来源:微信公众号:新材道(id:MatDao)
第一个发现稀土的人不是汉弗莱,不是居里夫人,也不是鲍林,而是一个主修高射炮的业余矿物学家。这个炮兵中尉万万没想到自己随手捡起的一块石头会在此后的一百多年中让无数的化学家为之疯狂,会在一百多年后成为工业维生素,会在2019年让美国总统疾呼:你们不能断了美国人“吃土”的权利!
1787年一个名叫阿伦尼乌斯(C.A.Arrhenius)的炮兵中尉,在斯德哥尔摩附近闲逛,在一个名叫伊特比(Yteerby)的小村子里捡到了一块他从未见到过的黑色矿石,就借用这个村名将其命名为Yteerite。此后的十多年,以加多林为代表的化学家们从这块石头中陆续发现了钇、镱、铒、铽等多种重稀土元素。当时人们把不溶于水的固体氧化物称之为土(earth)。而稀土一般是以氧化物状态分离出来的,因为冶炼提纯难度较大,显得较为稀少,因此得名稀土(rare earth)。
稀土元素通常是以混合氧化物的形式待在一起,化学家们总是把几个面孔极为相象的稀土"孪生兄弟"误认为是"一个人"。在不断的发现、改错、发现、改错中,17种稀土元素从1794年第一个元素钇被发现,到1947年最后一个元素钷被发现,整整经历了153年。
在1878年至1913年的35年中,各种科学杂志报道发现至少有100种稀土元素。当然,绝大部分后来都被否定了。甚至有人会在愚人节那天拿发现新的稀土元素来嘲弄化学家们。英国化学家威廉·克鲁克斯曾经在19世纪后期说过:“这些稀土元素使我们的研究发生困难,使我们的推理遭受挫折,在我们的梦中萦迴。它们像一片未知的海洋,伸展在我们面前,嘲弄着、迷惑着、诉说着奇异的发现和希望。”
化学元素周期表的最早发现者门捷列夫在世时,只发现了钇、镧、铈、铒和镨钕化合物(迪迪姆),他已经意识到稀土元素对他的周期表影响极大,但却无法安排好他们的位置。在他去世前曾痛苦地写道:“(稀土)这是周期表中最难的问题之一”。
直到1947年,美国人马林斯克(J.A.Marinsky)和他的同事们在原子反应堆铀废料中分离出最后一个稀土元素钷,才算完成了17个稀土元素的全部发展史。也正是从这一年开始,美国科学家发明了用离子交换法分离稀土,并由著名学者斯佩丁(F.H.Spedding)改进了离子交换法工艺,能制备出公斤级的纯净单一稀土,为研究各种单一稀土的本征特性和开发稀土的用途创造了基本的条件。使人们逐步对稀土丰富的光、电、磁和核性质有所认识,为各种稀土功能材料的研制和应用奠定了基础。由此,稀土才由充满误会的元素发现期,真正步入了产业化发展和作为战略元素的应用黄金期。
稀土每个成员均有特性。它们个个身手不凡,在国民经济各领域各显神通。特别是研究稀土元素特有的丰富的电子能级,利用其优异的光、磁、电、声、热性能可以开发出拥的优异功能特性的新材料和新器件。科家们一致预言,在21世纪六大新技术领域——信息、生物、新材料、新能源、空间和海洋,稀土这个元素大家族一定会做出显赫的贡献。
稀土元素的应用
由于稀土作用大,用量少,已成为改进产品结构、提高科技含量、促进行业技术进步的重要元素,被广泛应用到了冶金、军事、石油化工、玻璃陶瓷、农业和新材料等领域。

