稀土元素的应用

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1、、镧元素的应用现状及存在问题镧的应用非常广泛，应用于各种合金材料、贮氢材料、 热电材料、磁阻材料、发光材料、屏蔽涂料、光学玻璃等。 它也应用到制备许多有机化工产品的催化剂中。在农业上， 有科学家把镧对农作物的作用赋与“超级钙”的美称。1传统应用（1）钢铁改质剂金属镧加入钢中可脱硫和脱氧，可细化晶粒，形成微合 金并改变夹杂物的形态及分布，提高抗氢脆和抗腐蚀能力； 加入到铁中可净化铁水，改变石墨形态，防止杂质元素破坏 球化作用。由于钢铁在各个领域应用广泛，金属镧在钢、铸 铁等高性能产品发展过程中均扮演着重要的色。（2）还原剂金属镧与氧在高温下发生还原反应，利用蒸气压差可真 空蒸馏分离提纯制备金属钐

2、、金属铥等高蒸气压金属，该工 艺简单，污染少。（3）石油炼制催化剂为了从原油中获得更多的汽油、柴油等轻质油，必须在石油精炼加工中对重质油采用催化裂化处理，就必需使用石油裂化催化剂，稀土分子筛裂化催化剂比不含稀土的催 化剂催化活性和热稳定性均有明显提高，可使轻质油收率提高 4%, 使催化剂寿命延长 2 倍, 炼油成本降低 20%, 并使 裂化装置生产能力提高30%-50%。(4) 功能陶瓷 镧在功能陶瓷材料中具有特别好的应用前景；如在钛酸钡(BaTiOs)电容器陶瓷中加入氧化镧,可明显提高电容器的 稳定性和使用寿命 , 加入 1%氧化镧 , 可延长使用寿命 400-500 倍。镧作为固体电解质可

3、用于固体氧化物燃料电池。他们都 具有良好的抗断裂韧性、热稳定性和抗循环疲劳性。把镧作 为主成分加入锆钛酸铅制备 (Pb, La)(Zr,Ti)O 3, 即电光陶 瓷, 可用于强核辐射护目镜、光通讯调制器、全息记录等。 2、应用于新型材料(1) 光学玻璃 光学玻璃中应用镧既是经典用途，也是目前主要应用领 域之一。镧系光学玻璃具有高折射率和低色散的优良光学特 性，可简化光学仪器镜头、消除球差、色差和像质畸变，扩 大视场角， 提高鉴辨率和成像质量， 已广泛用于航空摄像机、 高档相机、高档望远镜、高倍显微镜、变焦镜头、广角镜头 和潜望镜头等方面，已成为光学精密仪器和设备不可缺少的 镜头材料。(2) 储

4、氢材料La-Ni 系列合金储氢能力好，不易粉化。每公斤可贮存氢约 160 升，可使高压贮氢钢瓶体积缩小到 1/4 。利用其可 以“呼吸”氢气的特性，可以把纯度为99.999%的氢气提纯到 99.99999%，也可用作有机合成的加氢或脱氢反应的催化 剂。利用其吸氢放热、呼氢吸热的本领可以把热量从低温向 高温传送。目前这种贮氢材料的最大用途是用于稀土镍氢电 池的负极材料。电池容量高，寿命长，可反复充放电 500 次 以上，属于环保型绿色电池。稀土镍氢电池目前已广泛用于 手提电脑、便携式办公设备和电动工具等方面。最有发展前 景的是用于汽车、摩托车的动力电池。（3）磁致冷材料 磁致冷是指以磁性材料为介

5、质的一种全新的制冷技术，其中 La-Fe 系化合物具有优良的磁致冷效应，是目前最有希 望实现实用化的室温磁致冷材料，但其二元合金不稳定。国 内外研究重点是该系列合金的制备工艺，期望制备出经济适 用的磁致冷材料。（4）屏蔽涂料 电磁辐射是信息化社会的一个重要污染源，屏蔽是抗电 磁干扰最有效的方法之一。铜系电磁屏蔽涂料对电磁波屏蔽 效能高，但阻抗比银系列的高，而添加稀土可调节其电磁参 数，降低阻抗， 提高屏蔽性。 在铜系电磁屏蔽涂料中添加镧， 制备Cu-L a系涂料，提高了涂层的导电性和电磁屏蔽性（5）过共晶合金变质剂 铝、镁等有色金属一般不用于摩擦大、温度高等恶劣条件，但与其他元素形成的过共晶合

