稀有金属

王爱琴

【摘 要】 稀有金属定义及作用稀有金属是指在自然界中含量少或分布稀散的金属，它们难以从原料中提取，在工业上制备和应用较晚。近年来，我国经济发展对稀有金属的需求不断上涨，国内供应情况不容乐观，供需矛盾逐渐凸显。以矿石为原料的稀有金属生产能力有限，而更多的稀有金属是分布在盐湖卤水中的。但我国储量丰富的卤水资源基本上没有得到工业规模利用。本文比较详细地介绍了铷的存在、性能、用途。特别是在发电和医疗方面将带来一场新的重大的技术革命。

【关键词】 铷的存在 性质 用途 发电 医疗

2013年7月，《南方日报》发布消息称广东省相继在武夷成矿带广东南段的紫金县、蕉岭县发现罕见巨型铷矿矿床，两处估算铷资源量360万吨以上，而此前全国查明的铷资源量也仅185万吨。这个新闻一下把人的目光聚集到铷的身上，它到底是个什么样的元素呢？

1 铷的发现和分布

1.1 铷的发现

1861年，德国化学家本生（Robert Bunsen，1811年-1899）和物理学家基尔霍夫（Gustav Kirchhoff，1824-1887）在海德堡大学，在原子光谱中看到了两条之前从未见过的强烈的宝石红色的线，证实了它们包含了一种新的元素，他们以这种颜色命名了这种元素（在拉丁语里，铷的含意是深红色）。纯净的铷金属样本一直到1928年才被生产出来。

1.2 铷的分布

铷在地壳中很分散，至今还没有发现单纯的铷矿物。原子体积：55.9立方厘米/摩尔，铷元素在宇宙中的含量：0.01ppm，铷元素在太阳中的含量：0.03ppm，铷元素在地壳中含量：90ppm，铷元素在海水中的含量：0.12ppm。锂云母中铷含量可达3.75%，是提取铷的主要矿源。光卤石中铷含量虽然不高，但储量很大。海水中含铷约0.121克/吨，很多矿泉水、盐湖卤水中也含有较多的铷。中国宜春锂云母含铷约1.2～1.4%，四川自贡地下卤水也含有铷。2013年广东蕉岭、紫金发现的两个铷矿产地中，紫金县矿床属花岗岩类型，有独立铷矿体，也有铌钽伴生铷矿体；铷主要存在云母中，部分存在钾长石中。

2 铷的性质

2.1 物理性质

常温下是固态。熔化热：2.192 kJ/mol。蒸气压：1.56×10^-4 帕（312.6K）。电负性：0.82（鲍林标度）。比热：363 J/（kg·K）。电导率7.79×10^6/（米欧姆）。热导率：58.2 W/（m·K）。莫氏硬度：0.3。铷的熔点很低，仅为38.89℃。然而它的沸点却不低，为688℃。铷的密度是1.532克/立方厘米，约是铜密度的三分之二。铷在低温时有良好的超导性

2.2 化学性质

铷的化学性质比钾活泼元素非常活泼，很容易被激发放射出来最外层电子。

铷遇水在表面发生爆炸并溶在水中形成碱性溶液，由于遇水反应放出大量热，所以可使氢气立即燃烧。甚至是温度低到-100℃的冰接触时，也能发生猛烈反应。在室温和空气中能自燃，因此必须在严密隔绝空气情况下保存在液体石蜡中。与有限量氧气作用，生成氧化铷，在过量氧气中燃烧，生成超氧化物。铷也能与卤素反应。

2.3 铷的提取

由于铷是一种稀散金属，提取纯净的铷较为困难.铷的是锂、铯等金属冶炼过程中的副产物，这些矿物中含有痕量铷。提取铷的化合物主要方法有复盐沉淀法、溶剂萃取法、离子交换法等多种。中国自贡从卤水回收铷采用磷钼酸铵沉淀法。用金属热还原法以钙还原氯化铷，用镁或碳化钙还原碳酸铷，均可制得金属铷。

