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1、冶金资源综合利用冶金资源综合利用冶金与能源学院冶金与能源学院 刘刘 晓晓Hebei United UniversitySchool of Metallurgy and Energy六、稀土资源的综合利用六、稀土资源的综合利用 我我国国是是稀稀土土资资源源大大国国。稀稀土土就就是是化化学学元元素素周周期期表表中中镧镧系系元元素素及及钪钪(Sc)、钇钇(Y)共共17种种元元素素的的总总称称。根根据据美美国国地地质质研研究究局局数数据据，世世界界稀稀土土基基础础储储量量为为154000千千吨吨，其其中中中中国国占占据据了了57.7%。我我国国稀稀土土矿矿主主要要分分为为以以内内蒙蒙古古包包头头白白云
2、云鄂鄂博博稀稀土土矿矿为为代代表表的的混混合合型型轻轻稀稀土土矿矿、四四川川冕冕宁宁氟氟碳碳铈铈轻轻稀稀土土矿矿和和以以南南方方中中重重离离子子稀稀土土矿矿。从从产产量量上上看看，2003-2008年年间间，我我国国稀稀土土产产量量增增加加了了31%，供供应应了了全全球球90%以上的稀土精矿需求。以上的稀土精矿需求。 1、稀土金属属性、稀土金属属性 稀稀土土就就是是化化学学元元素素周周期期表表中中镧镧系系元元素素镧镧(La)、铈铈(Ce)、镨镨(Pr)、钕钕(Nd)、钷钷(Pm)、钐钐(Sm)、铕铕(Eu)、钆钆(Gd)、铽铽(Tb)、镝镝(Dy)、钬钬(Ho)、铒铒(Er)、铥铥(Tm)、镱
3、镱(Yb)、镥镥(Lu)，以以及及与与镧镧系系的的15个个元元素素密密切切相相关关的的两两个个元元素素钪钪(Sc)和和钇钇(Y)共共17种种元元素，称为稀土元素素，称为稀土元素(Rare Earth)，简称稀土，简称稀土(RE或或R)。 根根据据稀稀土土元元素素原原子子电电子子层层结结构构和和物物理理化化学学性性质质，以以及及它它们们在在矿矿物物中中共共生生情情况况和和不不同同的的离离子子半半径径可可产产生生不不同同性性质质的的特特征征，十十七七种种稀稀土土元元素素通通常常分分为为二二组组：轻轻稀稀土土（又又称称铈铈组组）包包括括：镧镧、铈铈、镨镨、钕钕、钷钷、钐钐、铕铕、钆钆；重重稀稀土土（
4、又又称称钇钇组组）包包括括：铽铽、镝镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇。钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇。 2、世界稀土资源分布、世界稀土资源分布 2.1 全球稀土资源分布情况全球稀土资源分布情况 美美国国加加利利福福尼尼亚亚附附近近芒芒廷廷帕帕斯斯矿矿为为世世界界上上品品味味最高的稀土矿。最高的稀土矿。 2.2 我国稀土资源分布情况我国稀土资源分布情况 我我国国稀稀土土矿矿品品位位居居澳澳大大利利亚亚、俄俄罗罗斯斯、美美国国、巴巴西西之之后后第第五五位位，品品味味5-7%。我我国国稀稀土土矿矿主主要要分分为为以以内内蒙蒙古古包包头头白白云云鄂鄂博博稀稀土土矿矿为为代代表表的的混混合合型型轻轻稀稀土土矿
