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1、稀土材料 中东有石油，我们有稀土！什么是稀土材料稀土材料的制备稀土材料的利用为什么“爱国者”导弹能比较轻易击毁“飞毛腿”导弹？ 这得益于前者精确制导系统的出色工作。其制导系统中使用了大 约4公斤的钐钴磁体和钕铁硼磁体用于电子束聚焦，钐、钕即是稀土 元素。为什么美军能在伊战中以压倒性的优势对敌人肆无 忌惮地公开杀戮？正缘于美国在稀土科技领域的超人一等 。元素周期表内的稀土元素位置（资料图）稀土就是化学元素周 期表中镧系元素 镧(La)、铈(Ce)、镨 (Pr)、钕(Nd)、钷 (Pm)、钐(Sm)、铕 (Eu)、钆(Gd)、铽 (Tb)、镝(Dy)、钬 (Ho)、铒(Er)、铥 (Tm)、镱(Y
2、b)、镥 (Lu)，以及与镧系的 15个元素密切相关的 两个元素钪(Sc) 和钇(Y)共17种元素， 称为稀土元素(Rare Earth)。简称稀土(RE 或R)。稀土一词是历史遗留下来的名称。稀土元素是从18世纪末叶 开始陆续发现，当时人们常把不溶于水的固体氧化物称为土 。稀土一般是以氧化物状态分离出来的，又很稀少，因而得 名为稀土。通常把镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕称为轻稀土或铈组稀土 ；把钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥钇称为重稀土或钇组 稀土。也有的根据稀土元素物理化学性质的相似性和差异性 ，除钪之外(有的将钪划归稀散元素)，划分成三组，即轻稀 土组为镧、铈、镨、钕、钷；中稀土组为钐、铕、
3、钆、铽、 镝；重稀土组为钬、铒、铥、镱、镥、钇。大多数稀土元素 呈现顺磁性。钆在0时比铁具更强的铁磁性。铽、镝、钬、 铒等在低温下也呈现铁磁性，镧、铈的低熔点和钐、铕、镱 的高蒸气压表现出稀土金属的物理性质有极大差异。钐、铕 、钇的热中子吸收截面比广泛用于核反应堆控制材料的镉、 硼还大。稀土金属具有可塑性，以钐和镱为最好。除镱外， 钇组稀土较铈组稀土具有更高的硬度。稀土冶炼方法湿法冶金：全流程大多处于溶液、溶剂之中， 如稀土精矿的分解、稀土氧化物、稀土化合物 、单一稀土金属的分离和提取过程就是采用沉 淀、结晶、氧化还原、溶剂萃取、离子交换等 化学分离工艺过程。火法冶金：工艺过程简单，生产率较高
4、。稀土 火法冶炼主要包括硅热还原法制取稀土合金， 熔盐电解法制取稀土金属或合金，金属热还原 法制取稀土合金等。火法冶金的共同特点是在 高温条件下生产。湿法冶金：全流程大多处于溶液、溶剂之 中，如稀土精矿的分解、稀土氧化物、稀土化 合物、单一稀土金属的分离和提取过程就是采 用沉淀、结晶、氧化还原、溶剂萃取、离子交 换等化学分离工艺过程。火法冶金：工艺过程简单，生产率较高。稀 土火法冶炼主要包括硅热还原法制取稀土合金 ，熔盐电解法制取稀土金属或合金，金属热还 原法制取稀土合金等。火法冶金的共同特点是 在高温条件下生产。分步法利用化合物在溶剂中溶解的难易程度（溶解度）上的差别来进行分离和提纯 的。方
5、法的操作程序是：将含有两种稀土元素的化合物先以适宜的溶剂溶解后，加热浓 缩，溶液中一部分元素化合物析出来（结晶或沉淀）。析出物中，溶解度较小的稀土元 素得到富集，溶解度较大点的稀土元素在溶液中也得到富集。因为稀土元素之间的溶解 度差别很小，必须重复操作多次才能将这两种稀土元素分离开来，因而这是一件非常困 难的工作。全部稀土元素的单一分离耗费了100多年，一次分离重复操作竟达2万次， 对于化学工作者而言，其艰辛的程度，可想而知。因此用这样的方法不能大量生产单一 稀土。离子交换法首先将阳离子交换树脂填充于柱子内，再将待分离的混合 稀土吸附在柱子入口处的那一端，然后让淋洗液从上到下流经柱子。形成了
6、络合物的稀土就脱离离子交换树脂而随淋洗液一起向下流动。流动的过程中 稀土络合物分解，再吸附于树脂上。就这样，稀土离子一边吸附、脱离树脂 ，一边随着淋洗液向柱子的出口端流动。由于稀土离子与络合剂形成的络合 物的稳定性不同，因此各种稀土离子向下移动的速度不一样，亲和力大的稀 土向下流动快，结果先到达出口端。溶剂萃取法利用有机溶剂从与其不相混溶的水溶液中把被萃取物提取 分离出来的方法称之为有机溶剂液液液萃取法，简称溶剂萃取法，它是一 种把物质从一个液相转移到另一个液相的传质过程。稀土金属的生产熔盐电解法概念：稀土氯化物等稀土化合物加热 熔融，然后进行电解，在阴极上析出 稀土金属。种类：氯化物电解、氧
