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）“這鈧元素提取成本太高，何時才能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用？”科研人員望著實(shí)驗數(shù)據(jù)，
滿心憂慮。第21號元素鈧，曾因提取難、產(chǎn)量少，長期被西方壟斷，價格居高不下，
每千克高達(dá)4000美元，應(yīng)用也受限。但中國科研團(tuán)隊歷經(jīng)20年艱苦攻關(guān)，
突破重重技術(shù)壁壘，成功攻破西方壟斷局面，使鈧的價格暴跌至200美元。那么，
中國究竟是如何做到這一點(diǎn)的？在這漫長的科研歷程中，又有著哪些不為人知的艱辛與挑戰(zhàn)？
1 鈧之覺醒1879 年秋日的斯德哥爾摩，寒意已悄然彌漫在空氣中。
瑞典化學(xué)家拉爾斯?尼爾森站在實(shí)驗室的工作臺前，目光緊鎖著一塊表面粗糙的黑釔鈮礦。
這塊來自斯堪的納維亞半島的礦石，他已持續(xù)研究了八個多月，
反復(fù)進(jìn)行研磨、溶解、分離等實(shí)驗步驟，卻始終未能發(fā)現(xiàn)期待中的新元素蹤跡。
實(shí)驗室里擺放著各種玻璃器皿和精密儀器，墻上掛著的元素周期表已略顯陳舊。
尼爾森戴著護(hù)目鏡，手持鑷子，小心翼翼地將礦石樣本放入坩堝，
進(jìn)行新一輪的高溫熔融實(shí)驗。當(dāng)他將樣本制成的光譜樣品放在光譜儀下觀察時，
一條微弱的光譜線突然映入眼簾。他立即調(diào)整儀器參數(shù)，反復(fù)進(jìn)行了 12 次光譜分析，
并與已知元素的光譜數(shù)據(jù)逐一比對。經(jīng)過整整三天的嚴(yán)謹(jǐn)驗證，尼爾森終于確定，
這是一種從未被人類發(fā)現(xiàn)的全新金屬元素。他懷著激動的心情，
用故鄉(xiāng)斯堪的納維亞（Scandinavia）的拉丁名，
將這種新元素命名為 ——鈧（Scandium），元素符號定為 Sc。這一天，
成為了人類與第 21 號元素的首次相遇。然而，這次相遇卻開啟了鈧元素漫長的沉寂期。
在接下來的近百年時間里，鈧元素就像被擱置在科學(xué)歷史書架角落的書籍，少有人問津。
這并非因為它缺乏獨(dú)特性。事實(shí)上，
鈧元素具有一系列優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)：它的密度僅為 2.99 克 / 立方厘米，
與鋁的密度 2.7 克 / 立方厘米相近，
但抗拉強(qiáng)度卻能達(dá)到鋁合金的 1.8 倍；熔點(diǎn)高達(dá) 1541℃，
在 1200℃的高溫環(huán)境中，依然能保持穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)。但鈧元素面臨著兩大難題。
其在地殼中的平均含量僅為 0.0022%，
比黃金的 0.0000004% 含量高出許多倍，卻依然屬于稀有金屬。更關(guān)鍵的是，
鈧極少以獨(dú)立礦物形式存在，常常伴生于鈦礦、鋁土礦、鎢礦等礦石中。以鈦鐵礦為例，
每噸礦石中平均僅含鈧元素 10 - 20 克，提取難度極大。20 世紀(jì)初期，
工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)Σ牧系男枨笾饕性诟邚?qiáng)度和高韌性方面。
鋼鐵憑借其每平方厘米能承受 50 - 100 公斤壓力的強(qiáng)度，
成為工業(yè)制造的首選材料。當(dāng)時普遍認(rèn)為，材料重量與堅固程度呈正相關(guān)，
輕便材料反而被視為性能不佳的象征。在這樣的行業(yè)背景下，
鈧元素的優(yōu)異性能未能得到施展空間。即便在兩次世界大戰(zhàn)期間，