5、矿、四四川川冕冕宁宁氟氟碳碳铈铈轻轻稀稀土土矿矿和和以以南南方方中中重重离离子子稀稀土土矿矿。其其中中白白云云鄂鄂博博东、西矿稀土储量合计东、西矿稀土储量合计4350万吨，占万吨，占87.7%，是我国第一大稀土矿。，是我国第一大稀土矿。 3、稀土元素的研究与应用、稀土元素的研究与应用3.1 农业领域农业领域 （1）稀土农用的生物效应机理）稀土农用的生物效应机理 在在一一定定条条件件下下, 适适时时适适量量地地施施用用稀稀土土元元素素, 可可激激发发种种子子萌萌发发, 促促进进植植物物的的发发芽芽、生生根根及及生生长长发发育育,促促进进对对矿矿物物质质的的吸吸收收和和叶叶绿绿素素的的合合成成,
6、增增强强作作物物的的光光合合作作用用和和某某些些酶酶的的活活性性, 提提高高作作物物的的抗抗逆逆性性, 增增强强产量产量, 改善品质。改善品质。（2）稀土元素对植物的增效机理作用）稀土元素对植物的增效机理作用 适适量量稀稀土土能能促促进进细细胞胞的的生生长长和和分分裂裂, 促促进进植植物物的的光光合作用。合作用。 适适量量稀稀土土能能延延缓缓作作物物叶叶片片的的老老化化, 使使植植物物营营养养增增效效, 改善细胞透性改善细胞透性, 增强作物的抗逆性能。增强作物的抗逆性能。 3.2 3.2 稀土在钢中的作用机理稀土在钢中的作用机理 净化作用净化作用 钢钢液液中中稀稀土土首首先先是是脱脱氧氧，其其
7、次次脱脱硫硫，钢钢液液里里的的O O、S S去去到到足足够够干净后，稀土才能去除其它杂质。干净后，稀土才能去除其它杂质。 变质作用变质作用 一一是是改改变变或或影影响响杂杂质质、夹夹杂杂物物或或有有害害相相的的存存在在状状态态（或或种种类类）、组组成成与与结结构构、形形状状、大大小小、分分布布等等，以以致致减减轻轻或或消消除除其其有有害害作作用用、甚甚至至变变有有害害为为有有利利；其其二二是是减减轻轻或或消消除除元元素素偏偏析析和和组织不均匀性及细化钢的组织等，导致钢性能的改善。组织不均匀性及细化钢的组织等，导致钢性能的改善。 微合金化作用微合金化作用 微微合合金金化化的的强强化化程程度度决决
8、定定于于微微量量稀稀土土元元素素的的固固溶溶强强化化、稀稀土土元元素素与与其其它它溶溶质质元元素素或或化化合合物物的的交交互互作作用用、稀稀土土的的存存在在状状态态（原原子子、夹夹杂杂物物或或化化合合物物的的大大小小、形形状状和和分分布布），特特别别是是在在晶界的偏聚，以及稀土对钢表面和基体组织结构的影响等。晶界的偏聚，以及稀土对钢表面和基体组织结构的影响等。 3、稀土元素的研究与应用、稀土元素的研究与应用微合金化作用微合金化作用1）固溶度及固溶强化）固溶度及固溶强化2）改善晶界和抑制局部弱化）改善晶界和抑制局部弱化3）影响相变和改善组织）影响相变和改善组织4）影响杂质元素的溶解度和减少脱溶量
9、）影响杂质元素的溶解度和减少脱溶量5）稀土元素与其它微量合金元素的交互作用）稀土元素与其它微量合金元素的交互作用3、稀土元素的研究与应用、稀土元素的研究与应用3.3 稀土元素对钢机械性能的影响稀土元素对钢机械性能的影响提高钢的抗疲劳性提高钢的抗疲劳性 如如25MnTiB钢钢的的脉脉动动弯弯曲曲疲疲劳劳平平均均寿寿命命提提高高2.27倍倍；55SiMnVB钢钢的的低低频频疲疲劳劳寿寿命命提提高高46%，高高频频疲疲劳劳寿寿命命提提高高80%；Cr15SiMn钢钢使使8206型型推推力力轴轴承承的的接触疲劳寿命提高接触疲劳寿命提高59.1%。 提高钢的耐磨性提高钢的耐磨性 添添加加稀稀土土减减少少
