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地球上最稀缺的材料  

2016-02-20 14:10:38|  分类: 科普读物 |  标签: |举报 |字号 订阅

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地球上最稀缺的材料是什么?的头图

地球上最稀缺的材料是什么?

郭小有  英国国家电网高级工程师 收藏(192) | 阅读(61506)

由于我们所在的星球自然资源有限,而星际开采又遥遥无期,因此我们的舆论和教育导向一直是强调要进行可持续发展。随着人口的持续增加,人类对自然资源的消耗越来越大,随之而来的矿产减少的消息或者枯竭的警告就会铺天盖地地在各个媒体头条抢占一席。那么我们缺少的材料究竟是什么?

智能手机,电脑等各种电子产品已经成为了日常生活中的必备品。生产这些产品需要消耗大量的自然资源。打个比方,生产智能手机需要大约六十至六十四种化学元素,其中大部分是金属元素。‘虽然这些金属的使用量都很少,甚至可能少于1毫克’-德国奥格斯堡大学的化学家阿敏雷勒说,‘但他们对于电子产品的作用却是至关重要的。’这些重要的金属元素包括常见的铁,铜和铝。还有一些不太常见的金属元素,通常我们称之为稀有金属元素或稀土元素。很多制造业强国如德国,日本和美国都称之为科技的种子。

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稀有金属资源受到世界工业大国的密切关注,因为它们是很多工业产品的关键原料,例如,智能手机,电脑,混合动力汽车,风力发电机,航天通信设备等。作为稀土资源生产大国,中国供应了全世界几乎百分之九十的稀土市场需求。政府的有关部门表示,中国的稀土资源将在未来十五到二十年内枯竭。相似的言论,有学者认为,如果需求量之需增加,稀土资源中的铟大约仅能维持十年就会枯竭,铂矿能持续供应大概十五年左右,而生活中常见的银矿也会在大约二十年左右枯竭。还有学者认为,根据目前的开发速度,铝矿等其他金属资源可能会在八十年左右的时间内开采完毕。一些研究显示,按照在地壳中所占的比例以及对人类社会的重要程度来看,铑、金、铂、碲被看作是最稀有的元素,也同时被视为最容易枯竭的金属资源。

但耶鲁大学林业和环境研究学院工业生态中心主任托马斯·格雷德尔提出了相反的观点,他认为,虽然很多研究数据令人震惊,但事实上,任何矿产资源都不可能真正枯竭。他又对自己的观点补充道,人类从未完全耗尽人和自然资源,未来也一定不会。

实际上,不应该从资源是否枯竭的角度来讨论这个命题的真伪。首先,我们根本不可能举出反例来证明某样资源会枯竭。没有权威人士或者科学家敢肯定地断言某样资源已经从地球消失。因为我们不可能勘探到我们所在星球地下的每一个角落。从经济和市场角度而言,等到我们真的担心某种矿产资源耗尽时,剩余的资源价格肯定会奇高无比,而厂商借此生产的任何产品都将无法创造利润。因此,在此之前,他们一定会制造或者发现这种资源的替代品,即使冒着降低产品性能的危险。‘随着供需关系的变化,价格也会进行相应地调整,人们也会调整自己需要的产品和使用的方式。’美国地质调查局矿产资源项目协调员劳伦斯·梅纳特对记者说到。也就是说,根据市场原理,我们也并不会用光所有资源,因为价格升高到无法接受的时候人们就会被迫停止使用,除非找到相应的替代品。二十世纪八十年代,人们停止使用了冶炼铝矿石时所需的冰晶石,原因是剩余的储量太小,不足以支撑开采费用,因此只能使用人工合成的替代品。

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梅纳特提出了一种极具争议的论点,他认为,在考虑稀缺性时,不应该以某元素或者某矿产在地球上的储量为标准,而是应该考虑这种资源的开采难度和市场的需求状况。因此,稀缺与否的关键在于可用性而不是实际的物理储量,而这种可用性也要受到很多因素的影响。因此,根本不可能确定世界上最稀缺的究竟是哪种资源。

举个例子,铟,作为智能手机和电脑显示屏中的必须材料,属于其他采矿作业的副产品。全世界几乎所有的铟矿都来自锌矿,没有专门的铟矿开采作业,因为这种元素的储量很低,单独开采并不实际。由此可见,如果锌的需求下滑——例如,由于汽车制造商近年来逐步放弃锌板,转用铝制材料——就会对铟造成影响。“大自然存放矿产的地方很随意,从来不会考虑我们是否有足够的电或水来开采这些资源。”格雷德尔说。因此,我们无法决定开采一样矿产的步骤和成本。

还有一些矿产,有专门针对某种资源的矿井,需求也可能超过供给。而它们在生产某些电子设备的使用量也非常地低,可是却对产品性能起到至关重要的作用。例如钯,钯被用作制造 手机里的电容器,在这些设备的成分中仅占0.015%,但手机行业每年对这种稀有金属的使用量约为15吨。由于汽车、珠宝、牙科、医疗和电子行业也会用到钯,所以竞争最终会推高价格,而供给也会发生短缺。

政治同样会产生影响。大多数稀土的供应源都是中国。几年前,考虑到国家战略发展,中国政府决定减少稀土资源的出口,导致稀土矿产以及使用稀有金属制成的产品价格上涨。“世界其他地方并非没有稀土金属。”梅纳特说。例如,美国大约占到全球稀土储量的百分之三十八,但目前正在开采的只有南加州的一个稀土矿(之前曾经因为中国的竞争而关闭多年)。“从勘探到开采需要经过很长时间。”梅纳特说。

人们是否应该担心矿产资源的减少呢(尤其是稀土矿产)?从历史上看,如果一种资源减少,人类就会找到具有同样效果的替代品。但不幸的是,优秀的替代品已经很难找到。在最近的一项研究中,格雷德尔和他的同事试图为六十二种金属寻找最佳替代品。研究结果发现,有其中的十二种金属在功能上无法找到相匹配的替代品。更令人不安的是,这六十二种金属中没有一种能够找到覆盖全部用途的替代品。

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那么我们在矿产资源‘枯竭’面前就真的束手无策吗?让人高兴的是,各国科学家正在积极研究寻找合适的稀土和其他矿产资源替代品。与此同时,在很多欧美发达国家,电子产品等含有稀土资源的废旧设备都已经开始进行单独回收(分类回收)。大部分科学家们相信,如果全世界都开始全力回收废旧电子产品,并结合新的技术来更加高效地勘探、开采,分享和回收这些资源,那么这些材料就有可能被沿用数代。

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