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談稀土
- 評論:0 瀏覽:1908 發布時間:2006/7/14
一、關于稀土
稀土元素是鑭系元素系稀土類元素群的總稱,包含鈧(Sc)、釔(Y)及鑭系中的鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu),共17個{TodayHot}元素。“稀土”一詞是十八世紀沿用下來的名稱,因為當時用于提取這類元素的礦物比較稀少,而且獲得的氧化物難以熔化,也難以溶于水,也很難分離,其外觀酷似“土壤”,而稱之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”指原子序數較小的鈧(Sc)、和鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤Sm)、銪(Eu)。
“重稀土元素”原子序數比較大的釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)。釔(Y)二、稀土資源及儲備狀況
由于稀土元素性質活躍,是親氧元素,地殼中還沒有發現它的天然金屬或硫化物,最常見的是以復雜氧化物、含水或無水硅酸鹽、含水或無水磷酸鹽、磷硅酸鹽、氟碳酸鹽以及氟化物等形式存在。由于稀土元素的離子半徑、氧化態和所有其它元素都近似,因此在礦物中它們常與其它元素一起{HotTag}共生。我國稀土資源占世界稀土資源的80%,以氧化物(REO)計達3600萬噸,遠景儲量實際是1億噸。
我國稀土資源分南北兩大塊。
北方:輕稀土資源,集中在包頭白云鄂博,以后在四川冕寧又有發現。主要含鑭、鈰、鐠、釹和少量釤、銪、釓等元素;
南方:中重稀土資源,分布在江西、廣東、廣西、福建、湖南等省,以罕見的離子態賦存與花崗巖風化殼層中,主要含釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔和鑭、釹等元素。三、稀土元素的應用范圍
目前稀土元素的應用蓬勃發展,已擴展到科學技術的各個方面,尤其現代一些新型功能性材料的研制和應用,稀土元素已成為不可缺少的原料。
1、稀土元素在傳統產業領域中應用
農業領域:目前發展有稀土農學、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學等學科。稀土作為植物的生長、生理調節劑,對農作物具有增產、改善品質和抗逆性三大特征;同時稀土屬低毒物質,對人畜無害,對環境無污染;合理使用稀土,可使農作物增強抗旱、抗澇和抗倒伏能力。當前我國農田施用稀土面積達5000-7000萬畝/年,為國家增產糧、棉、豆、油、糖等6-8億公斤,直接經濟效益為10—15億元,年消費稀土1100—1200噸。
冶金工業領域:稀土在冶金工業中應用量很大,約占稀土總用量的1/3。稀土元素容易與氧和硫生成高熔點且在高溫下塑性很小的氧化物、硫化物以及硫氧化合物等,鋼水中加入稀土,可起脫硫脫氧改變夾雜物形態作用,改善鋼的常、低溫韌性、斷裂性、減少某些鋼的熱脆性并能改善加熱工性和焊接件的牢固性。稀土在鑄鐵中作為石墨球化劑、形核劑和對有害元素的控制劑,對鑄件的機械性能有很大改善,主要用于鋼錠模、軋錕、鑄管和異型件四個方面。
在有色合金方面應用,對以有色金屬為基礎的各種合金都有良好的作用,改善合金的物理和機械性能。應用最多的使鋁、鎂、銅三個系列。
石油化工領域:稀土用于石油裂化工業中的稀土分子篩裂化催化劑,特點是活性高、選擇性好、汽油的生產率高。稀土在這方面的用量很大。
玻璃工業領域:稀土在玻璃工業中有三個應用:玻璃著色、玻璃脫色和制備特種性能的玻璃。用于玻璃著色的稀土氧化物有釹(粉紅色并帶有紫色光澤)、鐠玻璃為綠色(制造濾光片)等;二氧化鈰可將玻璃中呈黃綠色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,還可以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)。
陶瓷工業領域:稀土可以加入陶瓷和瓷釉中,減少釉和破裂并使其具有光澤。稀土更主要用做陶瓷的顏料,由于稀土元素有未充滿的4f電子,可以吸收或發射從紫外、可見到紅外光區不同波長的光,發射每種光區的范圍小,導致陶瓷的顏色更柔和、純正,色調新穎,光潔度好。如黃色、紫羅蘭色、綠色、桃紅色、橙色、棕色、黑色等。稀土氧化物可以制造耐高溫透明陶瓷(應用于激光等領域)、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,是節能型的光源,是光效好、光色好、壽命長。比白熾燈可節電75—80%。
2、稀土元素在高新技術產業中應用
拋光材料:稀土拋光粉主要用于玻璃制品,如光學玻璃、平板玻璃和瓶玻璃等,也可用于電子元件,如示波器、熒光屏、液晶顯示器、高速光盤和掩模板(鉻板)等,還可用于飾品、寶石、工藝品、金屬和陶瓷等。顯示器的發光材料:稀土元素中釔、銪是紅色熒光粉的主要原料,廣泛應用于彩色電視機、計算機及各種顯示器。目前,我國年產彩電紅粉300—400噸,計算機顯示器紅粉50—100噸,以滿足國產500萬支彩顯管和近百萬支顯示器的需求。
磁性材料:釹、釤、鐠、鏑等是制造現代超級永磁材料的主要原料,其磁性高出普通永磁材料4—10倍,廣泛應用于電視機、電聲、醫療設備、磁懸浮列車及軍事工業等高新技術領域。據專家預測,本世紀末此類材料產值將達到35億美元。我市南開大學研究開發出擁有自主知識產權的釹鐵硼永磁材料就屬此類,現正與肯達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是優良的吸氫材料,被稱為氫海綿。其最為成功的應用是制造二次電池——金屬氫化物電池,即鎳氫電池。其等體積充電容量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一樣,但沒有了鎘的污染。我市南開大學在儲氫材料研究開發上有很大優勢,通過863項目,和平海灣公司已開始了鎳氫電池產業化工作。
激光材料:稀土離子是固體激光材料和無機液體激光材料的最主要的激活劑,其中以摻Nd3+的激光材料研究得最多,除釔鋁石榴石(YAG)、鋁酸釔(YAP)玻璃等基質外,高稀土濃度激光材料可能稱為特殊應用的材料。精密陶瓷:氧化釔部分穩定的氧化鎬是性能十分優異的結構陶瓷,可制作各種特殊用途的刀剪;
可以制作汽車發動機,因其具有高導熱、低膨脹系數、熱穩定性能好、在1650℃下工作強度不降低,導致發動機馬力大、省燃料等優點。
催化劑:稀土除用于制造石油裂化催化劑外,廣泛應用于很多化學反應,如稀土氧化物LaO3、Nd2O3和Sm2O3用于環己烷脫氫制苯,用LnCoO3代替鉑催化氧化氨制硝酸。并在合成異戊橡膠、順丁橡膠的生產中作為催化劑。汽車尾氣需要將CH、CO氧化,對NOX進行還原處理,以解決目前城市空氣污染問題。稀土元素汽車尾氣凈化催化劑的主要原料。
高溫超導材料:近幾年研究表明,許多單一稀土氧化物及其某些混合稀土氧化物是高溫超導材料的重要原料。一旦高溫超導材料進入實用,整個世界將起翻天覆地的變化。