10、结结晶晶过过程程中中粗粗大大碳碳化化物物的的析析出出，可可提提高钢的耐磨性。高钢的耐磨性。 提高钢的强韧性提高钢的强韧性 通通过过添添加加稀稀土土细细化化晶晶粒粒，可可提提高高铸铸钢钢的的屈屈服服点点、韧韧性和塑性。性和塑性。 3、稀土元素的研究与应用、稀土元素的研究与应用3.4 稀土在化学工业领域的应用稀土在化学工业领域的应用稀土金属及其化合物在催化中的研究与应用稀土金属及其化合物在催化中的研究与应用稀土金属间化合物稀土金属间化合物高效稀土催化剂高效稀土催化剂 3、稀土元素的研究与应用、稀土元素的研究与应用3.5 稀土元素在高新技术产业上的研究与应用稀土元素在高新技术产业上的研究与应用稀土发
11、光材料稀土发光材料 电电视视显显示示管管、计计算算机机的的荧荧光光屏屏及及荧荧光光灯灯上上, 能能使使其其具具有有高高质质量量的的图图象象, 延延长长使使用用寿寿命命, 提提高高效效率率, 改改善善显色性能。显色性能。稀土激光材料稀土激光材料 稀稀土土晶晶体体激激光光材材料料主主要要是是含含氧氧和和含含氟氟的的化化合合物物：重重复复频频率率高高的的脉脉冲冲激激光光器器; 在在工工业业上上用用于于半半导导体体产产业业; 在医疗上用于止血凝固。在医疗上用于止血凝固。3、稀土元素的研究与应用、稀土元素的研究与应用3.5 稀土元素在高新技术产业上的研究与应用稀土元素在高新技术产业上的研究与应用稀土永磁
12、材料稀土永磁材料 (1) 从从电电能能转转换换为为机机械械能能方方面面的的应应用用。这这是是最最广广泛泛的的, 其中有各种类型的永磁发动机。其中有各种类型的永磁发动机。 (2) 从从机机械械能能转转换换成成电电能能方方面面。此此种种功功能能的的元元件件应应用用于于传传感感器器、拾拾音音器器、发发动动机机的的转转速速计计和和医医疗疗核核磁磁共振扫描仪。共振扫描仪。 (3) 用用于于直直接接利利用用磁磁铁铁的的吸吸力力和和斥斥力力制制造造的的设设备备。如磁选机、起重磁铁、磁制动器等。如磁选机、起重磁铁、磁制动器等。 (4) 用用于于行行波波管管、速速调调管管、磁磁控控管管等等离离子子束束和和电电子
13、子束束偏偏转转效效应应元元件件; 转转速速表表、速速度度表表、电电流流表表、电电压压表等计测装置表等计测装置 稀土超导材料稀土超导材料 所谓超导现象即当某种材料在低于某一温度所谓超导现象即当某种材料在低于某一温度时时, 出现电阻为零的现象。该温度即是临界出现电阻为零的现象。该温度即是临界温度。在超导材料中添加稀土可以使临界温温度。在超导材料中添加稀土可以使临界温度大大提高。稀土超导材料可应用于采矿、度大大提高。稀土超导材料可应用于采矿、电子工业、医疗设备、悬浮列车及能源方面电子工业、医疗设备、悬浮列车及能源方面等领域。随着科技的发展等领域。随着科技的发展, 稀土的研究与应稀土的研究与应用前景将
14、越来越广阔。用前景将越来越广阔。3.5 稀土元素在高新技术产业上的研究与应用稀土元素在高新技术产业上的研究与应用3.5 稀土元素在高新技术产业上的研究与应用稀土元素在高新技术产业上的研究与应用3.6 未来稀土消费三大增长点未来稀土消费三大增长点1、钕铁硼成为稀土消费的主要拉动力量、钕铁硼成为稀土消费的主要拉动力量 烧烧结结钕钕铁铁硼硼磁磁体体是是当当今今磁磁性性能能最最强强、性性价价比比最最优优的的永永磁磁材材料料，广广泛泛应应用用于于各各种种计计算算机机、电电动动机机、风风力力发发电电机机、电电动动汽汽车车、仪仪器器仪仪表表、磁磁传传动动轴轴承承、高高保保真真扬扬声声器器、核核磁磁共共振振成