冶金工业
稀土在冶金领域应用已有30多年的历史,目前已形成了较为成熟的技术与工艺,稀土在钢铁、有色金属中的应用,是一个量大面广的领域,有广阔的前景。稀土金属或氟化物、硅化物加入钢中,能起到精炼、脱硫、中和低熔点有害杂质的作用,并可以改善钢的加工性能;稀土硅铁合金、稀土硅镁合金作为球化剂生产稀土球墨铸铁,由于这种球墨铸铁特别适用于生产有特殊要求的复杂球铁件,被广泛用于汽车、拖拉机、柴油机等机械制造业;稀土金属添加至镁、铝、铜、锌、镍等有色合金中,可以改善合金的物理化学性能,并提高合金室温及高温机械性能。
军事领域
由于稀土具有优良的光电磁等物理特性,能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料,能大幅度提高其他产品的质量和性能。因此有"工业黄金"之称。首先,稀土的加入可以大幅度提高用于制造坦克、飞机、导弹的钢材、铝合金、镁合金、钛合金的战术性能。另外,稀土还可以用作电子、激光、核工业、超导等诸多高科技的润滑剂。稀土科技一旦用于军事,必然带来军事科技的跃升。从一定意义上说,美军在冷战后几次局部战争中压倒性控制,以及能够对敌人肆无忌惮地公开杀戮,正源于其稀土科技超人一等。
石油化工
稀土在石油化工领域可以用来制成分子筛催化剂,具有活性高、选择性好、抗重金属中毒能力强等优点,因而取代了硅酸铝催化剂用于石油催化裂化过程;在合成氨生产过程中,用少量的硝酸稀土作助催化剂,其处理气量比镍铝催化剂大1.5倍;在合成顺丁橡胶和异戊橡胶过程中,采用环烷酸稀土-三异丁基铝型催化剂,所获得的产品性能优良,具有设备挂胶少,运转稳定,后处理工序短等优点;复合稀土氧化物还可以用作内燃机尾气净化催化剂,环烷酸铈还可用作油漆催干剂等。
玻璃陶瓷
我国玻璃与陶瓷工业中的稀土应用量自1988年以来平均以25%的速度递增,1998年已达约1600吨,稀土玻璃陶瓷既是工业和生活的传统基础材料,又是高科技领域的主要成员。稀土氧化物或经过加工处理的稀土精矿,可作为抛光粉广泛用于光学玻璃、眼镜片、显像管、示波管、平板玻璃、塑料及金属餐具的抛光;在熔制玻璃过程中,可利用二氧化铈对铁有很强的氧化作用,降低玻璃中的铁含量,以达到脱除玻璃中绿色的目的;添加稀土氧化物可以制得不同用途的光学玻璃和特种玻璃,其中包括能通过红外线、吸收紫外线的玻璃、耐酸及耐热的玻璃、防X-射线的玻璃等;在陶釉和瓷釉中添加稀土,可以减轻釉的碎裂性,并能使制品呈现不同的颜色和光泽,被广泛用于陶瓷工业。
农业方面
研究结果表明,稀土元素可以提高植物的叶绿素含量,增强光合作用,促进根系发育,增加根系对养分吸收。稀土还能促进种子萌发,提高种子发芽率,促进幼苗生长。除了以上主要作用外,还具有使某些作物增强抗病、抗寒、抗旱的能力。大量的研究还表明,使用适当浓度稀土元素能促进植物对养分的吸收、转化和利用。喷施稀土可使苹果和柑橘果实的Vc含量、总糖含量、糖酸比均有所提高,促进果实着色和早熟。并可抑制贮藏过程中呼吸强度,降低腐烂率。
新材料领域
稀土钕铁硼永磁材料,具有高剩磁、高矫顽力和高磁能积等特性,被广泛用于电子及航天工业和驱动风力发电机(特别适合海上发电场);纯稀土氧化物和三氧化二铁化合而成的石榴石型铁氧体单晶及多晶,可用于微波与电子工业;用高纯氧化钕制作的钇铝石榴石和钕玻璃,可作为固体激光材料;稀土六硼化物可用于制作电子发射的阴极材料;镧镍金属是70年代新发展起来的贮氢材料;铬酸镧是高温热电材料;当前世界各国采用钡钇铜氧元素改进的钡基氧化物制作的超导材料,可在液氮温区获得超导体,使超导材料的研制取得了突破性进展。此外,稀土还以荧光粉、增感屏荧光粉、三基色荧光粉、复印灯粉等方式广泛用于照明光源(但由于稀土价格上涨导致成本较高,因此在照明上的应用逐渐减少),投影电视平板电脑等电子产品;在农业方面,向田间作物施用微量的硝酸稀土,可使其产量增加5~10%;在轻纺工业中,稀土氯化物还广泛用于鞣制毛皮、皮毛染色、毛线染色及地毯染色等方面;稀土用于汽车催化转换器中可以将主要污染物在发动机排气时将气体成无毒的化合物。
其他应用
稀土元素还被应用于各种各样的数码产品包括视听、摄影、通讯多种数码设备,满足了产品更小、更快、更轻便、使用时间更长、节能等多项要求。同时,还被应用到了绿色能源、医疗、净水、交通等多个领域。
中国的稀土矿产资源分布
小平同志早在80年代就指出:中东有石油,中国有稀土。
国务院新闻办2012年发布的《中国的稀土状况与政策》白皮书显示,我国稀土储量约占世界总储量的23%,在高精尖制造中占据更加重要地位的中重稀土(以镝、铽为代表)具有独特优势。
我国的稀土绝大部分分布在内蒙古、江西、广东、四川、山东以等地,形成北、南、东、西的分布格局,并具有北轻南重的分布特点。轻稀土矿床主要分布在内蒙古、四川、山东等地,重稀土矿床主要分布在江西、广东、福建、湖南、广西和云南等地。
白云鄂博矿是我国乃至全球查明资源量最大的稀土矿床,资源总量占全国总量的96%, 是稀土与铁、铌、钍等元素共生的综合矿床,稀土氧化物(REO)平均品位为5%,矿山归属包钢集团。虽然从产能储量方面来看,白云鄂博矿无疑是堪称世界第一大稀土矿。轻稀土资源优势明显、采选冶炼技术成熟、产业链完整,在利用成本上几乎可以击败任何其他轻稀土矿山,但REO平均品位并不算高。