各國對新型材料的研發(fā)投入大幅增加，鋁合金、鎂合金、鈦合金等輕金屬材料成為研究熱點(diǎn)。
例如，1940 年美國鋁業(yè)公司研發(fā)的 2024 鋁合金，被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)蒙皮制造，
但鈧元素依然未引起工業(yè)界的關(guān)注。這種局面直到 20 世紀(jì) 60 年代才出現(xiàn)轉(zhuǎn)機(jī)。
隨著航空航天工業(yè)的快速發(fā)展，飛行器對材料的性能要求不斷提高。
以波音 707 客機(jī)為例，其最大起飛重量為 150 噸，
若能減輕 1 公斤結(jié)構(gòu)重量，每年可節(jié)省燃油消耗約 3000 升。
但當(dāng)時廣泛應(yīng)用的 2024 鋁合金和 7075 鋁合金，
在強(qiáng)度提升至 500 - 600 兆帕后，材料韌性顯著下降，
在低溫環(huán)境下易發(fā)生脆性斷裂。1971 年，
美國聯(lián)合碳化物公司的材料研究團(tuán)隊將目光投向了鈧元素。
他們在純度為 99.5% 的工業(yè)純鋁中，添加了 0.2% 的鈧元素，
通過熔煉、鍛造、熱處理等 18 道工藝制成新型合金材料。
經(jīng)過拉伸強(qiáng)度測試、沖擊韌性測試、高溫蠕變測試等一系列實(shí)驗，
結(jié)果顯示：這種鈧鋁合金的抗拉強(qiáng)度達(dá)到 750 兆帕，
比普通鋁合金提升了 35%；在 - 50℃低溫環(huán)境下，
沖擊韌性值依然保持在 30 焦耳 / 平方厘米以上。
其在 400℃高溫環(huán)境中的強(qiáng)度保留率達(dá)到 80%，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)鋁合金的性能表現(xiàn)。
這一研究成果迅速在航空航天領(lǐng)域引起轟動。
波音公司、洛克希德公司、麥道公司等航空巨頭紛紛開展相關(guān)研究。但現(xiàn)實(shí)難題隨之而來，
當(dāng)時全球鈧元素年產(chǎn)量僅為 800 千克，
而一架波音 747 客機(jī)的結(jié)構(gòu)部件若全部采用鈧鋁合金，
預(yù)計需要消耗 35 千克鈧元素。并且，鈧元素的提取工藝涉及 12 道化學(xué)分離工序，
生產(chǎn)成本高達(dá)每千克 20000 美元，使得大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用難以實(shí)現(xiàn)。
這種困境一直持續(xù)到蘇聯(lián)解體。蘇聯(lián)時期，
在哈薩克斯坦的烏斯季 - 卡緬諾戈爾斯克等地建立了全球領(lǐng)先的鈧元素提取生產(chǎn)線。
蘇聯(lián)解體后，這些技術(shù)和產(chǎn)能開始流向國際市場，為鈧元素的應(yīng)用發(fā)展帶來了新的契機(jī)。
2 鈧戰(zhàn)風(fēng)云1991 年，蘇聯(lián)解體這一重大歷史事件引發(fā)了全球范圍內(nèi)的深刻變革。
在這場巨變的浪潮中，一場圍繞鈧元素的商業(yè)博弈正悄然拉開帷幕，
而大多數(shù)人對此毫無察覺。俄羅斯鋁業(yè)巨頭 RUSAL 的前身，
早在蘇聯(lián)時期就已掌握了全球領(lǐng)先的鈧元素提取技術(shù)?；厮莸?20 世紀(jì) 70 年代，
蘇聯(lián)的科研團(tuán)隊在電解鋁生產(chǎn)研究中發(fā)現(xiàn)，在特定的電解工藝條件下，
鈧元素會作為副產(chǎn)品從鋁土礦原料中分離出來。
通過對電解槽結(jié)構(gòu)、電解質(zhì)成分等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行工藝改進(jìn)，
原本高昂的鈧提取成本有望大幅降低。然而，在當(dāng)時計劃經(jīng)濟(jì)體制下，
