錸：航天工業的“閃耀明珠”

李瑞祥 邵紅能

錸，被發現快一個世紀了，但對我們大多數人來說，它還是一種陌生的元素。它排列在化學元素周期表的第75位，是最晚被發現的天然元素。

錸是一種銀白色金屬，自然界含量很少，多用于航空航天領域，是重要的戰略貴金屬。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。根據美國地質調查局的報告，全球探明的錸儲量僅為2500噸左右。

歷經53年找到“錸”

早在1872年，俄羅斯化學家門捷列夫就根據元素周期律預言，在自然界中存在一個尚未被發現的、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，科學家們就從和錳性質相似元素的礦物，如錳礦、鉑礦以及鈮鐵礦中尋找這個元素，但卻一直毫無收獲。在50多年之后，對這種神秘元素的探索才出現了新進展。1925年9月5日，德國地球化學家諾達克夫婦在紐倫堡的德國化學家聯合會上當眾宣布，他們利用X光譜，從大量的礦物和巖石的濃縮產物中發現了一種新元素，并展示了其化合物的樣品，最終揭開了這個神秘元素的面紗。

諾達克夫婦為了紀念自己祖國的母親河—萊茵河，將這種新元素命名為“錸”（rhenium），化學元素符號Re。這樣的命名，讓人不禁想起居里夫人的那句名言：“科學是沒有國界的，但是科學家有自己的祖國。”

錸在化學元素周期表的第75位，是沸點最高的金屬元素。錸的密度為21.04克/立方厘米，熔點和沸點分別為3186℃和5596℃。這種稀有金屬的熔點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）。金屬錸堅硬、耐磨、耐腐蝕，在空氣中十分穩定。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。

現在，錸及其合金被廣泛應用到航空航天、電子、石油化工等領域。目前，錸的一大用途是石化工業上的催化劑。含錸的鉭、鎢合金被認為是最耐高溫的金屬合金，鎢錸熱電偶最高可測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、火箭和導彈等領域的重要材料。此外，用錸鎢合金制造電子管陰極，壽命比鎢長100倍；將錸用于制造電接觸器，特別是制造海船永磁發電機接觸器，經久耐用。

航空發動機的關鍵金屬

錸可以廣泛應用于噴氣式發動機和火箭發動機，全球約80%的錸用于生產航空發動機，其在軍事戰略上有重要意義。為了維持在航空工業的優勢地位，美國和其他一些西方國家常年針對中國進行材料和技術封鎖。英國的航空發動機巨頭羅爾斯·羅伊斯雖然在中國投資建廠，但是對中國員工層層設防，中國員工從來沒有機會接觸其核心技術。長期以來，航空發動機一直都是我國航空工業中的一個短板。

航空發動機中的單晶葉片是航空產品“第一關鍵”零件，處于溫度最高、應力最復雜、環境最惡劣的部位，直接決定了航空發動機的性能。一臺1000千克的發動機中，核心部件就是60片單晶葉片。發動機將空氣進行壓縮之后壓入燃燒室，在有限的空間內和燃料發生劇烈燃燒，產生猛烈的燃氣噴射流，推動這些葉片高速旋轉，迸發出驚人的動力，每一片葉片輸出的馬力都相當于一臺2.0排量的越野汽車。據了解，一臺1000千克級的發動機，高壓轉速接近4萬轉每分鐘，大概的切向速度就是450米每秒鐘，溫度大概是1720℃。所以，生產單晶葉片，離不開稀有金屬錸。

“發現”金屬錸

中國境內到底有沒有錸礦呢？其實，早在1983年，成都理工大學教授張如柏在四川馬邊、犍為、沐川境內紅層砂巖中就發現了錸鉬礦物。

最近一次發現大規模的錸礦則是在2010年，那是在陜西省洛南縣的一個礦區，工作人員意外勘探到稀有金屬錸。該礦區屬于煉石有色公司旗下的一個礦山。當時此礦探明儲量176噸，約占全球儲量的7%，僅次于美國與俄羅斯等少數幾個國家。發現錸之后，煉石有色公司分別和幾家外國的航天發動機企業聯系，這些企業都表示可以簽訂長期收購合同，即由煉石有色公司提供錸原料。在此之前，國際上認為中國沒有錸這種金屬。因此，這一次中國“發現”超級金屬錸，引發國人強烈關注。

目前世界范圍內錸的年產量為25～30噸，世界市場上每千克錸的銷售價格為1500～3500美元。據了解，隨著航空工業的發展，錸消費量的年均增長率為3%，雖然價格不菲，卻一直處于供不應求的狀態。這其中，美國是最大的錸金屬消費國，控制著全球銷售市場，一直處于壟斷地位。

隨著中國航空工業的崛起，未來中國的火箭、導彈會用錸制造高溫涂層，宇宙飛船上的儀器和高溫部件也會使用錸。此外，錸還在醇類脫氫、合成氨等化工生產中作為催化劑使用。隨著中國軍工發展的重心轉移至海空方向，未來航空發動機、無人機和高速飛行器等領域將進一步發展，錸的戰略價值將更為凸顯。