世界稀土资源储量巨大,我国稀土资源从20世纪70年代占世界总量的74%,到80年代下降到69%,至90年代末下降到45%左右,除我国已探明资源量居世界之首外,澳大利亚、俄罗斯等独联体国家、美国、巴西、加拿大和印度等国稀土资源也很丰富,近年来在越南也发现了大型稀土矿床。
目前包括美国在内的大多数国家开采出来的都是轻稀土,重稀土的储备和出产少之又少。而中国具备优势的,恰恰是无可取代的巨量重稀土!
我国稀土材料的发展:机遇与挑战共存
毕竟再丰富的矿藏,也有开采完的那一天。而且历史告诉我们,没有技术,矿藏第一也会受制于人。
2012年3月13日,美国总统奥巴马在白宫发表讲话,宣布向WTO提出一项针对中国限制稀土出口的贸易诉讼,欧盟和日本将一起上诉。奥巴马说,中国限制稀土出口,对美国高科技制造业造成不公平竞争,中国的做法违反了其所承诺遵守的贸易规则。当天,欧盟委员会也宣布将联合美国、日本就中国限制出口包括稀土、钨、钼等在内的17种原材料向WTO提起诉讼。它们认为,中国作为全球主要的稀土材料供应国,必须允许稀土材料自由出口。
2019年贸易战,稀土的名字变得家喻户晓。美国表示将采取“空前行动”,确保对科技业和军方极其关键的战略性矿物及稀土供应无虞。然后我们加强对稀土的出口管控,要断美国“吃土”的权利。一来二去,这太极一直打到了现在。5月12日美参议员克鲁兹提出“2020本土稀土议案”,希望通过供应链回流美国来结束美国对中国稀土的依赖。
世界上稀土的中上游产业链几乎都在中国,中国是最大的进口国,也是最大的出口国。其它国家的相关公司不是倒闭,就是被中国收购。但是也仅限于此,要是谈下游应用产业,就基本没中国什么事了。这就是中国稀土材料的发展现状。
现在,美国要振兴本土制造业,稀土已经提上了日程。2016年美国政府问责局发布报告《稀土材料:制定综合性手段有助于国防部更好管控供应链中的国家安全风险》中估算,美国重建国内稀土供应链需要15年。这些年对我们来说是机遇也是挑战
稀土一直是我们的王牌,2012年这牌打烂了,2019年的贸易战,现在看牌打的还不错。不过这牌还能不能继续作为王牌,还得看我们能不能改变稀土产业上游开采、分离环节产能过剩,中下游低端化,下游应用产业发展滞后的局面。
发展中下游产业链,开发稀土应用终端产品,重视稀土基础研究。一切都要用科技说话。
专利数量可以在一定程度上体现科技实力。最早在稀土领域开展专利布局的是美国,1835年,申请人在美国提交了第一件稀土相关的专利申请。中国最早的稀土专利申请始于我国专利法首次实施的1985年,当年,稀土领域的专利申请量达到194件。1999年之后,我国稀土领域的专利布局开始变得活跃,专利数量迅速增长。
而短短14年之后,中国的相关专利申请量就超过了美国以及其他所有国家。截至2018年8月,中国稀土专利申请量累积比美国多出2.3万件。
通过调查还发现:自2011年以来,中国每年的稀土专利申请量都超过世界其他国家的总和。到2021年初,中国累积的稀土专利数量将超过世界其他国家的总和。中国公司可以通过专利诉讼和专利封锁等法律策略来破坏或废除现有的非中国专利。相对于世界其他国家,中国的专利申请还在提速,从2011年到2018年增加了250%。
我国稀土的产业结构逐渐形成稀土原料向深加工方向发展、稀土应用向高技术领域发展的良好趋势,在稀土永磁材料、稀土发光材料、稀土催化材料、稀土储氢材料和稀土抛光材料等方面取得了一批具有自主知识产权的创新成果,以涉及永磁、发光和催化材料技术分支的专利申请居多。
不仅是稀土,中国制造很多产业都在向高端、向下游发展。唯有从低端走向高端,提高产品附加值,获得产业链的高端化,才能真正占有国际定价权和话语权,也才能真正打好稀土这张牌。
稀土新材料产业未来发展的趋势
1 钕铁硼永磁材料的方向分析
重视设备的改进力度,加强防腐技术和设备的开发,同时有针对性的解决过程中可能出现的问题,比如说均匀性问题和小尺寸的磁坏的问题等。
2 稀土贮氢材料的方向分析
加快实现电动汽车动力电池功率性贮氢负极合金的产业化进程,加速开发新型的稀土系贮氢材料,一旦能够在开发上抢占先机,就能尽快的占领市场,获得商机。
3 稀土抛光粉的方向分析
抛光粉的应用主要是在产业的低端市场,开发抛光粉的市场还是极具前景的,可以加大对于相关研制工作的投入,扩大高端产品,虽然化学和机械这块抛光的消费较低,但在需求量上不断的增加,要加快研发和产业化的力度。
4 稀土发光材料的方向分析
要创造机会让有实力、高技术含量的稀土发光企业加强彼此间的合作力度,扩大产业链。很多企业已经能够满足发光的基本需求,但是为了使发光二极管的照明更加的实用,还是应该寻找更多能够满足该需求的新型稀土发光材料。
扩展阅读丨各种稀土元素的详细介绍及其用途:
1 镧用于合金材料和农用薄膜
2 铈大量应用于汽车玻璃
3 镨广泛应用于陶瓷颜料
4 钕广泛用于航空航天材料
5 钷为卫星提供辅助能量
6 钐应用于原子能反应堆
7 铕制造镜片和液晶显示屏
8 钆用于医疗核磁共振成像
9 铽用于飞机机翼调节器
10 铒军事上用于激光测距仪
11 镝用于电影、印刷等照明光源
12 钬用于制作光通讯器件
13 铥用于临床诊断和治疗肿瘤
14 镱电脑记忆元件添加剂
15 镥用于能源电池技术
16 钇制造电线和飞机受力构件
17 钪常用于制造合金
详细情况如下:
1
镧(La)