7、化物电解缺点：只能制备一般工业级的稀土金属真空热还原法 ：制备杂质较低，纯度高的金属变质夹杂。稀土加入钢中生成球状稀土硫化物或硫氧化物，取代长条状硫化 锰夹杂，使硫化物形态得到完全控制，提高钢的韧塑性特别是横向冲击韧性 ，改善钢材的各向异性。微合金化。稀土在钢中有一定的固溶量，它在晶界的偏聚能抑制磷硫及低熔 点杂质铅、锡、砷、锑、铋在晶界的偏析或与这些杂质形成熔点较高的化合 物，消除低熔点杂质的有害作用；稀土净化和强化晶界，阻碍晶间裂纹的形 成和扩展，有利于改善塑性尤其是高温塑性；稀土能抑制动态再结晶、细化 晶粒和沉淀相尺寸并促进铁素体中Nb（C、N），（Nb、Ti）（C、N）和V （C、N）
8、的析出；溶解的稀土可改变渗碳体的组成和结构并使碳化物球化 、细化和均匀分布。净化钢液。稀土具有脱氧、脱硫作用，减少并细化钢中夹杂物。 稀土既是优良的变质剂，也是一种强效微合金元素。稀土具有捕氢性，能使 钢的氢致延迟断裂性能得以改善；稀土可提高耐候钢、不锈钢的抗腐蚀性能 ，耐热钢的抗氧化性能和高温强度，弹簧钢、齿轮钢和轴承钢的抗疲劳性能 ，难变形高合金钢的热塑性，钢轨及耐磨材料的耐磨性等。钢中加入稀土后 ，一般能使钢板、无缝钢管的横向冲击韧性提高50%以上，耐腐蚀性能提高 60%，同时提高其他性能。每吨钢加稀土300克左右，但作用十分显著，真 可谓四两拨千斤。高纯化：稀土在高技术领域的作用只有在
9、高纯化后，其各项物 理、化学特性才能充分发挥出来。如发光材料、激光材料、光电 子材料等要求稀土纯度5N以上；非稀土杂质含量要求越来越低， 如Fe、Cu、Ni、Pb等重金属含量要求小于110-6。因此，高纯 化仍将是未来稀土产品的一个发展方向。复合化：稀土新材料的开发主要依靠稀土与其他化合物经过一 系列工艺过程形成复合稀土材料，复合化是稀土化合物产品的发 展趋势。超细化：稀土化合物的粒度将影响应用材料的质量，这是因为 随着粒度的减小，比表面积也随之加大，表面活性不断改善，稀 土的功能将得到更充分的发挥。超细化能够促使各项物理化学反 应加速，颗粒之间的结合力增加。稀土化合物的超细化既是一项 复杂的
10、、高技术深度的研究，也是提高稀土化合物经济价值的重 要手段。军事方面稀土有工业“黄金”之称，由于其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，其最显著的功能就是大幅度提高其他产品的 质量和性能。比如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。而且，稀土同样是电子、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。冶金工业方面稀土金属或氟化物、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
11、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。石油化工方面用稀土制成的分子筛催化剂，具有活性高、选择性好、抗重金属 中毒能力强的优点，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，用少量的硝酸稀土为助催化剂，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
12、烷酸铈还可用作油漆催干剂等。玻璃陶瓷方面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、显象管、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 于陶瓷工业在新材料方面稀土钴及钕、铁、硼永磁材料，具有高剩磁 、高矫顽力和高磁能积，被广泛用于电子及航天工业；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；近年来，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。稀土还广泛用于照明光源，投影电视荧光粉、增感屏荧光粉、 三基色荧光粉、复印灯粉；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510%；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 。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。资料图谢谢洪田惺20070113
