解锁铊的“超能力”
化学元素周期表第81位元素——铊,在地壳中的含量仅约0.75毫克/千克。铊被发现至今不过150多年,如今已在芯片、超导、医疗等关键领域担任着重要角色。今天,我们揭开铊的神秘面纱,看看铊的“超能力”。
自然界里的铊,从不单独成矿,而是以微量化合物的形式隐藏在铁、锌、铝、碲和汞的含硫矿物之中。目前,全球发现并正式命名的铊矿物共49种,大部分可分为两类:硫化物和硫盐类矿物。我国共发现铊矿物8种,分别为硫砷铊矿、硫砷铊铅矿、辉铁铊矿、斜硫砷汞铊矿、铊明矾、红铊矿、硫铁铊矿及褐铊矿。这些铊矿物大多要在100℃~200℃或特殊氧化环境下才能形成,自带“稀有属性”。
把矿石里的铊变成能用的金属,绝非易事。第一关选矿,利用铊矿物与其他杂质的密度差异,通过水力旋流器、重力淘汰机等设备实现精准分选。第二关焙烧,将破碎的矿石送入回转窑,在600℃~800℃的高温下使硫化物氧化为二氧化硫,同时分解其他金属杂质。第三关还原精炼,向焙烧后的产物中加入锌粉或铁屑等还原剂,将铊离子还原为金属铊,再经真空熔融、电解精炼,最终得到纯度较高的铊金属。
人一旦误食铊盐,会出现恶心、呕吐等症状,严重时还会损伤神经系统,引发头痛、嗜睡、幻觉,甚至昏迷。但在现代医学领域,铊却是“精准诊疗的助手”:铊及其化合物可用于治疗皮肤感染,其同位素铊-201是临床常用的心肌灌注显像剂,能清晰显示心肌供血情况,帮助医生精准诊断冠心病,还可用于肿瘤的定位诊断与生长抑制研究。
在工业领域,铊合金凭借高强度、高硬度、抗腐蚀的特性,成为特殊场景的“刚需材料”。比如铊—锡合金因优异的高温超导性能,被用于芯片封装的关键环节,铊—汞合金熔点低达-60℃,用于填充低温温度计,可以在极地等高寒地区和高空低温层中使用。
在新兴科技领域,铊更是“未来产业潜力股”。铊是继钇和铋之后的第三种高温超导体。我国研发的铊系高温超导体在液氮冷却条件下即可实现超导,这一特性让磁悬浮列车的国产化、飞轮储能系统的高效化成为可能。除此之外,铊的硫化物对红外线特别敏感,由其制作的光敏电池,能让夜视仪、红外探测设备更精准;而溴化铊、碘化铊制成的光纤,信号衰减率要比石英光纤小很多,特别适合深海探测、军事通信等对信号抗干扰要求极高的场景。
早期,我国没有独立的铊矿床,只能从铅、锌矿冶炼副产品中回收,产量低且不稳定,铊资源长期依赖进口。转机出现在20世纪末——经过几代地质人的努力,我国在贵州省西南部的滥木厂发现了大型独立铊矿床,铊保有储量达到8300吨。这不仅彻底改变了我国铊资源依赖进口的局面,还为铊产业链的自主化打下了坚实基础。
未来,随着铊在更多新兴领域的应用突破,其战略价值将进一步凸显,成为高端制造与战略性新兴产业链中不可或缺的关键元素。
(本文为2025年地球科学科普作品大赛三等奖作品,略有修改。叶梦凡 河北省地质实验测试中心 )