15、成像像仪仪和和航航天天航航空空导导航航器器等等方方面面。在在磁磁悬悬浮浮列列车车等等新新兴兴技技术术领领域域具具有有巨巨大大的的潜潜在在应应用用前前景景，特特别别是是在在电电子子信信息息方方面面的的大大量量应应用用加加快快了了整整个个计计算算机机行行业业的的发发展展进进程程。可可以以说说，没没有有钕钕铁铁硼硼的的应应用用，计计算算机机类类产产品品能能够够得得到到如如此此快快速速的的发发展展是是绝绝不不可可能能的的。因因此此，从从某某种种意意义义上上来来讲讲，钕钕铁铁硼硼磁磁性性材材料料的的出出现现和和大大量量应应用用大大大大加加快快了了人人类类文文明明的的发发展展和和科科学学的的进进步步。而而
16、钕钕铁铁硼硼的的发发展展也也成成为为近近几几年年稀稀土土消消费费的的主主要要拉拉动动力力量。量。 1、钕铁硼成为稀土消费的主要拉动力量、钕铁硼成为稀土消费的主要拉动力量2、镍氢动力电池即将进入快速发展期、镍氢动力电池即将进入快速发展期 由由于于安安全全无无污污染染、技技术术成成熟熟、产产业业化化比比较较完完善善及及使使用用成成本本相相对对较较低低的的特特性性，镍镍氢氢电电池池目目前前仍仍然然占占据据90%以以上上混混合合动动力力汽汽车车的的市市场场份份额额。车车用用镍镍氢氢动动力力电电池池市市场场规规模模一一方方面面取取决决于于混混合合动动力力汽汽车车的的产产销销量量，市市场场份份额额则则由由
17、镍镍氢氢低低成成本本与与锂锂电电池池高高技技术术之之争争的进程决定。的进程决定。 每每辆辆混混合合电电动动汽汽车车需需贮贮氢氢合合金金10千千克克，稀稀土土金金属属3千克。千克。 工工信信部部，“十十二二五五”产产业业规规划划中中，中中国国目目前前新新能能源源汽汽车车发发展展的的路路线线目目前前大大家家已已普普遍遍认认同同要要先先走走混混合动力、再走纯电动、最后过渡到燃料电池。合动力、再走纯电动、最后过渡到燃料电池。 3、 稀土荧光灯稀土荧光灯 当当今今世世界界上上流流行行使使用用的的新新型型电电光光源源大大都都与与稀稀土土有有关关，其其中中使使用用最最多多的的电电光光源源是是稀稀土土三三基基
18、色色荧荧光光灯灯，都都是是以以稀稀土土元元素素钇钇、铕铕等等作作主主要要成成份份。稀稀土土三三基基色色荧荧光光粉粉是是世世界界各各国国用用来来生生产产高高效效节节能能灯灯的的主主要要原原材材料。料。 稀稀土土三三基基色色节节能能灯灯与与普普通通的的白白炽炽灯灯相相比比节节电电率率高高达达80%，而而且且可可以以获获得得与与日日光光相相近近的的色色温温，使使得得被被照照物物体体颜颜色色纯纯正正不不失失真真，其其生生产产过过程程不不污污染染环环境境，被公认为当今理想的绿色照明工程。被公认为当今理想的绿色照明工程。 稀稀土土三三基基色色节节能能灯灯使使用用寿寿命命也也比比白白炽炽灯灯高高5至至8倍倍，而而我我国国使使用用稀稀土土三三基基色色粉粉生生产产灯灯管管的的正正规规厂厂家家确不多。确不多。 谢谢！