金属铷由于活性大，生产、使用、贮存和运输必须在严密隔绝空气的装置中进行。80℃以下可用橡胶容器；200℃以下可用玻璃、石英、黄铜、铝或陶瓷容器；700～1000℃须用软钢、不锈钢、镍合金或镍制容器。

2.4 铷的用途和前景

铷是制造电子器件（光电倍增管光电管）、分光光度计、自动控制、光谱测定、彩色电影、电视、雷达、激光器以及陶瓷等的重要原料；铷的氢化物和硼化物可作高能固体燃料。在空间技术方面，离子推进器和热离子能转换器需要大量的铷；放射性铷可测定矿物年龄；此外铷的化合物应用于制药、造纸业；还可作为真空系统的吸气剂，可去除可能会污染系统的多余气体。

（1）发电：铷原子的最外层电子很不稳定，很容易被激发放射出来。利用铷原子的这个特点，科学家们设计出了磁流体发电和热电发电两种全新的发电方式。磁流体发电是使加热到二三千度高温的具有导电能力的气体，以每秒六百到一千五百米的速度通过磁极，凭借电磁感应而发出电来。热电发电是从加热一头的电极发出电子，而由另一头的电极接受，在两个电极之间接上导线，就会有电流不断产生和通过。这样的发电方式简单直截了当。热能直接变成电能，省掉了水力和火力发电时的机械转动部分，从而大大提高了能量的利用率。铷在这方面的广泛应用，一定会给发电技术和能量利用带来一场新的重大的技术革命。

（2）医疗：中药当中富含多种微量元素，它们都以螯合物的形式存在于药物中，在体内的吸收率较相应的无机硫酸盐的吸收率高2倍，甚至达到160倍左右，这必然发挥更强的生物效应。

它还有一个独特的性质：即进入细胞膜较钾离子更为容易，而且不带入葡萄糖。当铷被摄入肌体后，他与钾离子竞争而优先进入细胞；结果就减少了肿瘤细胞内钾离子和葡萄糖的量，这对经常处于缺氧状态的肿瘤细胞来说，就减少了葡萄糖在缺氧条件下进行酵解反应而生成的乳酸的量；使细胞液的PH值回升而趋近正常值，改善了细胞内的生理环境。由于钾离子和葡萄糖二者的减少，使细胞内生理过程包括蛋白质和ATP的生成都受到严重的影响，结果是肿瘤细胞处于衰弱的饥馑状态而被抑制了生长。国内外的实验均证实了这一事实。因此铷元素可以说是起到了“饿死”肿瘤细胞的作用。

（3）铷原子钟。铷的另一重要性质，就是它们所产生的辐射频率具有长时间的稳定性。因此，可作为微波频率标准。一种准确度极高的铷原子钟，可以准确的测量出几十亿分之一秒的时间，它在370万年中的走时误差不超过一秒，这对科学研究，交通运输，尤其是导弹、宇宙航天器来说，其重要性是不言而喻的。铷原子钟的特点是体积小，重量轻，需要的功率小。用铷气泡制成的磁强计，测量范围达15000～80000伽马（1伽马为10-9 特斯拉）。

（4）特种玻璃。氧化铷可用以调整光学玻璃的密度和折射率，并可用来生产光敏玻璃和光色玻璃。硝酸铷还可用作化学钢化玻璃的熔剂，以提高玻璃的抗张强度。铸铝合金中加入0.01～1%的铷，可以改善其力学性能。

铷的新用途，开辟了铷应用的广阔前景。目前，发达国家铷的应用主要集中在高科技领域，有80%的铷和70%的铯用于开发高新技术，只有20%的铷和30%的铯用于传统应用领域。由于世界能源日趋紧缺，人们都在寻求新的能量转换方法，以提高效率和节约燃料，减少环境污染。铯和铷在新能量转换中的应用显示了光明的前景，并引起世界能源界的注目。