战争矿藏之“镁”是不灭的白日焰火

镁合金作为最轻的工程金属材料具有比重轻、比强度和比刚度高、阻尼性和导热性好、电磁屏蔽能力强、减震性好等特性，被广泛应用于航空航天、军工生产等领域。随着科技发展，镁的战略价值日益凸显。

从惊吓慈禧到“人间炼狱”

1903年春，清朝驻法国公使裕庚的几个孩子从海外留学归来，这些受过西方文化熏陶的年轻人为慈禧带来了不少西洋的“黑科技”产品，其中就有裕庚次子裕勋龄带回的一套摄影设备。慈禧原本极力反对在宫中拍照，还因珍妃在宫外私开照相馆一事大发雷霆，甚至把经手太监杖责致死。不过，在裕德龄(注：裕勋龄之妹，时任慈禧的御前女官）的劝说下，慈禧还是决定试一试这个据说比绘画效果更逼真的西洋摄影术。1903年夏，生平第一次照相的慈禧端坐在“大清国当今圣母皇太后万岁万万岁”的横幅下，让裕勋龄开始拍照。只听“砰”的一声，相机发出一道耀眼的白光把慈禧吓得浑身打颤，连声高呼“此必洋人妖术，摄哀家魂魄！”裕勋龄连忙上前说道：“太后宽心，这并不是妖术。”好在没过多久照片就冲洗出来了。慈禧看到栩栩如生的照片后惊叹不已，竟从此迷上了拍照。

当时惊吓到慈禧的正是那个年代摄影设备中最常见的镁光灯，之所以拍照要用镁光灯，是因为早期摄影用的感光材料性能不佳，要几十分钟甚至几小时才能在银版或玻璃版上呈现足够对比度的图像，很难拍摄细节。于是，有人想到了能燃烧的金属镁。起初，人们用镁丝燃烧产生的高强度亮光来拍摄高速运动的物体，后来，镁粉取代了镁丝，这是因为镁粉表面积更大，与氧气接触更充分、燃烧更快，再后来为使燃烧更快速，还在镁粉中掺入强氧化剂氯酸钾。在照相时，先在一块L形金属板上装好电极，再倒上镁粉架稳相机打开快门，上紧磨火石的金属轮，然后一只手按快门，另一只手松开火石轮的扳机，摩擦火石点燃镁粉，随后镁粉就在一股浓烟和爆响中闪亮，照亮拍摄对象。

到20世纪六七十年代，深陷越南战场的美军发现，传统的高爆炸弹对于越南境内茂密植被的毁伤效果很有限，于是开始用凝固汽油弹作为对地支援的主要武器。一旦地面部队遇袭，美军就会召唤待命的战机投下凝固汽油弹。为了更高效地摧毁越军防御工事及车辆，美军还在凝固汽油里加入了镁，使其燃烧时可达1600℃的高温，足以融化钢铁，对装甲车辆、工厂一类目标的毁伤效果极佳。由于效果明显，1963至1973年，美军至少投下38.8万吨凝固汽油弹。凝固汽油弹在燃烧时，不仅会释放剧烈高温，而且飞溅的凝固汽油一旦粘到人身上就会一直燃烧到熄灭，这令遭到凝固汽油弹打击的区域变成了“人间炼狱”。从惊吓慈禧到铸就“人间炼狱”，金属镁的用途日益广泛，而这一切的源头都可追溯到200多年前的英国。

夜空中最亮的镁

镁是银白色、轻质且有延展性的金属，密度1.74克/立方厘米，熔点650℃，沸点1090℃。镁的英文名为Magnesium，取自于希腊的美格尼西亚城（Magnesia）附近盛产的一种白色矿物滑石（主要是一种水合硅酸镁）。镁的化学性质活泼，能与酸反应生成氢气，具有一定的延展性和热消散性，能与卤素、氧、氮、氢、硫等多种非金属反应生成相应的离子化合物。它与一价阴离子形成的碳酸盐和卤化物是易溶解的，而与二价阴离子形成的硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐和草酸盐等则不易溶解。镁虽是地球上储量最丰富的轻金属元素之一，但其主要以不可溶碳酸盐、硫酸盐及硅酸盐形式存在。由于镁不易从化合物中还原成单质状态，因而化学家们在很长时间内都未发现镁。1755年，英国人约瑟夫·布莱克在爱丁堡通过加热类似于碳酸盐岩、菱镁矿和石灰石等矿物，辨别出了石灰中的苦土（氧化镁）。不纯净的镁金属，是在1792年由安东·鲁普雷希特首次制取，他当时在加热苦土和木炭的混合物。1808年，被称为“电解狂魔”的英国科学家戴维，利用电解法从化合物中分离出高纯度、极少量的镁单质。1833年，法国科学家安托万·比希通过氯化镁和钾的电解反应，置换出大量高纯度镁单质，这才使科学界得以对镁进行广泛研究。