在海湾战争中,加入稀土元素镧的夜视仪成为美军坦克压倒性优势的来源。上图为氯化镧粉末。(资料图)
镧的应用非常广泛,如应用于压电材料、电热材料、热电材料、磁阻材料、发光材料(兰粉)、贮氢材料、光学玻璃、激光材料、各种合金材料等。镧也应用到制备许多有机化工产品的催化剂中,光转换农用薄膜也用到镧,在国外,科学家把镧对作物的作用赋与“超级钙”的美称。
2
铈(Ce)

铈可作催化剂、电弧电极、特种玻璃等。铈的合金耐高热,可以用来制造喷气推进器零件。(资料图)
(1)铈作为玻璃添加剂,能吸收紫外线与红外线,现已被大量应用于汽车玻璃。不仅能防紫外线,还可降低车内温度,从而节约空调用电。从1997年起,日本汽车玻璃全加入氧化铈,1996年用于汽车玻璃的氧化铈至少有2000吨,美国约1000多吨。
(2)目前正将铈应用到汽车尾气净化催化剂中,可有效防止大量汽车废气排到空气中美国在这方面的消费量占稀土总消费量的三分之一。
(3)硫化铈可以取代铅、镉等对环境和人类有害的金属应用到颜料中,可对塑料着色,也可用于涂料、油墨和纸张等行业。目前领先的是法国罗纳普朗克公司。
(4)Ce:LiSAF激光系统是美国研制出来的固体激光器,通过监测色氨酸浓度可用于探查生物武器,还可用于医学。铈应用领域非常广泛,几乎所有的稀土应用领域中都含有铈。如抛光粉、储氢材料、热电材料、铈钨电极、陶瓷电容器、压电陶瓷、铈碳化硅磨料、燃料电池原料、汽油催化剂、某些永磁材料、各种合金钢及有色金属等。
3
镨(Pr)

