图1 动画片《螳螂捕蝉》(图源上海美术电影制片厂)
你肯定听过“螳螂捕蝉,黄雀在后”的故事,但其实在岩石的世界里,还有一个更为精彩的加强版。
很久很久以前,有个小山岗上总是盘踞着很多条眼镜蛇。这一现象勾起了当地一些人的好奇心。图2 “坐享其成”
经过观察人们发现,每当夜幕降临的时候,山岗上的石头便泛出莹莹亮光,不计其数向往光亮的飞虫围绕石头飞舞,从而吸引大量青蛙前来捕食,而蹲守在此的眼镜蛇又将送上门的青蛙变成腹中美食。那么问题来了,在这个故事里,凭一己之力带动了虫、蛙、蛇捕食的石头是什么呢?
其实,这种神奇的石头被当地人称为蛇眼石,学名叫萤石,又称氟石(CaF2)。它是一种常见矿物,在受到紫外线等外界能量作用时,能够发出蓝色或紫色的光。讲到这里,可能会让人联想到一种在中国古代历史上名声大噪、价值连城的宝贝——夜明珠。那萤石是不是就是传说中的夜明珠呢?要弄明白这个问题,首先,需要我们把矿物发光的本领简单分分类。
当矿物只能在接受外界能量激发时才发光,一撤走,自己就亮不起来了,那之前发出的光就被称为荧光;而若外界能量停止作用,比如撤掉光照后,矿物仍能自己持续发光,那发出的这种光就是磷光。经科学家研究发现,并非所有品种的萤石都能发出磷光,发磷光的萤石中往往含有稀土元素或其他放射性元素。而且矿物发光也不是萤石的独门绝技,很多在自然光下不起眼的矿物,都可以在紫外线等能量刺激时发出迷人光芒,如硅锌矿、白钨矿等。图7 紫外线等能量刺激下的发光矿物
所以,虽然我们并不能百分百确定古代的夜明珠就是萤石,但利用矿物的发光性的确可以帮助人类更好地找矿。除了充满神秘感的光芒,萤石还享有“世界上最丰富多彩的矿物”这一美誉。毫不夸张地讲,它好像把彩虹吞到了肚子里,多样的色彩不断刷新人们对它的认知,其中,以紫色,蓝色,绿色最为常见。因氟化钙的晶体结构并不完美,存在很多“空洞”,很容易让其他离子乘虚而入,不同离子不同比例的加入而呈现出纷繁复杂的色彩,从而在矿石收藏、标本展览中出尽风头,可以说是因祸得福的典范。
但是,拥有如此高颜值的萤石并不甘于“靠美貌吃饭”,而是以妥妥的实力赢得了“第二稀土”的殊荣。图9 萤石的应用(许海等,2021 )
在冶金业,比如炼钢、炼铁时,萤石的加入能有效促进炉渣的流动,“感化”那些难熔物质,帮助金属“脱掉”一些不利于它们后期表现的有害杂质;在建材行业中,萤石也同样甘当绿叶,不惜“粉身碎骨”,为提高玻璃、陶瓷、水泥的产品性能操碎了心。
氟元素有“工业味精”之称,萤石作为含氟量最高的矿物之一,氟化工行业怎少得了它的鼎力相助。且随着我国氟化工产业不断升级加速,其终端产品的服务范围真的可以用“上可九天揽月,下可五洋捉鳖”来形容。它可以很遥远,比如存在于导弹元件、航空航天器里,也可能就在你的身边,比如冰箱里的制冷剂、大楼里的灭火器里。当前,能者多劳的萤石除了继续履行自己在冶金、建材等传统行业的使命,还将更多精力投入到航天、通讯、半导体、医疗、环保科技、新能源等新兴产业。
昔日的工业“绿叶”已展现出越来越高的经济价值和战略地位,先后被中国、美国、欧盟等多个国家和地区列为战略性资源。有句老话叫“仓里有粮,心里不慌”,对于萤石这类战略性资源,真的像粮食一样重要。有了它,国家发展才有了定心丸,科技进步的脚步才不慌张。
那么目前在萤石储量上,我们心里到底“慌不慌”,是否可以高枕无忧呢?
在地球上,萤石可以算得上一种储量非常丰富的矿产了,其资源分布广泛,在40多个国家均有发现,尤其以墨西哥、中国、南非和蒙古等国家和地区最具优势。图12 2020年世界各国萤石储量占比图(许海等,2021;数据源于USGS)
我国的萤石矿主要集中在安徽、内蒙古、浙江、福建、江西、湖南、湖北、河南等地,但是单一萤石矿床品位不高且静态储量不足,需很大程度上依赖伴生萤石资源,而这就不得不面对选矿工艺流程长、资源利用率低、药剂复杂等一系列问题。随着相关应用产业的高速发展,萤石资源缺口又被进一步拉大,故我国在政策层面已将萤石定位为“可用尽且不可再生的宝贵资源”。
萤石是地球几十亿年的沧海桑田留给人类的宝贵财富。为了人类自己,也为了千千万万子孙后代,必须加强这类矿产资源的保护性开采、清洁高效利用和产业结构调整,让这一颗“夜明珠”在人类前行的路上永远闪耀光芒。