镁是一种非常易燃的金属，能在氮气和二氧化碳内燃烧，在空气中燃烧时会放出耀眼的白光。因此，镁常被用来制作烟火、闪光粉、燃烧弹和照明弹等。镁作为一种强还原剂还用于钛、铅、镀、铀和等稀有金属的生产，主要用于制造轻金属合金、球墨铸铁、科学仪器和格氏试剂等。其实，镁应用最广泛的领域是在镁合金材料方面。镁的密度较低，结构特性类似于铝，但镁合金的比强度要高于铝合金、钢、铁，比刚度则与上述金属相当，在实用金属结构材料中镁合金的比重最小（密度为铝的2/3、钢的1/4）。这对于产品减重、节能，尤其是武器的轻量化意义重大。镁合金的阻尼性比铝合金大数十倍，吸收震动和噪声能力很强，减震效果显著，采用镁合金制作计算机硬盘底座，不仅能减重约70%，还能大幅增强硬盘的稳定性，利于硬盘向高速、大容量的方向发展。镁合金的导热能力是ABS树脂的350至400倍，很适合制作元件密集的电子产品。

镁合金的机械加工性能较好，其切削阻力约为钢铁的1/10、铝合金的1/3，易于进行切削加工且加工成本低，无须机械磨削和抛光。镁合金还具有良好的铸造性能，由于镁合金的单位热含量比铝合金更低，它在模具内能更快速地凝固，因此镁合金的生产率最高可达压铸铝的2倍，而在保持部件结构良好的条件下，镁合金铸造制品的壁厚可小于0.6毫米，而铝合金制品只能达到1.2至1.5毫米的水平。此外，镁合金还是铸造金属中收缩量最低的一种，其体积收缩仅为6%，100℃以下的镁合金可长时间保持其尺寸的稳定性，无需退火和消除应力。由于具有良好的蠕变强度，镁还可制作发动机零件和小型发动机压铸件。正因如此，镁合金被广泛用于空间技术、航空、汽车及光学和电子器件行业。在军事领域，镁合金主要用于减轻武器装备重量等方面。

镁合金和镁基复合材料可替代武器装备上的部分铝合金和钢铁材料，实现装备轻量化。比如，美国研制的“理想单兵战斗武器”(OICW)，为控制重量便大量采用镁合金零件；俄罗斯生产的POSP6×12枪用变焦距观测镜壳体，采用的也是镁合金；法国WK50式反坦克枪榴弹应用镁合金后全弹重量仅800克。镁合金还可用来制作火炮的供弹箱、牵引器、脚踏板、炮长镜、轮毂、引信体、风帽以及装甲车辆的座椅骨架、机长镜、炮长镜、变速箱箱体、各种泵壳体等，像美军装备的M274型军用越野车，便采用镁合金车身及桥壳，从而大幅减轻了重量，4个士兵就能抬走。美国水陆两栖突击车AAAV的动力传送舱，采用的就是WE43A镁合金制造。法国AMX-30坦克的CN105F1型105毫米线膛炮的身管热护套，也采用了镁合金制造。英军的L6“袋熊”120毫米无后坐力炮采用镁合金后，重量减至295公斤，即使加上所配的M8C(L40A1)12.7毫米测距枪，总重也不过308公斤。

在航空领域，镁合金通常被用来制作飞机机身、框架构件及发动机零件等部件。像美国的T-38教练机就使用了292.11公斤镁合金。美国的B-52战略轰炸机，其早期型号使用了1600公斤的镁合金，后期改进型B-52H则使用了635公斤的镁合金板材和200公斤镁合金铸件。除用于飞机制造外，镁合金还常被用于光电设备的镜头壳体、红外成像仪壳体等。

