稀土产品实简介

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1、稀土产品简介稀土的英文是Rare Earth,意即稀少的土”其实这不过是18世 纪遗留给人们的误会。1787年后人们相继发现了若干种稀土元素， 但相应的矿物发现却很少。由于当时科学技术水平的限制，人们只能 制得一些不纯净的、像土一样的氧化物，故人们便给这组元素留下了 这么一个别致有趣的名字。根据国际纯粹与应用化学联合会对稀土元素的定义，稀土类元素 是门捷列夫元素周期表第三副族中原子序数从57至71的15个镧系元素，即镧（57）、铈（58）、镨（59）、钕（60）、钷（61 ）、 钐（62）、铕（63）、钆（64）、铽（65）、镝（66）、钦（67、 铒（68）、铥（69）、镱（70）、镥（71

2、），再加上与其电子结构 和化学性质相近的钪（21）和钇（39），共计17个元素。除钪与钷 外，其余15个元素往往共生。根据稀土元素间物理化学性质和地球化学性质的某些差异和分离 工艺的要求，学者们往往把稀土类元素分为轻、重两组或者轻、中、 重三组。两组的分法以钆为界，钆以前的镧、镝、铈、镨、钕、钷、 钐、铕7个元素为轻稀土元素，亦称铈组稀土元素；钆及钆以后的铽、 镝、钦、铒、铥、镱、镥和钇等9个元素称为重稀土元素，亦称钇组 稀土元素。尽管钇的原子量仅为 89，但由于其离子半径在其它重稀 土元素的离子半径链环之中，其化学性质更接近重稀土元素。在自然 界也与其它重稀土元素共生。故它被归为重稀土组。轻

3、中重三组稀土 的分类法没有一定之规，如按稀土硫酸复盐溶解度大小可分为：难溶 性铈组即轻稀土组，包括镧、铈、镨、钕、钐；微溶性铽组即中稀土 组，包括铕、钆、铽、镝；较易溶性的钇组即重稀土组，包括钇、钦、 铒、铥、镱、镥。然而各组之间相邻元素间的溶解度差别很小，用这 种方法是分不净的。现在多用萃取法分组，例如用二（2）乙基已基 （磷酸）即P204可在钕/钐间分组，然后再在钆/铽间分组等。这们， 镧、铈、镨、钕称为轻稀土，钐、铕、钆称为中稀土，铽、镝、钦、 铒、铥、镱、镥再加上钇称为重稀土。稀土在地壳中的含量并不稀少，这组元素的克拉克值达0.0236%, 其中铈组元素为0.01592%,钇组元素为0

4、.0077% ;比常见元素铜（0.01%）,锌（0.005%）,锡（0.004%）,铅（0.0016%）,镍（0.008%）,钻 （0.003%）等都多。这组元素更不是土，而是一组典型的金属元素，其 活泼性仅次于碱金属和碱土金属。钢的脱硫：在钢中添加混合稀土金属的目的之一是控制硫夹杂物 的含量和形状。炼钢时通常要添加锰，锰与硫结合形成硫化物夹杂物， 这种夹杂物在轧钢时会变形。而添加混合稀土金属则能产生稀土的硫 化物、硫氧化物，它们在轧钢时形状保持不变，这可使钢的性能得到 改善。稀土球墨铸铁：混合稀土金属以稀土硅铁合金或硅镁钛合金的形 式加入铁不中促进石墨的球化，从而提高铸铁的可锻强度。产品称球

5、 墨铸铁。打火石：混合稀土金属还用于制造打火石，这是用75%的混合稀土金属和25%的铁制成的一种合金。用于有色金属合金中：稀土金属有色金属合金中也获得广泛应 用。例如有一种稀土镁合金（含有 Mg,Zn,Zr,La,Ce ）可用于制造喷 气式发动机的传动装置，直升飞机的变速箱，飞机的着陆轮和座舱罩。 在镁合金中添加稀土金属的优点是可提高其高温抗蠕变性，改善铸造性能和室温可焊性。有一种铝锆钇合金用作电线，其特点是输出功率 高、耐热、耐振动和耐腐蚀。永磁材料：有一种永磁材料钕铁永磁合金，其磁能积达300千焦/立方米，比钐钻永磁合金（它在70年代取代昂贵的铂钻永磁体 市场产生过重大影响）几乎高出一倍。