6、金则具有高耐磨性、低 热膨胀系数及优良的铸造性能等。稀土镧作为变质剂加入这 一类过共晶合金中，可有效细化晶粒，大幅度提高材料的耐 磨及耐温性，拓宽铝、镁合金的应用领域。（6）农业 镧元素在促进种子萌发， 增加作物产量、 改良作物品质、 提高作物抗逆性等方面起作用。富镧稀土无机和有机盐应该 是农用和饲料添加剂用稀土的理想材料。（7）医疗 镧用于医药也有广阔的前景。英国舍勒制药集团公司研 制的新药磷酸盐结合剂主成份为碳酸镧，可用于治疗肾病 患者透析时伴发的高磷血症，则具有良好的安全性，适合长 期使用。我国研究员陈兴安等人进行的小鼠实验表明：柠檬 酸镧可明显提高免疫力， 抑癌率高达 62.7 ，很有

7、希望用作防 治癌症和艾滋病的药物。4、存在问题 我国镧资源丰富，价格相对便宜，但金属镧制备及高纯 化工艺报道较少，且高纯金属镧尚未大规模开发，影响其进一步的应用研究。目前我国面临着经济结构的转型，对新的 高性能功能材料和结构材料的需求将不断增加。未来稀土金 属的制备和开发研究应着重于开发高纯稀土金属新的应用 领域，加强表面抛光、电磁屏蔽等材料的研究。二、铈元素的应用及存在问题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、荧光粉、颜料、压电陶瓷、铈 碳化硅磨料、铈钨电极、某些永磁材料、各种合金钢及有色 金属等。1、玻璃添加剂铈作为玻璃添加剂，能吸收紫外线与红外线，现

8、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。氧化铈用于玻璃脱色、玻璃着色、澄清 剂、抛光剂，高纯氧化铈也用于生产稀土发光材料。2、汽车尾气净化剂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。氧化铈还能于氧化钛制成光催化 剂，用于抗菌陶瓷和富氧离子环保涂料。3、硫化铈颜料硫化铈可以取代铅、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MC业。富铈轻稀土盐还用于油漆催干剂、PVC塑料稳定剂和尼龙改性剂。4、冶金领域球化剂用铈处理铸铁可以获得球墨铸铁，稀土硅铁镁合金用 作球化剂，应用于球墨铸铁及硅墨

9、铸铁，铈混合稀土金属还 广泛用于稀土处理钢（脱硫、脱氧、变形）、稀土电工铝和稀土铸造镁合金（净化变质、细化晶粒、合金化）。5、特殊功能材料荧光剂氧化铈用于制造灯用三基色荧光粉的铝粉；美 国研制的Ce:LiSAF激光系统固体激光器，通过监测色氨酸 浓度可用于探查生物武器，还可用于医学。金属铈还可以制 造永磁材料，铈钨电极代替放射性电极等。6、农用铈作为植物生长调节剂，可以改善农作物品质，增加产 量并提高作物抗逆性；用作饲料添加剂，可以提高禽类的产 蛋率和鱼虾养殖的成活率，还可改善羊的羊毛质量。7、存在的问题在生产铈中，需进一步提高和完善电解铈生产技术装备 水平，创新大型化电解槽；提高产品质量，降

10、低成本推动应 用发展；加强铈的应用研究，开拓应用新领域，增加国内用量；继续扩大出口量，占领国际市场，提高企业效益。三、钐元素的应用及存在问题多年来，金属钐在民用和军用工业中，特别是在高科 技领域中获得了较好的应用，并取得明显的技术及经济效 果。氧化钐还用于陶瓷电容器和催化剂方面。1、在永磁材料中的应用钐是做钐钻系永磁体的原料，钐钻磁体是最早得到工业应用的稀土磁体。这种永磁体有 SmCo系和SmCs系两类。70年代前期发明了 SmCo系，后期发明了 SmCs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，主要使用 95%左右的产品。如用烧结 法或粘结法可生产