成人之“镁”

镁在自然界中蕴藏丰富、分布广泛，主要以固体矿和液体矿的形式存在，有超过60种矿物中均蕴含镁。目前开采的镁资源主要来自菱镁矿和白云石矿，其次为海水苦卤、盐湖卤水及地下卤水。全球菱镁矿资源储量丰富，据中国耐火材料行业协会资料显示，目前全球已探明菱镁矿储量约126亿吨。其中，中国已探明菱镁矿总储量约36亿吨，占世界总储量的29%，位居世界首位。

镁的产业链的基本结构为：上游是镁矿开采及原镁冶炼，主要包括镁矿石的分离、提炼，海水盐湖提炼等，从含有镁元素的菱镁矿、白云石等提炼出原镁；中游是镁合金冶炼，将原镁转化为镁合金；下游是镁合金的深加工，通过压铸对镁合金进行深加工，形成能满足下游特殊性能需求的镁合金系列材料。这其中的原镁冶炼环节，为供给端的主要瓶颈。

目前，国际上镁及镁合金发展与应用的重点地区，主要集中在美国、加拿大、德国、日本、韩国等地。其中，北美洲是世界上镁及镁合金材料用量最多的地区，美国镁产业大发展始于20世纪80年代。像福特、通用和克莱斯勒等公司，在过去的几十年里一直致力于新型镁合金汽车零部件的开发应用，且成效显著。加拿大的镁产业也颇为发达，1942年建立的哈雷镁厂，是世界上历史最长、规模最大的皮江法（一种提炼镁的方法）镁厂，1990年建成的贝坎库尔镁厂，也是一个较大的原镁生产厂。欧洲的镁及镁合金用量仅次于北美洲。其中，德国的镁合金历史较悠久，自20世纪90年代以来，德国在镁合金压铸领域处于世界领先地位。在亚洲，日本于20世纪80年代末期开发出了先进的镁合金低压金属型铸造装置，并由此开发了一系列的镁合金产品，除应用在汽车领域外，还在计算机、通信等领域进行了镁合金的开发与应用，成为镁合金在计算机类、通信类和消费类电子产品上的应用强国。韩国的镁工业包括熔炼、精炼、铸造、挤压/轧制、机械加工、表面处理、涂层和回收利用，像韩国高速列车的座椅框架和厚板、大型工业机器人手臂框架、自行车框架和LED散热器，使用的都是其自研的镁制品。

自20世纪90年代中期以来，随着各领域对镁的巨大需求，镁及镁合金研发与应用进入高速增长期。西方发达国家普遍注意到关键矿产在经济、科技、军事等领域具有决定性价值，相关战略、法规随之出台，并随着形势发展进行了动态调整。以美国为例，其1939年制定的《战略性和危机性原材料储备法》、1974年制定的《关键进口矿产备忘录》和1979年制定的《战略性和危机性原材料储备法》修正案，都是针对关键矿产制定的相关政策。这些政策随着冷战结束虽一度被尘封，但自2008年起这些政策又逐步升级，先后制定了《矿产、关键矿产和美国经济》《关键矿产战略》《能源和矿产资源科学战略》《关键性矿产评估》《35种关键矿产清单》《50种关键矿产清单》。其中，2016年的关键矿产清单中，菱镁矿就赫然在列。近年来随着美国对制造业、军工业关键矿产供应链实施“脱钩式保护”，美国又持续扩大了关键矿产的外延。无独有偶，欧盟于2011年起发布欧盟关键原材料清单，之后每3年更新一次，总体呈现出稳定扩充的趋势，这其中就有镁。矿产资源消费大户日本，启动关键矿产识别的时间更早，早在20世纪60年代日本就对工业生产所需的重点矿产资源进行了统计筛查，于1983年明确了7种金属作为国家储备矿种。到2009年，日本政府按不同矿种勘查开发状况、技术研发进展、工业需求动向等标准制定的《稀有金属保障战略》中，就把包括镁在内的31种矿产作为优先考虑的战略矿产。目前来看，以美国为首的西方发达国家，正在把强化供应链变为供应链竞争，并将其嵌入全球政治经济军事的整体博弈中，而政策导向也从供应链多元化演变为产业链、供应链阵营化乃至意识形态化。