草臺(tái)班子渴求的稀土到底是什么？

日前一場(chǎng)發(fā)大洋彼岸的發(fā)布會(huì)給W君看笑了，不吹不黑，這個(gè)配置很有意思而且很抽象。

表面上看，那是美國(guó)財(cái)政部長(zhǎng)斯科特·貝森特與貿(mào)易代表（大使級(jí)）杰米森·格里爾聯(lián)合出席的嚴(yán)肅新聞發(fā)布會(huì)，一副“國(guó)家機(jī)器啟動(dòng)、捍衛(wèi)供應(yīng)鏈正義”的莊嚴(yán)姿態(tài)。但只要稍微深挖兩個(gè)人的履歷，你立刻會(huì)發(fā)現(xiàn)——這并不是一場(chǎng)政府聲明，而是一出美國(guó)內(nèi)部精神結(jié)構(gòu)的自我揭露。

因?yàn)榕_(tái)上的兩位，并非“國(guó)家與工業(yè)的代表”。

一個(gè)，是靠游走華爾街、替索羅斯操盤(pán)做空的新興市場(chǎng)的金融馬仔；另一個(gè)，則是摩門(mén)教的前傳教士。

W君很少談?wù)?，但彼岸這樣的組合也是小刀剌屁股開(kāi)了大眼了。更逗的橋段是貝森特用一貫帶著哭腔的語(yǔ)調(diào)念手里皺皺巴巴的打印紙的時(shí)候w君甚至覺(jué)得這場(chǎng)臨時(shí)的倉(cāng)促舉辦的發(fā)布會(huì)下面或許還有幾個(gè)“飛紙仔”在奮筆疾書(shū)，這哪像一個(gè)發(fā)布會(huì)呢？更像是90年代港片現(xiàn)場(chǎng)。

然而這一切，討論的核心就是“我們?cè)趺促u(mài)稀土”。

政治、政策不談太多，咱們聊下稀土是什么？

稀土（rare-earth element，REE），學(xué)過(guò)大學(xué)英語(yǔ)的人都知道rare的意思是“罕見(jiàn)的、稀有的”，所以這玩意直接翻譯過(guò)來(lái)就是“地球上稀有的元素”。然而，名稱(chēng)是有時(shí)代性的，當(dāng)時(shí)rare的原因在于分離技術(shù)做不到而已。

稀土元素是指15種鑭系金屬以及鈧和釔這17種幾乎無(wú)法區(qū)分的光澤銀白色軟重金屬。通常，我們看元素周期表的時(shí)候，在大的元素周期表下面還會(huì)有兩行獨(dú)立的元素，分別是鑭系和錒系。

這就給我們了一個(gè)錯(cuò)覺(jué)，覺(jué)得“鑭系”和“錒系”是兩列特殊的存在。但事情并不是這樣的，這樣做只不過(guò)是因?yàn)槲覀兂Ｓ玫募埛嫣?，照顧不到元素周期表更寬的排列方式?/p>

真正的元素周期表是這樣子的：

這個(gè)叫做“左階元素周期表”，不圖省紙的排布方式就是這樣的了。

其實(shí)之前和大家說(shuō)過(guò)，元素周期表有很多類(lèi)型，甚至有立體的做法：

或者更直觀的“卷曲絲帶連續(xù)元素周期表”：

而咱們說(shuō)的的鑭系和錒系就在這個(gè)“卷絲帶”兩個(gè)大圈之外的那個(gè)小圈中。說(shuō)句題外，其實(shí)在我們的中學(xué)高中教學(xué)中應(yīng)該推進(jìn)一下這個(gè)“卷絲帶元素周期表”，相當(dāng)?shù)目梢詭椭鷮W(xué)生理解元素特性。

在這張?jiān)刂芷诒碇需|系是上面小圈的內(nèi)圈，錒系是上面小圈的外圈。鑭系被我們叫做稀土元素而錒系被我們叫做核元素。

那么為什么這兩個(gè)系列這么特殊？元素的周期特性是和電子填充順序有關(guān)的。這里面有一個(gè)叫做“馬德隆規(guī)則”的基本原理。這個(gè)原理又稱(chēng)為又稱(chēng)遞建原理或者構(gòu)造原理。