镨钕合金(资料图)
(1)镨被广泛应用于建筑陶瓷和日用陶瓷中,其与陶瓷釉混合制成色釉,也可单独作釉下颜料,制成的颜料呈淡黄色,色调纯正、淡雅。
(2)用于制造永磁体。选用廉价的镨钕金属代替纯钕金属制造永磁材料,其抗氧性能和机械性能明显提高,可加工成各种形状的磁体。广泛应用于各类电子器件和马达上。
(3)用于石油催化裂化。以镨钕富集物的形式加入Y型沸石分子筛中制备石油裂化催化剂,可提高催化剂的活性、选择性和稳定性。我国70年代开始投入工业使用,用量不断增大。
(4)镨还可用于磨料抛光。另外,镨在光纤领域的用途也越来越广。
4
钕(Nd)
为什么M1坦克能做到先敌发现?因为该坦克装备的掺钕钇铝石榴石的激光测距机,在晴朗的白天可以达到近4000米的观瞄距离。(资料图)
伴随着镨元素的诞生,钕元素也应运而生,钕元素的到来活跃了稀土领域,在稀土领域中扮演着重要角色,并且左右着稀土市场。
钕元素凭借其在稀土领域中的独特地位,多年来成为市场关注的热点。金属钕的最大用户是钕铁硼永磁材料。钕铁硼永磁体的问世,为稀土高科技领域注入了新的生机与活力。钕铁硼磁体磁能积高,被称作当代“永磁之王”,以其优异的性能广泛用于电子、机械等行业。阿尔法磁谱仪的研制成功,标志着我国钕铁硼磁体的各项磁性能已跨入世界一流水平。钕还应用于有色金属材料。在镁或铝合金中添加1.5~2.5%钕,可提高合金的高温性能、气密性和耐腐蚀性,广泛用作航空航天材料。另外,掺钕的钇铝石榴石产生短波激光束,在工业上广泛用于厚度在10mm以下薄型材料的焊接和切削。在医疗上,掺钕钇铝石榴石激光器代替手术刀用于摘除手术或消毒创伤口。钕也用于玻璃和陶瓷材料的着色以及橡胶制品的添加剂。
5
钷(Pm)

钷为核反应堆生产的人造放射性元素(资料图)
(1)可作热源。为真空探测和人造卫星提供辅助能量。
(2)Pm147放出能量低的β射线,用于制造钷电池。作为导弹制导仪器及钟表的电源。此种电池体积小,能连续使用数年之久。此外,钷还用于便携式X-射线仪、制备荧光粉、度量厚度以及航标灯中。
6
钐(Sm)

金属钐(资料图)
钐呈浅黄色,是做钐钴系永磁体的原料,钐钴磁体是最早得到工业应用的稀土磁体。这种永磁体有SmCo5系和Sm2Co17系两类。70年代前期发明了SmCo5系,后期发明了Sm2Co17系。现在是以后者的需求为主。钐钴磁体所用的氧化钐的纯度不需太高,从成本方面考虑,主要使用95%左右的产品。此外,氧化钐还用于陶瓷电容器和催化剂方面。另外,钐还具有核性质,可用作原子能反应堆的结构材料,屏敝材料和控制材料,使核裂变产生巨大的能量得以安全利用。
7
铕(Eu)

氧化铕粉末(资料图)

氧化铕大部分用于荧光粉(资料图)
1901年,德马凯(Eugene-AntoleDemarcay)从“钐”中发现了新元素,取名为铕(Europium) 。这大概是根据欧洲(Europe)一词命名的。氧化铕大部分用于荧光粉。Eu3+用于红色荧光粉的激活剂,Eu2+用于蓝色荧光粉。现在Y2O2S:Eu3+是发光效率、涂敷稳定性、回收成本等最好的荧光粉。再加上对提高发光效率和对比度等技术的改进,故正在被广泛应用。近年氧化铕还用于新型X射线医疗诊断系统的受激发射荧光粉。氧化铕还可用于制造有色镜片和光学滤光片,用于磁泡贮存器件,在原子反应堆的控制材料、屏敝材料和结构材料中也能一展身手。
8
钆(Gd)

