沒有稀土,世界會怎樣?
2012年05月16日 8:53 4412次瀏覽 來源: 北京日報 分類: 稀土
資料圖片:2012年2月2日,江蘇南通港口集團(tuán)江海分公司正在裝運(yùn)出口稀土礦石。
新聞背景
本月13日,美國聯(lián)合歐盟和日本向世界貿(mào)易組織提起的針對中國限制稀土出口的貿(mào)易訴訟已到60天時限,依據(jù)規(guī)則,美歐日有可能要求WTO成立工作小組進(jìn)行調(diào)查。
西方國家為何在稀土問題上如此較勁兒?日前,由中國科協(xié)舉辦的“科學(xué)家與媒體面對面”活動上,權(quán)威專家圍繞“稀土與我們的日常生活”主題進(jìn)行了講演交流。許多讀者可能還沒有注意到,稀土與我們的現(xiàn)代生活已經(jīng)有了如此緊密的聯(lián)系,以至于如果沒有了它們,許多身邊司空見慣的事物根本就不可能出現(xiàn)。
稀土,如果只是望文生義地理解,大約是一種十分稀少的土壤。其實(shí),這個名詞來自于當(dāng)年發(fā)現(xiàn)它們時的誤解,而實(shí)際上,稀土并不稀少,當(dāng)然也不是什么土壤,它是17種某些性能相近的金屬元素的統(tǒng)稱。1787年,發(fā)現(xiàn)了稀土的第一個元素,直到1945年,才發(fā)現(xiàn)了稀土的最后一個元素,加起來有將近兩百年的歷史。
2009年9月28日美國《華爾街日報》稱,如果沒有稀土,“我們將不再有電視屏幕、電腦硬盤、光纖電纜、數(shù)碼相機(jī)和大多數(shù)醫(yī)療成像設(shè)備。”“沒有稀土,你還得告別航天發(fā)射和衛(wèi)星,全球的煉油系統(tǒng)也會停轉(zhuǎn)。”
特殊電子結(jié)構(gòu)讓稀土具有奇妙特性
稀土實(shí)際上是17個元素的總稱,是元素周期表57-71號的15個鑭系元素,再加上和它性質(zhì)相近的21號鈧和39號釔元素的總稱。
稀土分類的方法多種多樣,目前比較通行的分類方法就是分為輕稀土和中重稀土。
稀土的電子層結(jié)構(gòu)跟別的元素不太一樣,有個4f電子層,外面的電子數(shù)是一樣的,它們的性質(zhì)非常接近。稀土元素由于特殊的原子核外電子結(jié)構(gòu),而體現(xiàn)出其他諸多元素所不具備的光、電、磁、熱等特性,將其加入到傳統(tǒng)材料中之后,可賦予這些材料新的特性和性能,并可應(yīng)用于許多高新技術(shù)領(lǐng)域。
中國稀土學(xué)會副秘書長張安文說,稀土發(fā)現(xiàn)以前,人類也能生活,但發(fā)現(xiàn)和運(yùn)用了稀土以后,我們的生活更精彩??梢哉f,現(xiàn)代高新技術(shù)很多都離不開稀土。
稀土的應(yīng)用是十分廣泛的。主要可以分為發(fā)光材料、永磁材料、貯氫材料等幾個領(lǐng)域。
沒有稀土就沒有彩色電視機(jī)
中國稀土學(xué)會發(fā)光專業(yè)委員會副主任委員莊衛(wèi)東說,發(fā)光是早期最重要的稀土應(yīng)用方向,現(xiàn)在也依然非常重要。它的特點(diǎn)是使用重稀土,主要起到激活劑的作用。
發(fā)光領(lǐng)域最主要的應(yīng)用分兩大方面,第一就是顯示?,F(xiàn)在家家戶戶基本上離不開彩電,但很少有人知道,電視原來只能看到黑白電視,只有有了稀土發(fā)光材料,才能出現(xiàn)彩色電視。
說到顯示,計算機(jī)、手機(jī)、照相機(jī)……哪一樣也離不開顯示器,而它們都要用到稀土發(fā)光材料。
發(fā)光領(lǐng)域應(yīng)用的另一方面是照明。原來沒有稀土之前也可以照明,愛迪生發(fā)明的燈泡是不用稀土的,后來的日光燈也可以不含稀土。但是有了稀土以后,制作出來的節(jié)能燈光效提高,顯色效果也變好,各種各樣的裝飾效果也都可以出來,讓照明進(jìn)入了一個新的時代。下一代運(yùn)用稀土的光源是LED燈,因?yàn)樗容^貴,老百姓現(xiàn)在還很少用,實(shí)際上它的光效比節(jié)能燈更好,一些公共應(yīng)用的領(lǐng)域目前正在逐漸展開使用。
還有稀土的長余輝發(fā)光材料,在地鐵里可以看到,沒電的時候也可以發(fā)光,可以指引逃生。
在這些發(fā)光材料中,稀土的用量雖然不多,卻不可缺少,就好比“維生素”一樣不可或缺。
每個人身上都可能有四五塊稀土
鋼鐵研究總院教授、博導(dǎo)朱明剛說,如果在發(fā)光材料中稀土相當(dāng)于“維生素”,那么對于稀土永磁等功能材料來說,已經(jīng)是“骨架”的概念了,它的用量占到總用量的30%左右。
稀土永磁材料最大的應(yīng)用在電機(jī)上。稀土永磁電機(jī)的好處就是體積小而且效率高。比如過去我們用鐵氧體的電機(jī)在電梯上,不但體積大,而且一年需要維修好多次。稀土永磁電機(jī)安全可靠性比較好,可以大大減少維修工作量以及由此帶來的麻煩。