11、SmCc5, SmCch和SmFeN x等三类重要永 磁体。目前，我国SmCo SmzCm和SmFeN x等均已达到工 业化生产水平。钐永磁材料主要用于军工高技术及民用工业两方面。在 军工上用于行波器和环行器。前者是作为电子束聚焦环，可达到体积小，重量轻，使行波器对卫星导航。用于消除机械 摩擦的磁轴承，可达体积小型化，适用于航空飞行器和陀 螺仪。在民用工业上代替铁氧体制造定子磁场的小型和微型 马达，用于汽车和自动仪表中的电极效率高及力矩大，重量 和体积小。由于 SmC（型能量密度大可制成磁体阀门，降低泄 露，故可用于核电站的密圭寸阀门。用于通讯和传输电子设备 如微波主扬声器等。2、在钢和铁中的

12、应用钐在炼钢和炼铁过程中可作为净化剂用。可脱氧除硫，生成Sm 2O3和SmS渣,从而提高钢及铁的性能。但由于钐价 格高而生产中很少用。目前多用含钐1.2%的混合稀土金属加入钢液中除氧除硫，效果较好。3、在发火合金（火石）中的应用发火合金是由混合稀土金属（含Sm 1.3% ）与Fe及少量的 M g, Zn, A l, Cu 等制成的（R E : 75 80% , Fe : 15 18%,其他为Mg, Zn等），这种发火合金的发火率 85%, 主要用于民用（作火石用）打火机的引火石和各种玩具的 发火石等。目前我国生产该合金每年有几百吨，供应于国内及出口用，发展态势较好。据不完全统计，我国发火合金用

13、RE 约400t,其中含钐为510t左右。但由于钐在总稀土中含量 少，价又高，故近年来用R E制成发火合金中，先把R E中 的钐离出来，更好地使用钐的价值。此外，还有一些含钐的 发火合金用于工业汽灯,焊枪点火器和火矩点火装置等。4、在有色金属中的应用在铸造铝合金中加入钐（0.08 0.2% ）后,对合金起着变质作用。可降低氧、硫和氢的含量，从而提高了合金的强度，延伸率，热稳定性，耐蚀性，铸造性能和可塑性等，使合金 更可利用。在AQ电解中，加入了混合碳酸稀土后可生产AI RE合金。其用于制造高压电缆线 ，可提高导电率，抗腐 蚀性,延展性，热稳定性和耐疲劳性等。使输电线更有技术及 经济价值。在 A

14、 I- R E 合金中含Sm约1.2%。此外，A I-R E合金还可用于制造各种日常生活的铝制品。在Cu中加入Sm后可起变质和细化晶粒的作用，使含钐的铜提高了使用性 能。如在 Cu中可生成SmCu, SmCu和SmCu的金属间化合物 而起着微合金化作用。从而改善了铜的机械性和加工性，使铜更有利用的价值。5、在原子能工业中的应用钐还具有核的性质，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。此外钐的氧化物（SmQ）可用于核子反应堆上的陶瓷保护 层的组分,或用于控制原子锅炉中的核反应 ，效果很好。6、存在的主要问题根据多年钐的生产，应用和市场等方面的发展

15、状况，有 下列几个问题需要进行讨论，以促进我国钐品业的快速进 展。（1）目前国内生产钐的还原设备的生产容量较小，使钐产品单位产量不大，造成需求量快增时，必须使用很多台还原炉设备才能满足要求，这会引起设备投资大，作业繁杂，因此,实现还原设备大型化，增加产量，满足市场的需要。（2） 我国生产钐产品仅利用还原蒸馏法 ，此法产量小，设备繁杂， 过程作业麻烦，产品成本高。为了解决存在的问题 ，应该进一 步研制新的生产技术和设备。（3）虽然我国钐的产量和用量有所发展，但钐的用量增长较慢，应用的领域及范围较窄。 今后，除主要用于永磁材料外，还应该加强在功能材料，高 新技术和军工尖端技术等应用的研究工作，并尽快将成果转为生产力。四、钆元素的应用及存在问题钆和其他稀土元素一样，属于活泼性金属，拥有相似的 化学共性。作为混合稀土使用，可以同镧铈等轻稀土一起用 作金属的净化变质剂，也可用做石油、化工和环保催化剂还 被用于农牧养殖等方面。但钆也具有自己一些独特的个性： 如特殊的磁性、光性和核性质，有许多特殊的用途。1、金属钆可用作钐钻磁体的添加剂。金属钆添加在稀土永磁体中，能使磁体性能不随外界温 度的改变而变。氧化钆具有多种用途。 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。另外，氧 化钆还可用于制造电容器、x射线增感屏。2、用氧