這個(gè)原理認(rèn)為一個(gè)原子核外的全部電子是一個(gè)一個(gè)地依次進(jìn)入電場(chǎng)（低能量軌道），待低能量軌道填滿后，才填入高能量軌道，并假設(shè)對(duì)電場(chǎng)而言它們是處于最穩(wěn)定的情況中。假若違反構(gòu)造原理，將導(dǎo)致電子排布的不穩(wěn)定。

在目前我們已知的這100多個(gè)元素中，你會(huì)發(fā)現(xiàn)第四層和第五層有個(gè)f區(qū)軌道（4f 與 5f）。在 鑭系（4f 開(kāi)始） 與 錒系（5f 開(kāi)始），出現(xiàn)了一個(gè)量子級(jí)別的“能級(jí)坍塌”。

用最簡(jiǎn)單的話來(lái)解釋——f軌道很特殊，可以看作是核外電子的一個(gè)黑洞。4f軌道顯現(xiàn)的特性是對(duì)外幾乎不可見(jiàn)，而4f+5f軌道則顯示出了“電中性”（抵償）連核內(nèi)的質(zhì)子和中子都難以束縛。于是就出現(xiàn)了一族極其難以分出的稀土元素和一族極其容易分裂的放射性元素。

現(xiàn)在，我們應(yīng)該就可以從原子的層面理解稀土元素了。由于稀土元素的外層電子特性，這些元素在外觀、化學(xué)特性、物理特性等諸多方面都難以區(qū)分，因此在自然界中以化合物形式存在卻很難使用焚燒、溶解、結(jié)晶這種傳統(tǒng)化學(xué)手段將它們逐一分開(kāi)。在古代煉金術(shù)演化而來(lái)的化學(xué)這些傳統(tǒng)方法都搞不出來(lái)的東西就被認(rèn)為“rare”了，在人類(lèi)化學(xué)史中有很長(zhǎng)一段時(shí)間知道有稀土元素但無(wú)法分離也就成了“稀土”的特性了。但這個(gè)rare并不代表真的稀有，例如鈰，在地殼中的的儲(chǔ)量甚至比咱們常見(jiàn)的銅都多。

那么地球上的稀土元素哪里來(lái)的，又為什么我們的稀土礦比較多？這件事用玄學(xué)說(shuō)就是老天爺賞飯吃。在元素周期表中鐵是一個(gè)分界線。來(lái)自于恒星的核融合反應(yīng)，到了鐵元素之后，合并兩個(gè)輕原子為一個(gè)重原子所釋放出的能量不足以帶動(dòng)其他輕原子繼續(xù)合并為重原子。比鐵更大原子量的元素都是依靠比恒星核聚變更大的能量制造出來(lái)的。這就是超新星爆發(fā)！

當(dāng)一顆恒星走到自己壽命晚期，內(nèi)部已經(jīng)沒(méi)有足夠的燃料繼續(xù)維持核聚變，它會(huì)先經(jīng)歷一次坍縮——核心驟然凝結(jié)，外層氣體瘋狂下墜，整個(gè)星體像被抽空一樣壓縮。當(dāng)坍縮到臨界點(diǎn)后，發(fā)生的不是熄滅，而是一次反向爆炸，這就是超新星爆發(fā)，中這個(gè)過(guò)程中會(huì)有更劇烈的原子核碰撞，就可以融合出比鐵更大原子量的元素。

只不過(guò)，在這一個(gè)過(guò)程中能產(chǎn)生的稀土元素是“輕稀土”（也就是鑭La到釤Sm），還是f層電子軌道的問(wèn)題，在核子結(jié)合過(guò)程中這層軌道就是一個(gè)盾牌，有一個(gè)閾值。如果不突破則無(wú)法繼續(xù)向上合成。

從一般核子理論上來(lái)說(shuō)，更高原子量的重稀土，銪Eu到镥Lu（4f軌道的后半段）所需要的能量級(jí)別更高，通常需要中子星相撞產(chǎn)生的高通量中子洪流才可能被制造出來(lái)。

