最近,外国人放加特林烟花的视频似乎在抖音里面火了。就是这样的:
于是,几天前就有粉丝来问了,色彩艳丽的烟花中是不是含有宝贵的稀土元素,美国和日本会不会从我们的烟花中偷稀土?
粉丝在群里问W君的时候W君也是心里“咯噔”一下,对啊,这件事咱们得警惕呀!!!
当时在群里因为是闲聊,因此就回复了一个“有一定的可能性,需要警惕一下”。从常识推测网友的担心似乎是有一定道理,毕竟,我们的烟花出口量在30多年的时间里一直稳居世界烟花贸易之首,从大的国际贸易量上看占了90%的贸易份额,在美国烟花市场中美国人所能购买到的烟花来自于中国的产品在市场上有99%(APA,美国烟火协会 数据)。
简而言之——每年输出量巨大,例如2024年我们的烟花出口量约为40.8 万吨,差不多是10枚原子弹的当量了。不过这个就是随便一估,毕竟,烟花爆竹中的装药量装药性质和军用的烈性炸药还是有区别的,换算出TNT当量也基本上是一个约数。
那么如果美日从烟花装药中“偷”稀土,哪怕是烟花爆竹中只有0.1%的稀土元素,也足够解决他们的“燃眉之急”了。
很多熟悉W君的粉丝都知道W君学过“火工品”专业,但对于烟花爆竹这种特殊的火工品,W君其实还真是外行——不能立刻给出准确的答案。
所以,最近闲暇的时间就查了下资料,先说答案——担心外国人从烟花中搞稀土,有点杞人忧天了。
为什么?——这是因为烟花虽然色彩艳丽,但是真真的没有稀土元素的用武之地~【笑哭】。
通常,我们可以看到的绚丽的烟花,都是一套相当初级的化学基本常识。想必受过基本的九年义务教育的粉丝在化学课上都做过焰色反应的实验。
不同类型的金属盐在火焰中呈现出不同的颜色。
在火焰试验中,把某些金属放进火里加热,它们的原子或离子会被激发,电子跳到更高的能级。很快电子又会回到原来的状态,同时放出特定颜色的光。不同元素放出的光颜色不同,因此可以用来判断元素种类。这种发光主要来自单个原子本身的能级变化,一般不需要考虑复杂的化学键断裂或分子结构。所以,人们利用这种现象发展出了火焰发射光谱学和火焰光度学等分析方法,通过观察火焰颜色或测量光的强度,就能判断样品中含有什么元素。
在烟花中的发色正是应用了这种原理。当然了,一些蓝色的效果还会利用到类似于氯化铜这样的分子发色技术。
所以,我们可以看到,这整套发色体系完全建立在常见金属元素上,本质上并不依赖稀土。
但为什么W君把“蓝色的效果”加上粗体了呢?这是一种现阶段烟花效果的特例——利用卤化铜进行发色的案例。这种发色并不基于原子发色而是有着更复杂的发色机制。
常见的红、绿、黄等颜色,主要来自原子在高温下被激发后产生的特征发射线,属于典型的原子焰色反应;而蓝色烟花往往依赖的是铜的卤化物(如 CuCl)在火焰中的分子发光。这类发光不再是简单的原子跃迁,而是分子能级的辐射过程,这个过程其实是一个矛盾点对温度、气氛以及燃烧强度的要求都更为苛刻。一旦温度过高,分子被破坏,蓝色就会迅速“烧白”或变绿,这也是蓝色烟花普遍较难稳定呈现的原因。
也正因为如此,烟花发色的工程难点,往往并不在于寻找“更昂贵的元素”,而在于如何在高温燃烧环境中精确控制反应温度与发光物种的存在时间。
从这个角度看,烟花的颜色控制更多是一门热管理与燃烧控制的工艺问题,而不是材料稀缺性问题。
当然,从发光物理角度来说,一些稀土离子(如 Ce³⁺、Tm³⁺、Pr³⁺ 等)确实可以通过吸收较长波长的光,再经过能级弛豫后辐射出较短波长的光,甚至在特定材料体系中呈现出蓝色发光效果。这类现象在荧光粉、激光晶体以及部分显示与照明材料中被广泛利用,正是稀土在光电领域的重要价值所在。
但需要强调的是:能发出漂亮蓝光,并不意味着就能重构整个烟花发色体系。
关键差异只有一个字——温度。
稀土离子之所以能够稳定发光,通常依赖于较低温度、规则晶格和较弱碰撞的环境。电子跃迁需要一定寿命,才能把能量以光子的形式释放出来。而烟花燃烧的环境则恰好相反:高温、强碰撞、剧烈湍流,时间尺度以毫秒计。
在这样的高温火焰体系中,绝大多数激发态都会通过非辐射弛豫迅速耗散为热,根本来不及完成有效的可见光辐射。即便在配方中加入少量稀土元素,它们理论上能够产生的发光,也会被燃烧过程中强烈的连续谱辐射所淹没。
烟花燃烧本身会产生接近黑体辐射的强烈背景光,亮度远高于稀土离子可能产生的窄带发射。在这种强背景下,即使稀土能够短暂发光,其信号也会被整体光辐射“洗掉”,在人眼看来几乎不可分辨。
那么烟花爆竹所产生色差的合理路径是什么呢?