钆及其同位素都是最有效的中子吸收剂,可用于核反应堆的抑制剂。(资料图)
(1)其水溶性顺磁络合物在医疗上可提高人体的核磁共振(NMR)成像信号。
(2)其硫氧化物可用作特殊亮度的示波管和x射线荧光屏的基质栅网。
(3)在钆镓石榴石中的钆对于磁泡记忆存储器是理想的单基片。
(4)在无Camot循环限制时,可用作固态磁致冷介质。
(5)用作控制核电站的连锁反应级别的抑制剂,以保证核反应的安全。
(6)用作钐钴磁体的添加剂,以保证性能不随温度而变化。
9
铽(Tb)

氧化铽粉末(资料图)
铽的应用大多涉及高技术领域,是技术密集、知识密集型的尖端项目,又是具有显著经济效益的项目,有着诱人的发展前景。
(1)荧光粉用于三基色荧光粉中的绿粉的激活剂,如铽激活的磷酸盐基质、铽激活的硅酸盐基质、铽激活的铈镁铝酸盐基质,在激发状态下均发出绿色光。
(2)磁光贮存材料,近年来铽系磁光材料已达到大量生产的规模,用Tb-Fe非晶态薄膜研制的磁光光盘,作计算机存储元件,存储能力提高10~15倍。
(3)磁光玻璃,含铽的法拉第旋光玻璃是制造在激光技术中广泛应用的旋转器、隔离器和环形器的关键材料。特别是铽镝铁磁致伸缩合金(TerFenol)的开发研制,更是开辟了铽的新用途,Terfenol是70年代才发现的新型材料,该合金中有一半成份为铽和镝,有时加入钬,其余为铁,该合金由美国依阿华州阿姆斯实验室首先研制,当Terfenol置于一个磁场中时,其尺寸的变化比一般磁性材料变化大这种变化可以使一些精密机械运动得以实现。铽镝铁开始主要用于声纳,目前已广泛应用于多种领域,从燃料喷射系统、液体阀门控制、微定位到机械致动器、机构和飞机太空望远镜的调节机翼调节器等领域。
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镝(Dy)

金属镝(资料图)
(1)作为钕铁硼系永磁体的添加剂使用,在这种磁体中添加2~3%左右的镝,可提高其矫顽力,过去镝的需求量不大,但随着钕铁硼磁体需求的增加,它成为必要的添加元素,品位必须在95~99.9%左右,需求也在迅速增加。
(2)镝用作荧光粉激活剂,三价镝是一种有前途的单发光中心三基色发光材料的激活离子,它主要由两个发射带组成,一为黄光发射,另一为蓝光发射,掺镝的发光材料可作为三基色荧光粉。
(3)镝是制备大磁致伸缩合金铽镝铁(Terfenol)合金的必要的金属原料,能使一些机械运动的精密活动得以实现。(4)镝金属可用做磁光存贮材料,具有较高的记录速度和读数敏感度。
(5)用于镝灯的制备,在镝灯中采用的工作物质是碘化镝,这种灯具有亮度大、颜色好、色温高、体积小、电弧稳定等优点,已用于电影、印刷等照明光源。
(6)由于镝元素具有中子俘获截面积大的特性,在原子能工业中用来测定中子能谱或做中子吸收剂。
(7)Dy3Al5O12还可用作磁致冷用磁性工作物质。随着科学技术的发展,镝的应用领域将会不断的拓展和延伸。
11
钬(Ho)

钬铁合金(资料图)
12
铒(Er)

氧化铒粉末(资料图)
13
铥(Tm)


铥在核反应堆内辐照后产生一种能发射X射线的同位素,可制造轻便X光机射线源。(资料图)
14
镱(Yb)

金属镱(资料图)
15
镥(Lu)

氧化镥粉末(资料图)

