【 以下文字转载自 Aero 讨论区 】
发信人: Lsquirrel (demon), 信区: Aero
标 题: 铼资源和航空燃气轮机
发信站: 水木社区 (Thu Jul 1 19:28:18 2010), 站内
原作：天堂风暴，首发地址：
http://www.9ifly.cn/sub/viewthread.php?tid=3853&extra=page%3D1
因为前几天在本论坛讨论中提到了铼以及航空燃气轮机材料的问题，因此这两天又去搜
索了些资料，主要参考资料为：
http://www.lipmann.co.uk/articles/istanbul.html
http://www.lipmann.co.uk/articles/Re_ten_years_on.html
这是英国Lipmann Walton公司2009年9月做的对铼资源及市场的分析报告，这个Lipmann
Walton公司乃是英国一家专营次要金属（主要为铪、锆、铼等稀有金属）贸易的上市公
司。
本文欢迎转载，著名原作者即可。
闲话少说，开始正题：
一、铼元素简介
铼，是一种重金属元素，符号为Re，原子序数为75，熔点3180度。这种元素于1925年为
德国女化学家伊达.诺达克发现，这也是整个元素周期表中仅有的两种为女性科学家所发
现的元素之一（另一个是居里夫人发现的钋）。
铼是一种很稀有的元素，在地壳中丰度为10亿分之0.4（0.0004 ppm）；作为对比，黄金
在地壳中丰度为10亿分之0.5（0.0005 ppm），因此，铼是一种比黄金还要稀缺的金属，
至少在地球上是如此。
由于铼在地壳中甚为罕见，所以目前尚未发现过单独的铼矿。现在世界上铼的开采，主
要来自斑岩铜矿，斑岩铜矿开采中产生的副产品二硫化钼中会伴生有较为丰富（和地壳
中平均水平相比）的铼；目前含铼量最高的二硫化钼来自智利的斑岩铜矿，可达150-20
0ppm。
二、铼的应用
铼在工业上最主要用途是在石化工业中做催化剂，以及作燃气轮机的热端部件的耐热材
料。航空燃气轮机使用的第二代单晶合金，例如CM公司的CMSX- 4，GE公司的Rene N5，
普惠公司的PW1484，含铼量均在3%以上。第三代单晶合金，如CM公司的CMSX-10，GE公司
的Rene N6，含铼量则在6%以上。
由于加铼可大幅改善材料的耐热和机械性能，因此1997年CM公司的冶金专家Ken Harris
提出，在发动机热端增加铼的使用可大幅改善发动机性能，他为增加使用铼后发动机性
能，画出了一幅诱人的图景：
- Turbine inlet temperatures will approach 165008C for commercial turb
ofan engines
- 100,000 lbs thrust will be reached with high fuel efficiency
- Turbine blades could be expected to last 25,000 hours
民用发动机可以有超过1900K的涡轮前温度，45吨以上的推力（还很省油），涡轮叶片2
5000小时的使用寿命，这些参数确实令人高山仰止。当然，这样下来每台发动机用铼会
大量增加。以GP7000发动机为例，共有六级需要用铼（两级高压涡轮，两级燃气导向叶
片，两级低压涡轮），按每级125片叶片，每片叶片重0.3攻击且含有3%的铼来计算，在
考虑生产损耗后，每台发动机共需要8公斤的铼
但是，这幅美好图景并没有变成现实，原因见下。
三、过去10年铼的市场情况
1997年Ken Harris提出其设想时，铼的价格仅为每公斤350美元，因此他不把经济性问题
考虑进来是可以理解的。然而随后10年，由于需求的增多，铼的价格出现了井喷式增长
：
At the time of Ken Harris’ talk in 1997 when rhenium was $350/kg ......
.the rise in prices.......force metallurgists, material scientists and engin
eers to separate their ‘wish list’ of rhenium applications from their ‘un
-substitutable list’ ........ When rhenium reached $12,000/kg in August 200
8, only a core of uses could be justified – essentially the high-pressure t
urbine where rhenium is un-substitutable.
