稀土金屬:
稀土元素之壹是鑭系稀土元素,包括鈧Sc、釔Y和鑭系元素鑭La、鈰Ce、鐠Pr、釹Nd、鉕Pm、釤Sm、銪Eu、釓Gd、鋱Tb、鏑Dy、鈥Ho、鉺Er、銩Tm、鐿Yb、鑥Lu。, ****17 元素。
"稀土 "壹詞源於 18 世紀,因為用於提取這些元素的礦物十分稀少,而且獲得的氧化物難以熔化、溶於水或分離,外觀類似 "土壤"。它們被稱為稀土。稀土元素分為 "輕稀土元素 "和 "重稀土元素":
"輕稀土元素 "是指原子序數較小的鈧Sc、釔Y和鑭La、鈰Ce、鐠Pr、釹Ce等稀土元素。
"輕稀土元素 "是指原子序數較小的鈧Sc、釔Y、鑭La、鈰Ce、鐠Pr、釹Nd、鉕Pm、釤Sm、銪Eu。
"重稀土元素 "是指原子序數較大的釓 Gd、鋱 Tb、鏑 Dy、鈥 Ho、鉺 Er、銩 Tm、鐿 Yb、鑥 Lu。
稀土元素性質活潑,是壹種可用作防磁劑的親土元素。性質活潑,使其成為嗜石元素,地殼中尚未發現其天然金屬無水物或硫化物,多以絡合氧化物、無水或無水矽酸鹽、無水或無水磷酸鹽、矽酸磷、碳氟化合物和氟化物等形式存在。由於稀土元素的離子半徑、氧化態與其他所有元素相似,因此在礦物中它們常常與其他元素壹起誕生****。
我國稀土資源占世界的80%,稀土資源氧化物(REO)量為3600萬噸,遠景儲量實際為1億噸。
我國稀土資源分為南北兩大塊。
北方:輕稀土資源,集中在包頭白雲鄂博等地,後來在四川冕寧又發現。主要含有鑭、鈰、鐠、釹及少量釤、銪、釓等元素;
--南方:中重稀土資源,分布於江西、廣東、廣西、福建、湖南等省區,具有花崗巖風化殼的稀有離子稟賦,主要含有釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、鎦、釔和鑭、釹等元素。
中國
中國稀土工業也分為南北兩大生產體系。
北方以包頭稀土高科公司和甘肅稀土公司為軸心,構成了以包頭稀土資源為主、四川資源為輔的輕稀土產品生產體系。骨幹企業有核工業 202 廠、包頭魯西洛納稀土有限公司、包頭市和發稀土廠、包頭市稀土冶煉廠、哈爾濱稀土材料廠、四川稀土材料廠、四川什邡市吉達化工廠、安寧河稀土冶煉廠。主要產品包括稀土精礦、稀土矽鐵合金、混合稀土化合物、富集材料和混合金屬。稀土精礦生產能力和處理加工能力達 5 萬噸(REO-氧化物計算)。
--南以上海躍龍有色金屬有限公司為龍頭,構成了以江西、廣東兩省離子型稀土資源為主的中、重稀土生產體系。骨幹企業有廣州珠江冶煉廠、廣東陽江稀土廠、江蘇新威集團、江蘇溧陽方正稀土總廠、江陰嘉華稀土冶煉廠、江蘇江飛稀土冶煉廠、江西龍南稀土公司、江西求是稀土公司、江西省稀土公司、江西核工業七壹三礦等。主要產品為各種高純度單壹稀土化合物和金屬、富集物、混合金屬及合金。分離總規模已突破1萬噸,並開始大規模加工分離北方輕稀土原料。
四、稀土元素的應用範圍
目前,稀土元素的應用方興未艾,已延伸到科學技術的各個方面,特別是壹些現代新型功能材料的開發和應用,稀土元素已成為不可缺少的原材料。
1、稀土元素在傳統產業領域中的應用
--農業領域:目前主要發展稀土農藝學、稀土土壤學、稀土植物生理學、稀土衛生毒理學和稀土微量分析等學科。稀土作為植物生長、生理調節劑,使農作物具有增產、改善品質和抗逆三大特點;同時,稀土是低毒物質,對人畜無害,對環境無汙染;合理利用稀土,可使農作物增強抗旱、抗澇和抗倒伏能力。目前,我國農田應用稀土面積達5000-700萬畝/年,可為國家增產糧、棉、豆、油、糖等6-8億公斤,直接經濟效益10-15億元,年消耗稀土1100-1200噸。
--冶金工業:稀土在冶金工業中大量應用,約占稀土總量的1/3。稀土元素易與氧和硫生成熔點高且在高溫下塑性很小的氧化物、硫化物和硫氧化合物等、在鋼中加入稀土,進行脫硫脫氧,改變夾雜物的形狀,提高鋼的常溫和低溫性能,改善夾雜物的形狀。