硅酸钇镥晶体(资料图)
(1)制造某些特殊合金。例如镥铝合金可用于中子活化分析。
(2)稳定的镥核素在石油裂化、烷基化、氢化和聚合反应中起催化作用。
(3)钇铁或钇铝石榴石的添加元素,改善某些性能。
(4)磁泡贮存器的原料。
(5)一种复合功能晶体掺镥四硼酸铝钇钕,属于盐溶液冷却生长晶体的技术领域,实验证明,掺镥NYAB晶体在光学均匀性和激光性能方面均优于NYAB晶体。
(6)经国外有关部门研究发现,镥在电致变色显示和低维分子半导体中具有潜在的用途。此外,镥还用于能源电池技术以及荧光粉的激活剂等。
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钇(Y)


金属钇的用途很广,钇铝石榴石可用作激光材料,钇铁石榴石用于微波技术及声能换送,掺铕的钒酸钇及掺铕的氧化钇用作彩色电视机的荧光粉。(资料图)
(1)钢铁及有色合金的添加剂。FeCr合金通常含0.5-4%钇,钇能够增强这些不锈钢的抗氧化性和延展性;MB26合金中添加适量的富钇混合稀土后,合金的综合性能得到明显的改善,可以替代部分中强铝合金用于飞机的受力构件上;在Al-Zr合金中加入少量富钇稀土,可提高合金导电率;该合金已为国内大多数电线厂采用;在铜合金中加入钇,提高了导电性和机械强度。
(2)含钇6%和铝2%的氮化硅陶瓷材料,可用来研制发动机部件。
(3)用功率400瓦的钕钇铝石榴石激光束来对大型构件进行钻孔、切削和焊接等机械加工。
(4)由Y-Al石榴石单晶片构成的电子显微镜荧光屏,荧光亮度高,对散射光的吸收低,抗高温和抗机械磨损性能好。
(5)含钇达90%的高钇结构合金,可以应用于航空和其它要求低密度和高熔点的场合。
(6)目前倍受人们关注的掺钇SrZrO3高温质子传导材料,对燃料电池、电解池和要求氢溶解度高的气敏元件的生产具有重要的意义。此外,钇还用于耐高温喷涂材料、原子能反应堆燃料的稀释剂、永磁材料添加剂以及电子工业中作吸气剂等。
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钪(Sc)

金属钪(资料图)
钪比起钇和镧系元素来,由于离子半径特别小,氢氧化物的碱性也特别弱,因此,钪和稀土元素混在一起时,用氨(或极稀的碱)处理,钪将首先析出,故应用“分级沉淀”法可比较容易地把它从稀土元素中分离出来。另一种方法是利用硝酸盐的分极分解进行分离,由于硝酸钪最容易分解,从而达到分离的目的。
用电解的方法可制得金属钪,在炼钪时将ScCl3、KCl、LiCl共熔,以熔融的锌为阴极电解之,使钪在锌极上析出,然后将锌蒸去可得金属钪。另外,在加工矿石生产铀、钍和镧系元素时易回收钪。钨、锡矿中综合回收伴生的钪也是钪的重要来源之一。 钪在化合物中主要呈3价态,在空气中容易氧化成Sc2O3而失去金属光泽变成暗灰色。 

钪的主要用途有:
(1)钪能与热水作用放出氢,也易溶于酸,是一种强还原剂。
(2)钪的氧化物及氢氧化物只显碱性,但其盐灰几乎不能水解。钪的氯化物为白色结晶,易溶于水并能在空气中潮解。 

(3)在冶金工业中,钪常用于制造合金(合金的添加剂),以改善合金的强度、硬度和耐热和性能。如,在铁水中加入少量的钪,可显著改善铸铁的性能,少量的钪加入铝中,可改善其强度和耐热性。
(4)在电子工业中,钪可用作各种半导体器件,如钪的亚硫酸盐在半导体中的应用已引起了国内外的注意,含钪的铁氧体在计算机磁芯中也颇有前途。 
(5)在化学工业上,用钪化合物作酒精脱氢及脱水剂,生产乙烯和用废盐酸生产氯时的高效催化剂。 
(6)在玻璃工业中,可以制造含钪的特种玻璃。 
(7)在电光源工业中,含钪和钠制成的钪钠灯,具有效率高和光色正的优点。 
(8)自然界中钪均以45Sc形式存在,另外,钪还有9种放射性同位素,即40~44Sc和46~49Sc。其中,46Sc作为示踪剂,已在化工、冶金及海洋学等方面使用。在医学上,国外还有人研究用46Sc来医治癌症。
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