達到160倍左右，這必然發揮更強的生物效應。

它還有一個獨特的性質：即進入細胞膜較鉀離子更為容易，而且不帶入葡萄糖。當銣被攝入肌體后，他與鉀離子競爭而優先進入細胞；結果就減少了腫瘤細胞內鉀離子和葡萄糖的量，這對經常處于缺氧狀態的腫瘤細胞來說，就減少了葡萄糖在缺氧條件下進行酵解反應而生成的乳酸的量；使細胞液的PH值回升而趨近正常值，改善了細胞內的生理環境。由于鉀離子和葡萄糖二者的減少，使細胞內生理過程包括蛋白質和ATP的生成都受到嚴重的影響，結果是腫瘤細胞處于衰弱的饑饉狀態而被抑制了生長。國內外的實驗均證實了這一事實。因此銣元素可以說是起到了“餓死”腫瘤細胞的作用。

（3）銣原子鐘。銣的另一重要性質，就是它們所產生的輻射頻率具有長時間的穩定性。因此，可作為微波頻率標準。一種準確度極高的銣原子鐘，可以準確的測量出幾十億分之一秒的時間，它在370萬年中的走時誤差不超過一秒，這對科學研究，交通運輸，尤其是導彈、宇宙航天器來說，其重要性是不言而喻的。銣原子鐘的特點是體積小，重量輕，需要的功率小。用銣氣泡制成的磁強計，測量范圍達15000～80000伽馬（1伽馬為10-9 特斯拉）。

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

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