科研成果轉(zhuǎn)化機(jī)制并不完善，這項極具潛力的技術(shù)被長期擱置在實(shí)驗室的檔案柜中。
蘇聯(lián)解體后的經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型期，RUSAL 迅速抓住機(jī)遇，將這項沉睡多年的技術(shù)推向產(chǎn)業(yè)化。
他們依托西伯利亞地區(qū)儲量高達(dá)數(shù)十億噸的鋁土礦資源，
在葉卡捷琳堡等地建立起現(xiàn)代化的生產(chǎn)基地。1993 年，
全球第一條大規(guī)模鈧生產(chǎn)線正式投產(chǎn)，鈧元素年產(chǎn)量從過去的幾十公斤躍升至 3 噸，
這樣的產(chǎn)量提升在當(dāng)時的行業(yè)內(nèi)堪稱突破性進(jìn)展。但 RUSAL 并未急于擴(kuò)大市場供應(yīng)，
而是精心制定了市場策略。他們嚴(yán)格控制生產(chǎn)線的開工率，
每年僅向國際市場投放 1 - 2 噸鈧產(chǎn)品。在 1995 - 2000 年間，
全球鈧市場需求呈現(xiàn)穩(wěn)步增長趨勢，但供應(yīng)端的人為限制，
使得鈧的價格從每噸 20 萬美元一路攀升至 60 萬美元，
6 年間漲幅高達(dá) 200%。與此同時，大洋彼岸的美國企業(yè)也在積極布局。
Brush Beryllium Company）專注于鈧元素的高端應(yīng)用領(lǐng)域研發(fā)。
他們投入大量資金組建專業(yè)科研團(tuán)隊，經(jīng)過多年攻關(guān)，成功開發(fā)出電子束區(qū)域熔煉技術(shù)。
這項技術(shù)能夠?qū)⑩傇氐募兌忍嵘?99.99%，
滿足航空航天領(lǐng)域?qū)诵牟考牧系膰?yán)苛要求。例如，在制造衛(wèi)星的推進(jìn)系統(tǒng)關(guān)鍵部件時，
這種超高純鈧材料能顯著提升部件的耐高溫和抗腐蝕性能。
Materion 公司圍繞該技術(shù)申請了一系列核心專利，
僅在 2000 - 2010 年間，就獲得了超過 80 項相關(guān)專利授權(quán)，
構(gòu)建起嚴(yán)密的技術(shù)專利壁壘。任何企業(yè)若想生產(chǎn)同類高純度鈧產(chǎn)品，
必須向其支付產(chǎn)品銷售額 5 - 10% 的專利許可費(fèi)用。澳大利亞則另辟蹊徑，
從資源端尋求突破。
andium International Mining 公司在新南威爾士州勘探時，
發(fā)現(xiàn)了全球獨(dú)一無二的 Nyngan 獨(dú)立鈧礦床。
該礦床鈧元素平均品位達(dá)到 0.05%，雖然總儲量約為 500 噸，
相較于其他金屬礦不算龐大，但勝在可以獨(dú)立開采，無需依賴其他金屬生產(chǎn)的副產(chǎn)品。
公司采用露天開采結(jié)合濕法冶金的工藝，將每噸鈧的開采成本控制在 1.5 萬美元左右，
在全球鈧資源市場中具備較強(qiáng)的成本競爭力。通過自主控制開采進(jìn)度和產(chǎn)量，
該公司能夠靈活調(diào)節(jié)市場供應(yīng)，穩(wěn)定鈧的市場價格。
這三家企業(yè)逐漸形成了穩(wěn)固的產(chǎn)業(yè)分工格局：RUSAL 憑借規(guī)?；a(chǎn)優(yōu)勢，
承擔(dān)著全球 80% 以上的普通鈧產(chǎn)品供應(yīng)；Materion 公司憑借技術(shù)壟斷，
um International Mining 公司則掌控著全球唯一獨(dú)立鈧礦資源，
在資源端擁有絕對話語權(quán)。這種三足鼎立的局面，給后來者設(shè)置了重重障礙。在專利方面，
截至 2010 年，全球與鈧相關(guān)的核心專利數(shù)量達(dá)到 537 項，