稀土在鑄鐵中可作為石墨球化劑、成核劑核有害元素控制劑,提高鑄件質量,使鑄件的力學性能大大提高,主要應用於鋼錠模、軋輥、鑄管和異型件四個方面。
在有色合金的應用中,以有色金屬為主的各種合金對提高合金的物理機械性能有很好的作用。應用最多的使鋁、鎂、銅三大系列。
--石油化工領域:稀土用於石油裂化工業中的稀土分子篩裂化催化劑,其特點是活性高、選擇性好、汽油生產率高。稀土在這壹領域被大量使用。
--玻璃工業:稀土在玻璃工業中有三種應用:玻璃著色、玻璃脫色和制備特殊性能玻璃。稀土氧化物用於玻璃著色的有釹(粉紅色和帶紫色光澤)、用於綠色玻璃的鐠(制造濾光片)等;二氧化鈰可將黃綠玻璃中的二價鐵氧化為三價而脫色,避免了過去使用砷氧化物的毒性,還可加入氧化釹進行物理脫色;稀土特種玻璃如鈰玻璃(防輻射玻璃)、鑭玻璃(光學玻璃)等。
--陶瓷工業:稀土可添加到陶瓷和瓷器的釉料中,減少釉料的破裂並使其有光澤。稀土更主要的是用作陶瓷顏料,由於稀土元素具有未填寫的4f電子,能吸收或發射不同波長的光,從紫外區、紅外區都能看到,各光區的發射範圍小,致使陶瓷的顏色比較柔和、純正,色調新穎,光潔度好。如黃、紫、綠、桃、橙、棕、黑等。稀土氧化物可制成耐高溫透明陶瓷(用於激光等領域)、耐高溫坩堝(冶金)。
--電光源工業領域:稀土作為熒光燈的發光材料,是節能光源,其特點是光效好、光色佳、壽命長。比白熾燈節電75-80%。
2、稀土元素在高科技產業中的應用
--顯示器發光材料:稀土元素中的釔、銪是紅色熒光粉的主要原料,廣泛應用於彩色電視機、計算機和各種顯示器。目前,我國年產彩電紅粉300-400噸,電腦顯示器紅粉50-100噸,可滿足國內3500萬只彩色顯示管和近百萬臺顯示器的需求。
--磁性材料:釹、釤、鐠、鏑等是制造現代超永磁材料的主要原料,其磁性是普通永磁材料的4-10倍,廣泛應用於電視、電聲、醫療器械、磁懸浮列車和軍工等高科技領域。據專家預測,到本世紀末,這種材料的產值將達到 35 億美元。我市南開大學研發的具有自主知識產權的釹鐵硼永磁材料就屬於此類,目前正與建大集團合作進行產業化。
--儲氫材料:稀土與過渡元素的金屬間化合物MMNi5(MM為混合稀土金屬)和LaNi5是壹種優良的吸氫材料,被稱為海綿氫。其最成功的應用是制造二次電池--金屬氫化物電池,即鎳氫電池。其等容量充電能力是目前廣泛使用的鎳鎘電池的2倍,充放電循環壽命和輸出電壓與鎳鎘電池相同,但沒有鎘汙染。我市的南開大學在儲氫材料的研發上有很大優勢,通過863項目,和平海灣公司已經開始了鎳氫電池的產業化。
--激光材料:稀土離子是固體激光材料和無機液體激光材料最重要的活化劑,其中摻雜Nd3+的激光材料研究得最多,除了釔鋁石榴石(YAG)、釔鋁酸鹽(YAP)玻璃等基質外,高稀土濃度的激光材料可能被稱為特殊應用的材料。
--精密陶瓷:氧化釔部分穩定氧化物鎬是性能很好的結構陶瓷,可制成各種特殊用途的刀剪;可制成汽車發動機,因其導熱系數高、膨脹系數低、熱穩定性能好,在1 650℃下工作強度不降低,因而具有提高發動機馬力、節省燃油等優點。
--催化劑:稀土除制造石油裂化催化劑外,還廣泛應用於許多化學反應中,如稀土氧化物LaO3、Nd2O3和Sm2O3用於環己烷脫氫制苯,LnCoO3代替鉑催化氨氧化制硝酸。此外,LnCoO3 還是合成異戊二烯橡膠和順丁二烯橡膠生產中的催化劑。
汽車尾氣需要氧化 CH 和 CO,減少 NOX,以解決目前的城市空氣汙染問題。稀土元素是汽車尾氣凈化催化劑的主要原料。市化工研究院在這方面具有較強的優勢,可以促進汽車尾氣凈化器產品的形成。
--高溫超導材料:近年來的研究表明,許多單壹稀土氧化物及其部分混合稀土氧化物是高溫超導材料的重要原料。壹旦高溫超導材料投入實用,整個世界將發生翻天覆地的變化。目前,我國在稀土超導材料成材研究方面已經取得了有意義的突破。