現(xiàn)在到醫(yī)院檢查普遍用到核磁共振,這里面使用的就是稀土永磁材料,大概每一臺用2噸至5噸。相比之下,如果使用鐵氧體就需要20噸。我們現(xiàn)在用的高效、節(jié)能變頻空調(diào),也需要用到稀土永磁材料。
現(xiàn)代高技術(shù)產(chǎn)品中很多都需要用到稀土材料,比如電腦硬盤驅(qū)動器里的驅(qū)動電機(jī)需要稀土永磁材料,手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)要用到稀土永磁材料,耳機(jī)要用到稀土高頻材料,甚至眼鏡中也會用到稀土材料??梢哉f,我們每個人身上都可能有四五塊稀土。
電動汽車發(fā)展對稀土有極大需求
朱明剛說,稀土另一個重要的用途就是作為稀土貯氫材料。我們現(xiàn)在所有的五號、七號充電電池,大部分是鎳氫電池,這種材料是上世紀(jì)六十年代飛利浦公司發(fā)現(xiàn)的,具有優(yōu)異的貯氫性能。
稀土作為貯氫材料,電動汽車將是最大的一個應(yīng)用市場,電動汽車最需要解決的是兩個問題,一個是驅(qū)動電機(jī),需要用到永磁材料,再有就是電池的問題。過去的電池,放六個月電量就衰減70%,放到兩年就衰減沒了?,F(xiàn)在研究的下一代電池,自放電率非常少,到了三年的時候,還有75%,一節(jié)放電率低的鎳氫電池可以充電使用一千到兩千次。
導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)離不開稀土材料
有人把稀土金屬稱為“戰(zhàn)爭金屬”,幾乎所有高科技武器都有稀土的身影。稀土永磁材料主要用于制造慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的各類陀螺儀、加速度計、力矩電機(jī)等核心慣性測量元件,這些測量元件主要用于測量飛機(jī)、艦船、導(dǎo)彈等物體的運(yùn)動參數(shù),計算出實(shí)際運(yùn)動的軌跡,使打擊精度更高?,F(xiàn)在幾乎所有的導(dǎo)彈上都使用這種慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。
在伊拉克戰(zhàn)爭中,為什么美國的M1坦克總是能夠先發(fā)現(xiàn)敵情并進(jìn)行準(zhǔn)確打擊?因?yàn)樵撎箍搜b備了稀土材料的激光測距機(jī),這種測距機(jī)在晴朗的白天觀瞄距離可以達(dá)到4000米,而普通T-72坦克的激光測距機(jī)在相同的條件下測距不超過2000米。
我國的潛艇,過去噪聲比較大,一出去就被別人發(fā)現(xiàn)了?,F(xiàn)在改用永磁電機(jī)推進(jìn)的核潛艇,靜音效果是非常好的。
其實(shí),除了我們上面列舉的這些,稀土應(yīng)用的廣泛簡直可以出乎你的意料。比如,現(xiàn)代紡織品用稀土去染色,色彩非常鮮艷,在不同的陽光下有不同的顏色。稀土用到化妝品防曬霜上可以把紫外線轉(zhuǎn)為紅外線,減少紫外線對皮膚的灼傷,還有增白的效果??梢哉f,在現(xiàn)代世界中,稀土已經(jīng)滲透到我們生活的各個方面。
延伸閱讀
高科技領(lǐng)域中供應(yīng)最緊張 中、重稀土號稱“戰(zhàn)略元素”
正如前面所說,稀土并不稀,它在地殼中的含量,甚至比我們常見的銅都要多,是金的三萬倍。
盡管稀土并不稀少,但它分布極其分散,具有工業(yè)開采價值的礦床很少,因此,稀土仍然是非常稀缺的資源。
人們常說的一句話是:“中東有石油,中國有稀土”。的確,中國是世界上稀土資源最豐富的國家。但事實(shí)上,世界其他地方的稀土資源也并不少。
據(jù)2011年美國公布的數(shù)據(jù),全球稀土資源的相對比例是:中國占了48.3%,俄羅斯占到16.7%,美國占到11.4%,印度、澳大利亞等世界很多國家都有分布。張安文認(rèn)為,由于我國公布了很多貯量,而世界上很多國家并沒有公布,因此上面的數(shù)據(jù)很可能把中國占有的比例估計得過高了。
我國的稀土資源主要集中在內(nèi)蒙古的包頭和以江西贛州為代表的南方七省。其中北方主要是輕稀土,而南方資源中以中、重稀土更為突出。
目前,在高科技領(lǐng)域中供應(yīng)最緊張的是中、重稀土,也就是大家經(jīng)常提到的銪、鋱和鏑等元素。而我國的稀土資源中,這些稀缺元素有很好的配分,這也正是國外格外重視中國的稀土資源,把中、重稀土當(dāng)成戰(zhàn)略資源、戰(zhàn)略元素來對待的原因。
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