答案其实很“反直觉”——并不是不断提高燃烧温度或更换昂贵材料,而是通过调节燃烧速度和温度窗口,让发光过程有机会被看见。在实际配方中,一些看似普通的组分,比如石蜡或适量的水分,往往起到关键作用。
这些物质本身并不是为了发色,而是用来调节燃烧过程:它们可以在一定程度上降低瞬时温度、放缓延烧速度,并起到类似热缓冲的作用,使火焰不至于过于炽烈。这样一来,像金属卤化物分子这样的发光物种,就有机会在较合适的温度范围内稳定存在并辐射出可见光。与此同时,燃烧背景光被压低,窄带的发射颜色也就更容易被人眼分辨出来。
稀土在我们这里确实不算昂贵,但再“白菜价”,也不至于便宜到比水和石蜡更廉价。
从工程角度看,如果仅仅是为了调节燃烧温度和发光背景,直接使用水分和石蜡这类低成本、可控性高的材料,远比往装药里加入稀土更现实也更高效。
其实,真正成熟的烟花配方,往往优先选择那些便宜、稳定、易于控制的物质来解决热管理和燃烧节奏问题,而不是依赖更昂贵的元素去“硬顶”。这并不是技术能力不足,而是工程理性——能用一杯水和一块石蜡解决的问题,没有必要动用更贵的材料。
那么,假如真有头铁的“烟花仙人”非得用稀土改善烟花的色彩品质呢?混合在烟花中的稀土元素提取得出来吗?
这种情况现实上也基本不可行,至少没有任何经济或工程意义。假设真的有人在烟花里加入 Ce₂O₃、Nd₂O₃、Pr³⁺盐、Tm³⁺盐,只为了获得更纯净的发色,而且添加量还不算低,比如做到 0.1%,那么一吨烟花中理论上确实“含有”一百克量级的稀土。这听起来似乎不算太少,似乎也确实“可以回收”。
但这只是纸面上的算术题。
从纯理论上讲,化学上当然可以溶解、分离、提纯。任何氧化物都可以进入溶液体系,再通过沉淀、络合、萃取等手段一步步分离出来。问题从来不在“能不能”,而在是否有意义。因为烟花装药中的稀土并不是以独立矿物或块体存在,而是以极细的粉体形式均匀分散在氧化剂、金属粉、粘结剂以及各种燃烧助剂之中。它们和整个火工体系混成一体,一旦要处理,就意味着先把这一整桶高度混杂的化学物料全部转化为可控的溶液体系,再在大量杂质中寻找那一点点稀土的踪迹。
更现实的情况是,稀土所占的比例往往远低于杂质。你面对的不是“富集矿石”,而是一大堆爆炸物和微量调色剂的混合物,要把这些东西安全、合规地处理成可以做分离的溶液,本身就已经是一项成本不低的化学工程。等到真正进入分离步骤时,你会发现自己是在用一整套工业流程,去追逐那点价值有限的材料。
这也是为什么现实世界里,从烟花中回收稀土从未形成过任何产业路径。真正被回收的稀土,往往来自含量高、相对纯净的工业材料,例如永磁体、催化剂或抛光粉。这些体系中的稀土含量可以达到数十个百分点,回收才有意义。而烟花装药中哪怕真的存在稀土,其含量和存在形态都注定了它不会成为可行的资源来源。
所以,烟花是一种一次性消耗的光效装置,而不是稀土的载体。从理论上“能分离”与工程上“值得分离”,中间隔着的不是一道化学题,而是一整套现实成本与风险的账。算清这笔账之后,所谓“从烟花里提稀土”的设想,自然也就没有了落地的空间。
言止于此,简单总结一句话就是“与其这样偷,不如好好跪”。
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