铼：航天工业的“闪耀明珠”

李瑞祥 邵红能

铼，被发现快一个世纪了，但对我们大多数人来说，它还是一种陌生的元素。它排列在化学元素周期表的第75位，是最晚被发现的天然元素。

铼是一种银白色金属，自然界含量很少，多用于航空航天领域，是重要的战略贵金属。铼在地壳中的含量比所有的稀土元素都少，比钻石更难以获取。根据美国地质调查局的报告，全球探明的铼储量仅为2500吨左右。

历经53年找到“铼”

早在1872年，俄罗斯化学家门捷列夫就根据元素周期律预言，在自然界中存在一个尚未被发现的、原子量约为190左右的“类锰”元素。也就是与锰、锝等类似的一种未知锰族元素。从此，科学家们就从和锰性质相似元素的矿物，如锰矿、铂矿以及铌铁矿中寻找这个元素，但却一直毫无收获。在50多年之后，对这种神秘元素的探索才出现了新进展。1925年9月5日，德国地球化学家诺达克夫妇在纽伦堡的德国化学家联合会上当众宣布，他们利用X光谱，从大量的矿物和岩石的浓缩产物中发现了一种新元素，并展示了其化合物的样品，最终揭开了这个神秘元素的面纱。

诺达克夫妇为了纪念自己祖国的母亲河—莱茵河，将这种新元素命名为“铼”（rhenium），化学元素符号Re。这样的命名，让人不禁想起居里夫人的那句名言：“科学是没有国界的，但是科学家有自己的祖国。”

铼在化学元素周期表的第75位，是沸点最高的金属元素。铼的密度为21.04克/立方厘米，熔点和沸点分别为3186℃和5596℃。这种稀有金属的熔点在所有元素中排第三（前两位为钨、钽），密度则排在第四位（前三位有铂、铱和锇）。金属铼坚硬、耐磨、耐腐蚀，在空气中十分稳定。铼不溶于盐酸，但溶于硝酸和热的浓硫酸，它也不与氢、氮作用，但能吸收氢气。铼在地壳中的含量极低，主要存在于辉钼矿中。

现在，铼及其合金被广泛应用到航空航天、电子、石油化工等领域。目前，铼的一大用途是石化工业上的催化剂。含铼的钽、钨合金被认为是最耐高温的金属合金，钨铼热电偶最高可测3100℃的高温。镀铼（如航天器金属表面）的金属可增加耐磨性，因此，铼已成为宇航、火箭和导弹等领域的重要材料。此外，用铼钨合金制造电子管阴极，寿命比钨长100倍；将铼用于制造电接触器，特别是制造海船永磁发电机接触器，经久耐用。

航空发动机的关键金属

铼可以广泛应用于喷气式发动机和火箭发动机，全球约80%的铼用于生产航空发动机，其在军事战略上有重要意义。为了维持在航空工业的优势地位，美国和其他一些西方国家常年针对中国进行材料和技术封锁。英国的航空发动机巨头罗尔斯·罗伊斯虽然在中国投资建厂，但是对中国员工层层设防，中国员工从来没有机会接触其核心技术。长期以来，航空发动机一直都是我国航空工业中的一个短板。

航空发动机中的单晶叶片是航空产品“第一关键”零件，处于温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位，直接决定了航空发动机的性能。一台1000千克的发动机中，核心部件就是60片单晶叶片。发动机将空气进行压缩之后压入燃烧室，在有限的空间内和燃料发生剧烈燃烧，产生猛烈的燃气喷射流，推动这些叶片高速旋转，迸发出惊人的动力，每一片叶片输出的马力都相当于一台2.0排量的越野汽车。据了解，一台1000千克级的发动机，高压转速接近4万转每分钟，大概的切向速度就是450米每秒钟，温度大概是1720℃。所以，生产单晶叶片，离不开稀有金属铼。

“发现”金属铼

中国境内到底有没有铼矿呢？其实，早在1983年，成都理工大学教授张如柏在四川马边、犍为、沐川境内红层砂岩中就发现了铼钼矿物。

最近一次发现大规模的铼矿则是在2010年，那是在陕西省洛南县的一个矿区，工作人员意外勘探到稀有金属铼。该矿区属于炼石有色公司旗下的一个矿山。当时此矿探明储量176吨，约占全球储量的7%，仅次于美国与俄罗斯等少数几个国家。发现铼之后，炼石有色公司分别和几家外国的航天发动机企业联系，这些企业都表示可以签订长期收购合同，即由炼石有色公司提供铼原料。在此之前，国际上認为中国没有铼这种金属。因此，这一次中国“发现”超级金属铼，引发国人强烈关注。

目前世界范围内铼的年产量为25～30吨，世界市场上每千克铼的销售价格为1500～3500美元。据了解，随着航空工业的发展，铼消费量的年均增长率为3%，虽然价格不菲，却一直处于供不应求的状态。这其中，美国是最大的铼金属消费国，控制着全球销售市场，一直处于垄断地位。

随着中国航空工业的崛起，未来中国的火箭、导弹会用铼制造高温涂层，宇宙飞船上的仪器和高温部件也会使用铼。此外，铼还在醇类脱氢、合成氨等化工生产中作为催化剂使用。随着中国军工发展的重心转移至海空方向，未来航空发动机、无人机和高速飞行器等领域将进一步发展，铼的战略价值将更为凸显。