這些幾億甚至幾十億年前的宇宙級(jí)別大爆發(fā)本質(zhì)上是可以把稀土元素均勻布撒到地球上的，但是如果按照統(tǒng)計(jì)學(xué)上來(lái)說(shuō)地球上稀土分布就是一個(gè)既定的收縮現(xiàn)實(shí)了。

目前重稀土礦主要就集中于云南、廣西、廣東、湖南、江西、福建，其實(shí)在和云南接壤的緬甸也有一點(diǎn)重稀土礦存在。原因很簡(jiǎn)單稀土是來(lái)自于宇宙的饋贈(zèng)，在地球成型初期本身是有均勻的輕稀土資源分布的，但是對(duì)于重稀土則需要有額外的隕石撞擊和特殊的地質(zhì)活動(dòng)才能富集成可以有開(kāi)采價(jià)值的礦藏。

而我國(guó)南部區(qū)域恰好是地球上為數(shù)不多的可以有這個(gè)條件的地區(qū)。

而且，全球關(guān)于“稀土儲(chǔ)量”的討論，大多停留在地質(zhì)層面，卻忽視了最關(guān)鍵的一點(diǎn)：稀土要具備開(kāi)采價(jià)值，必須首先具備“可被釋放”的條件。不像鎵那樣可以在鋁礦冶煉中順帶提煉，稀土往往緊鎖在礦物晶格中，只有形成離子吸附狀態(tài)，才有可能通過(guò)弱酸淋洗予以分離。

而這種成礦條件極其苛刻，既需要特定母巖，又需要數(shù)百萬(wàn)年的風(fēng)化與水熱作用。因此，“有稀土”不等于“能開(kāi)采稀土”，更不等于“值得開(kāi)采稀土”。許多國(guó)家在地圖上標(biāo)注了稀土資源，但真正能夠經(jīng)濟(jì)開(kāi)采的礦體寥寥無(wú)幾。也正因?yàn)榇?，三個(gè)概率因素導(dǎo)致了現(xiàn)在中國(guó)南方那些贛南紅壤，看似平平無(wú)奇，卻成為全球唯一真正握有重稀土提取鑰匙的土地。

這就是全球稀土產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀縮影。如果說(shuō)一般礦業(yè)可以靠勘探與投入逐步逼近既定水平，那么稀土礦則完全不同——它是地球地質(zhì)史與人類(lèi)工業(yè)史共同設(shè)下的門(mén)檻。沒(méi)有宇宙饋贈(zèng)，連礦都找不到；沒(méi)有冶金體系，縱有礦也開(kāi)不出，這也就是為什么W君一直說(shuō)是老天爺賞飯吃的原因。這是一種“先天 + 后天”的雙重壟斷，其他國(guó)家無(wú)法模仿，只能承受。也正因?yàn)槿绱耍?strong>稀土產(chǎn)業(yè)并不屬于資源競(jìng)爭(zhēng)的范疇，它屬于文明競(jìng)爭(zhēng)的范疇。

那么稀土就這么重要嗎？

先說(shuō)輕重稀土：稀土的輕與重，不是元素周期表的位置問(wèn)題，而是 f 軌道束縛與能級(jí)躍遷的問(wèn)題——要區(qū)分輕稀土與重稀土，必須回到它們的電子結(jié)構(gòu)，回到 f 軌道。稀土元素之所以同屬鑭系，卻呈現(xiàn)出輕重差異，本質(zhì)在于 4f 軌道的填充位置不同。輕稀土（La–Sm）位于 4f 軌道初段，f 電子尚未完全深陷，因此原子半徑較大、化學(xué)性質(zhì)相對(duì)活躍，容易在巖漿或碳酸鹽礦中形成硬巖礦。而重稀土（Eu–Lu）位于 4f 軌道后段，f 電子深度局域、強(qiáng)烈屏蔽，使其原子呈現(xiàn)顯著“收縮效應(yīng)”，不易進(jìn)入晶格，只能在后期熱液淋濾中被風(fēng)化成離子狀態(tài)。因此，輕稀土可以成“礦”，而重稀土只能成“土”。這也是為什么輕稀土可以在廣泛地層中發(fā)現(xiàn)，而重稀土必須依賴極罕見(jiàn)的“離子吸附型紅壤”才能被提取。不過(guò)真正有意義的實(shí)際上是重稀土。

