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制造一部手机所使用到的元素在60种到64种之间,其中包括铜、铝、铁以及稀土元素等,有的元素仅仅需要1毫克甚至更少,但它们对手机来说却是至关重要、必不可少的。
人们难免会有这样的担忧:现代社会赖以支撑的矿产资源有一天会不会枯竭?究竟哪一种资源会率先走向枯竭?科学家们认为,资源并不会枯竭。但这并不一定是个好消息,因为资源虽然不会枯竭,但在不久的将来出现的原材料供应情况令人深感忧虑。
任何资源都不会“耗尽”
对资源“耗尽”,科学家是这样理解的:首先,证明一种资源已经被耗尽几乎是不可能的,因为我们并没有对地球的每一寸区域做到了如指掌;其次,在接近“耗尽”这个点时,剩余资源的价格会迅速飙升,迫使人们不得不转而寻找其他替代品。例如,20世纪80年代,对冰晶石(用于制铝工业)的开采因为剩余储备太少失去开采价值而停滞,在此之后,人工合成的替代品取代了冰晶石。
从历史上看,如果一种元素走向枯竭,人们便会寻找性能相当的替代品。可惜的是,优秀的替代品很难找到。在最近的一项研究中,耶鲁大学的工业生态学中心负责人托马斯·格拉德尔和他的同事们试图寻找62种金属的最佳替代品。在这些金属中,有12种金属没有找到能够满足主要用途的替代品。62种金属中,能够满足所有用途的替代品更是一个也没找到。一旦使用性能较差的替代材料,电脑的运算速度会变慢,发动机的效率会下降。
地球上最稀缺的元素
有研究指出,如果按照地壳中的比重以及对人类社会的重要性来说,铑是地球上最稀缺的元素,紧随其后的是金、铂和碲。
铑铑属于铂族金属(铂族金属还包括铂、钯、铱、锇、钌),铂族金属与金、银一样属于稀贵金属,在地球上的含量极少。铂族金属广泛用于石油、汽车、电子、化工、原子能以及环保行业,它们在这些工业中用量不大,但起着关键作用,故有“工业维生素”之称。其中铑在铂族金属中更是稀有中的稀有,其最主要用途是作为汽车尾气净化催化剂,可减少汽车有害物质排放。随着汽车产量日益增长以及环保标准日趋严格,未来汽车工业对铑的需求还将不断增加。
碲碲是一种稀有元素,在地壳中含量与金差不多,也是地壳中含量最少的半导体元素。碲的消耗量超过一半用在冶金工业中,以改善钢的性能。碲的化合物还是制造太阳能薄膜电池的主要原料。未来几十年里,碲必将成为非常重要的战略资源之一。
铋铋被公认为是一种安全无毒的“绿色金属”,广泛应用于医药、半导体、超导体、电子陶瓷等领域。由于铋的绿色特性,它在许多领域有望替代有毒金属铅的使用。可是,尽管铋的需求不断增长,但受资源限制的影响,铋的产量则在不断下降。
铟铟属稀缺战略金属,在地壳中的分布量不仅小还极其分散,只是作为锌和其他一些金属矿中的杂质存在。液晶显示器和平板电脑、智能手机的屏幕对铟的需求占主导地位。此外,在太阳能电池、电子信息、国防军事、航天航空、核工业领域也具有极其重要的战略价值。
锑锑是我国储量、产量占世界第一的稀有小金属,其消费的主要领域是在阻燃剂、铅酸蓄电池、催化剂及玻璃工业等领域。中国以全球三分之一的储量,承担着世界九成以上的锑供应。
钨钨是世界上最硬的金属,在工业钻头、刀具等领域无可替代,因此被称为“工业牙齿”。钨与锑、锡、稀土并称为中国的四大战略资源。
镓镓作为新一代半导体材料,被誉为“电子工业脊梁”,广泛应用在智能手机、LED灯、太阳能发电、军事、医疗等领域。
钴钴有“工业味精”之称,是非常稀缺的战略资源之一。绝大部分的钴用于锂离子电池的正极材料,每个手机电池中约含6.6克钴,而每辆新能源汽车所需要钴为10千克以上。可见,未来钴的需求将呈现爆发式增长。
稀土元素稀土元素是钪、钇和镧系元素共17种金属元素的通称。稀土元素被广泛应用于国防工业、冶金、机械、石油、化工、玻璃、陶瓷、纺织、皮革、农牧养殖等各个领域,如在钢铁和有色金属中,只要加入极少量稀土元素就能明显改善金属材料各项性能。
附表为英国地质调查局发布的“2012风险名单”,名单详细列举了几十种具有经济价值但存在供应风险的元素(元素组)。风险指数数字越大,说明风险越高。
元素/元素组供应量风险指数主要供应国
稀土元素9.5中国
钨9.5中国
锑9.0中国
铋9.0中国
钼8.6中国
锶8.6中国
汞8.6中国
钡8.1中国
碳(石墨)8.1中国
铍8.1美国
锗8.1中国
铌7.6巴西
铂族元素7.6南非
钴7.6刚果
钍7.6印度
铟7.6中国
镓7.6中国
砷7.6中国
镁7.1中国
钽7.1巴西
硒7.1日本
镉6.7中国
锂6.7澳大利亚
钒6.7南非
锡6.7中国
氟6.7中国
银6.2墨西哥
铬6.2南非
镍6.2俄罗斯
铼6.2智利
铅6.2中国
碳(金刚石)6.2俄罗斯
锰5.7中国
金5.7中国
铀5.7哈萨克斯坦
锆5.7澳大利亚
铁5.2中国
钛4.8加拿大
铝4.8澳大利亚
锌4.8中国
铜4.3智利
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