6、然而钕铁永磁合金也有缺点， 它在居里温度达3250 C左右，（钐钻永磁合金的是 760 C左右）， 并且铁容易腐蚀。研究发现，把硼添加到钕铁永磁合金中可提高其磁 能积和抗退磁的能力。这些性能优良的永磁材料用于飞机及宇宙航行 器的仪表，精密仪器，微型电机等。石油裂化催化剂等：稀土分子筛裂化催化剂是用于石油裂化工艺 中性能优良（催化活性大，产品收率高）的催化剂。这种催化剂多数 用混合稀土氯化物与相应的钠型分子筛发生阳离子交换反应制成。 稀土金属元素的化合物作为催化剂还用于很多其他催化反应中。如将已除去铈的混合稀土金属元素的环烷酸盐溶于汽油中可用作合成戊 橡胶工艺中的催化剂，这是我国首创的，又如为净

7、化汽车废气而设计 的汽车催化器中，能将一氧化碳和未燃烧尽的碳氢化合物减少到极低 的水平，其中所用的催化剂LACOO3 ,有效地地催化CO、烃类的燃 烧，其活性、寿命与铂基催化剂无甚差别，而价格则便宜得多。镧玻璃一种具有优良光学性质的镧玻璃，含氧化镧 La2O360%，氧 化硼B2O340%，具有高的折射率，低的色散和良好的化学稳定性。 这种光学玻璃是制造高级照相机的镜头和潜望镜的镜头的不可缺少 的光学材料。玻璃脱色：采用稀土使玻璃脱色的原理涉及到铁的氧化态。玻璃中的二价铁杂质使玻璃显蓝色，它氧化成三价铁后则使玻璃显极浅黄色，颜色淡得多。二氧化铈是很好的玻璃脱色剂，因为铈（W）具有 强氧化性，能

8、将二价铁氧化成三价铁，而它本身则还原成稳定的铈（皿），CeO2 Ce2O3 都无色。荧光粉：在彩电的显像管中采用的性能优良的红基色荧光粉，以钇的化合物Y2O2S或Y2O3作基质，以铕Eu3+作激活剂。这种产 生出红色基色的荧光粉的使用效果，远远比过去（1964年以前）使 用的非稀土硫化物红色荧光粉为好。各种稀土荧光粉的用途颇广，如用于黑白电视显像管、X射线增感屏、雷达显像管、荧光灯、高压 水银灯等。激光器：稀土在激光器中也应用较多。目前使用最广的激光工作 物质是掺钕钇铝石榴石 Y 3AI5O12:Nd3+和掺钕玻璃。前苏联曾研制 出一种新型激光器一一掺Cr3+,Nd3+的钆钪镓石榴石，其效率比

9、钕激 光器高3.5倍。储氢：在合适的温度和压力下，五镍镧LaNi5合金能吸收氢分子： LaNi5+3H2二LaNi5H6冷却该合金时氢就被吸收，加热时就解吸，这 提供了一种安全的储氢方法。在室温及2.5大气压下，1公斤的LaNi5合金能吸收14克氢，而稍加热即可把储藏的氢完全放出。LaNi5和LaNi5H6的密度分别约为6.4和6.43克/厘米。由此可算得每立方米 LaNi5约可吸收储存氢90克之多，而1米3液氢却不过重71克， 可见LaNi5的储氢效率之高（而且还有比液氢安全的优点）。已发现 的类似的储氢材料还有 CeNi5,LaMg17,La2Ni5Mg13 等。这样的储氢 材料在利用氢作

10、燃料方面有潜在的应用前景。下面就是具体的各种稀土元素的新机应用：镧（La）: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。她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。铈（Ce） : 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

11、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强。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。镨(Pr): 1,镨被广泛应用于建筑

12、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丫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。钕(Nd):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。金属钕的最大用户是钕铁硼

13、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1.52.5%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。随着科学技术的发展，

14、稀土科技领域的拓展和延伸，钕元素将会 有更广阔的利用空间。钷(Pm):钷为核反应堆生产的人造放射性元素，主要用途如下：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B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。钐(Sm):钐钻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。钐钻磁体所用 的氧化钐的纯度不需太高，从成本方面考虑，主要使

15、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。铕(Eu):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。钆(Gd): 1,

16、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,用作钐钻磁体的添加剂，以保证性能不随温度而变化。另 外，氧化钆与镧一起使用，有助于玻璃化区域的变化和提高玻璃的热 稳定性。氧化钆还可用于制造电容器、x射线增感屏。 在世界上目 前正在努力开发钆及其合金在磁致冷方面的应用，现已取得突破性进 展，室温下采用超导磁体、金属钆或其合金为致冷介质的磁冰箱已经 问世。铽(Tb): 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