輕稀土與重稀土最大的差別，不只是儲(chǔ)量多少，而是功能差異不可互換。輕稀土（La–Sm）更多用于發(fā)光材料、拋光粉、催化劑，屬于“增效型元素”，沒(méi)有它，產(chǎn)品性能下降；但重稀土（Eu–Lu）則直接控制永磁體、激光器、導(dǎo)彈陀螺、高性能電機(jī)等關(guān)鍵元件，屬于“控制型元素”，沒(méi)有它，設(shè)備直接失效。

例如，很多人知道釹磁鐵，認(rèn)為釹（Nb）是制造高性能磁鐵的材料，但是釹其實(shí)只是輕稀土元素！在現(xiàn)代工業(yè)中，如果沒(méi)有了釹的存在，我們可以通過(guò)增加電磁鐵的電流、擴(kuò)大電磁體尺寸來(lái)達(dá)到增加磁體取代釹需求的目的。但是真正厲害的稀土磁性材料是鏑（Dy），

這就是一種典型的重稀土元素，如果在釹鐵硼磁體中增加一點(diǎn)鏑替換掉其中6%的釹，相當(dāng)于把汽水中的砂糖去掉一點(diǎn)點(diǎn)（6%）換成了糖精（鏑），帶來(lái)的磁鐵性能改變是性能成倍的增長(zhǎng)。這是什么概念呢？——就需要增加那么一點(diǎn)點(diǎn)（利用熱處理工藝可以僅僅需要2.8%），其磁體的矯頑力（coercivity）和最大能量積推升到一個(gè)新臺(tái)階——這并非單純提升剩磁，而是通過(guò)形成 Dy-富相（如 Dy?Fe??B）改變晶格、增強(qiáng)磁晶各向異性并強(qiáng)化磁疇邊界的釘扎，實(shí)質(zhì)上是“釘死”磁疇，使高溫下退磁被抑制。這就為能做更小的磁體打通了路子。以前需要裝在一輛車(chē)子里面的磁性裝置，在鏑的加持下通過(guò)合適的工藝可以裝在一個(gè)頭盔中；原本需要一個(gè)艙段的電力部件，可以縮小到一只手提箱大小。

有這個(gè)特性其實(shí)就是因?yàn)橄⊥猎?f 軌道的黑洞效應(yīng)所帶來(lái)的獨(dú)特原子特性。

現(xiàn)在有人還在問(wèn)——現(xiàn)在科技那么發(fā)達(dá)了什么稀土元素這么重要？

不客氣地說(shuō)，這恰恰證明他們根本不理解當(dāng)今人類(lèi)科技的困境：宏觀物理我們幾乎已經(jīng)走到頭了，而核物理我們還沒(méi)有真正邁入門(mén)檻。

我們把鋼鐵、銅鋁、硅晶折騰了上百年，從蒸汽機(jī)折騰到芯片，從內(nèi)燃機(jī)壓到極限渦輪，但這些都還活在“牛頓物理”的世界里。真正能夠突破現(xiàn)有文明形態(tài)的，不在宏觀機(jī)器里，而在原子結(jié)構(gòu)、在電子軌道、在 f 區(qū)域。也就是說(shuō)——未來(lái)的科技不是更大的發(fā)動(dòng)機(jī)，而是更小的軌道躍遷；不是更厚的裝甲，而是更穩(wěn)的磁矩對(duì)準(zhǔn)。這也是為什么W君給大家貼出“卷曲絲帶連續(xù)元素周期表”的目的了，未來(lái)在絲帶的那個(gè)小圈上！

《三體》中有一個(gè)令人不寒而栗的設(shè)定：三體人通過(guò)“智子”鎖死了地球的物理學(xué)，讓人類(lèi)永遠(yuǎn)停留在鋼鐵與蒸汽時(shí)代。很多人以為這是純粹的科幻恐慌，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)世界不可能有人干預(yù)物理定律?！诲e(cuò)，現(xiàn)實(shí)中確實(shí)沒(méi)有智子。但現(xiàn)實(shí)中確實(shí)存在“稀土閥門(mén)”。

這或許是老天爺賞我們飯吃的另一層意義。