其中西方企業(yè)持有 510 項，占比高達(dá) 95%。從鈧元素的萃取分離工藝，
到鈧鋁合金的熱處理技術(shù)，再到鈧加工專用設(shè)備的設(shè)計，每個關(guān)鍵環(huán)節(jié)都被專利嚴(yán)密覆蓋。
在技術(shù)設(shè)備領(lǐng)域，
《瓦森納協(xié)定》將鈧提煉所需的萃取塔、電解精煉裝置等關(guān)鍵設(shè)備列入出口管制清單。
2012 年，中國某企業(yè)曾嘗試從德國采購一套鈧精煉設(shè)備，
設(shè)備報價高達(dá) 1200 萬歐元，且需經(jīng)過德國政府、歐盟委員會等多層審批。
歷經(jīng) 18 個月的漫長申請流程后，最終因所謂的 “安全風(fēng)險” 被拒絕。
人才流動同樣面臨諸多限制。據(jù)行業(yè)統(tǒng)計，
全球精通鈧元素提取、加工技術(shù)的專業(yè)人才不足 100 人。
西方企業(yè)通過提供百萬美元級別的年薪、股權(quán)期權(quán)激勵等優(yōu)厚待遇，
與這些專家簽訂長達(dá) 5 - 10 年的競業(yè)限制協(xié)議。
中國學(xué)者想要參與國際鈧技術(shù)學(xué)術(shù)交流活動，常常遭遇主辦方的無端阻撓。2015 年，
中國某高校的鈧研究團(tuán)隊申請參加在加拿大舉辦的國際稀有金屬學(xué)術(shù)會議，
申請材料被以 “不符合參會標(biāo)準(zhǔn)” 為由駁回，
而實(shí)際參會的多數(shù)國外團(tuán)隊研究水平與中方相近。當(dāng)時的中國，
鈧元素年需求量僅為 300 公斤左右，主要應(yīng)用于高?？蒲许椖亢蜕倭寇姽ぴ囼灐?/p>
國內(nèi)企業(yè)所需的鈧產(chǎn)品全部依賴進(jìn)口，進(jìn)口單價高達(dá)每公斤 4000 美元。
即便愿意支付高價，也難以保障穩(wěn)定供應(yīng)。西方供應(yīng)商常以 “產(chǎn)能不足” 為由，
要求中國客戶簽訂 5 - 10 年的長期采購合同，
并附加披露產(chǎn)品最終用途、限制轉(zhuǎn)售等苛刻條款。在國際鈧市場中，
中國企業(yè)只能被動接受交易條件，處于產(chǎn)業(yè)鏈的末端。但誰也沒有料到，
在看似堅不可摧的行業(yè)格局之下，中國西南地區(qū)一家名不見經(jīng)傳的鋼鐵廠里，
一次偶然的發(fā)現(xiàn)，即將打破這一困局，為中國鈧產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來新的轉(zhuǎn)機(jī)。
3 鈧途破局2003 年盛夏，四川攀枝花這座以鋼鐵產(chǎn)業(yè)聞名的城市，
被熾熱的陽光持續(xù)炙烤著。白天，柏油馬路在高溫下微微發(fā)軟，
街邊的梧桐樹葉子蔫頭耷腦；夜晚，空氣中依然彌漫著煉鋼爐殘留的金屬焦糊味與塵土氣息。
在攀鋼集團(tuán)的鈦白粉生產(chǎn)車間里，40 攝氏度的高溫環(huán)境下，
化驗員小李正按照每日工作流程，對生產(chǎn)廢液進(jìn)行成分檢測。車間內(nèi)，
乳白色的廢液順著管道汩汩流入檢測區(qū)。這些以往被視作工業(yè)負(fù)擔(dān)的液體，
通常經(jīng)過簡單中和處理后，就通過專用管道排放到指定填埋場。
小李將樣品注入原子吸收光譜儀，
儀器屏幕上突然跳出一個陌生的信號峰 ——這與他過去三年記錄的廢液成分圖譜截然不同。
他皺起眉頭，反復(fù)檢查儀器參數(shù)，更換試劑重新取樣檢測了三次，
異常信號峰始終頑固地存在。
當(dāng)樣品被送到配備電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP - MS）的精密實(shí)驗室后，
檢測結(jié)果令整個技術(shù)部門震驚：廢液中鈧元素的濃度達(dá)到了 87ppm，