仅仅10年间，铼的价格由每公斤350美元涨到了每公斤12000美元（当然这个数字有08年
通胀带来的泡沫，金融危机后铼价格也出现了下跌），涨幅超过 30倍。这就迫使搞材料
的和航发工程师只在绝对无法替代的地方使用铼；而目前情况下，有资格说“绝对无法
替代”的地方，也就是高压涡轮了。
四、铼资源情况
1999年时，世界上商业开采铼的国家仅有智利、美国和哈萨克斯坦。但过去10年铼价格
的疯涨显然刺激了不少其他地区铜矿开始回收伴生物中的铼；另外，有些国家可能也处
于战略考虑，对不具商业价值的铜矿回收铼加以补贴。至2009年，不仅上述三国铼产量
增加，波兰和我国也开始成规模开采铼，其中我国情况较为有意思。根据一些消息，过
去由于我国缺铼，曾一度花了很大力气开发无铼高温合金，最终无果。但按照2009年我
国铼产量看，其实并不算低。当然，上图中所提江西贵溪铜业的铼开采情况，我在网上
没能找到中文材料。因此不清楚回收铼是否具备商业价值，还是得到国家补贴？也不清
楚这些铼用途究竟如何，是否都用在耐热材料生产上，还是有其他工业用途？
由上图可知，目前铼产量最大国家为智利。但智利主要生产厂商Molymet的铼，被美国G
E公司以长期合同形式垄断（普惠和CM公司所用铼来自上图中的美国铜业公司Climax），
因此并不流入国际市场。
另外，早在1996年俄罗斯就声称在远东地区发现了火山，喷发物包含有纯铼。但是，多
年过去，至今未见有开发报道（尽管此期间铼价格如前所述，翻了30多倍）；而且地点
也变了，从最初报道的库页岛转到了北方四岛上，因此个人以为这个所谓俄罗斯远东（
无论是库页岛还是北方四岛）富有铼的说法颇值得怀疑，至少在有更多证据之前如此。
五、展望
铼既是一种稀缺元素，目前已经供不应求，价格在飞涨。即使像美国这样本身有相当规
模铼产量，还通过资本控制了智利铼产量的超级大国，近来也感到有些吃不消了，请看
下面两则报道：
http://www.lipmann.co.uk/articles/istanbul.html
GE....... reducing their Rhenium demand via ‘low-Rhenium bearing engine
alloy’ for their CFM56 and GE90 engines, in order to decrease their exposu
re. However, most delegates interpreted the move as a logical step to ration
this un-substitutable element, not replace it.
http://www.flightglobal.com/articles/2008/01/23/221026/ge-develops-new-super
alloys-to-reduce-use-of-rare-rhenium.html
General Electric is about to begin engine testing of new nickel superall
oys designed to reduce its use of rhenium, a rare metal that has increased 1
0-fold in price in recent years as demand has increased......The two new sup
eralloys - one with half the rhenium of currentmaterials and one with none,
both with the same or better properties -is the result of a two-year effor..
.....The low-rhenium alloy is used for turbine blades, which mustwithstand h
igh stress with high durability, while the rhenium-freealloy is used for sta
tic hardware such as nozzles and shrouds......The new alloys will be used fi
rst in the GE90-115B, which has thetoughest thermal cycle, and also in the C
FM56........ They will be introduced into the GEnxand military engines in th
e future.
即使世界航发领军者、世界五百强之首、财大气粗的GE公司，近年来也由于铼的供应紧
缺和价格飞涨，开始开发低铼（含铼量比第二代镍基单晶合金低一半、第三代单晶合金
低四分之三）甚至无铼高温合金（但无铼合金无法用在转子上，只能用于喷口等固定部
件）。另外，GE和少数国外冶金公司前些年已经开始了循环利用铼的尝试，打算利用报
废涡轮叶片，从镍基合金中提取出铼，做到循环利用。铼是不可再生资源，因此循环使
用无疑是解决供应问题最根本的办法。
另外，后一条报道中还提到，GE目前在设法开发彻底取代镍基单晶合金的热端材料，包
括陶瓷基复合材料，或金属间化合物（如硅化铌）：
GE ....... continues research into replacements for nickel superalloys i
n hot sections. These include ceramic matrix composites and high-temperature
intermetallic materials such as niobium silicide.
可见，目前铼的供应紧缺已经是一个非常严峻的问题，如果循环利用大规模推广的技术
问题不解决，则在未来，铼很有可能没有哪种发动机敢用，因为没有人能用得起。目前
世界航发领军企业已经在开始考虑如何使发动机摆脱对铼的依赖，这也应该是未来喷气
发动机热端材料的一个重要发展方向。
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修改:Lsquirrel FROM 120.6.58.*
FROM 120.6.58.*
附件(2.7MB) 英国Lipmann公司对铼资源和其航空应用的分析，2009.pdf