稀土的分類(lèi)及其用途

1、稀土的分類(lèi)及其用途2009年09月28日09點(diǎn)34分06秒【概述】稀土就是化學(xué)元素周期表中鑭系元素一一鑭(La)、鈰(Ce)、錯(cuò)(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓 (Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、秋(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鏡(Yb)、镥(Lu),以及與鑭系的15個(gè)元素密切相關(guān)的兩個(gè)元素一一 鈧(Sc)和釔(Y)共17種元素，稱(chēng)為稀土元素(RareEarth)。簡(jiǎn)稱(chēng)稀土 (RE或R)。韓國(guó)并不是主要的稀土使用國(guó)，目前我國(guó)出口的稀土數(shù)量達(dá)到每年5萬(wàn)噸(合法出口)，主要的應(yīng)用大國(guó)為日 本，歐洲和北美。與此同時(shí)稀土在我國(guó)的應(yīng)用也在積極開(kāi)展，目前占到7萬(wàn)噸。我國(guó)每年

2、稀土實(shí)際的礦產(chǎn)的實(shí)際投入 量大約為15萬(wàn)噸，這個(gè)數(shù)字近年來(lái)沒(méi)有明顯變化。盡管如此，稀土的數(shù)量仍然不能滿(mǎn)足目前全球在汽車(chē)，電子等行業(yè) 用量的要求。特別是稀土在拋光，催化，磁性材料方面的增長(zhǎng)也是非常突出。然而稀土的應(yīng)用也存在著參差不齊的問(wèn) 題，一些元素，例如：Sm，Gd，Ho, Er等就沒(méi)有得到充分的應(yīng)用而大量荒棄，非常可惜?！鞠⊥恋姆诸?lèi)】輕稀土(又稱(chēng)鈰組)：鑭、鈰、錯(cuò)、釹、钷、釤、銪、釓。重稀土(又稱(chēng)釔組)：鋱、鏑、秋、鉺、銩、鏡、镥、鈧、釔。鈰組與釔組之別，是因?yàn)榈V物經(jīng)分離得到的稀土混合物中，常以鈰或釔比例多的而得名。稀土金屬(rareearthmetals)又稱(chēng)稀土元素，是元素周期表IIIB

3、族中鈧、釔、鑭系17種元素的總稱(chēng)，常用R 或RE表示。它們的名稱(chēng)和化學(xué)符號(hào)是鈧(Sc)、釔(Y)、鑭(La)、鈰(Ce)、錯(cuò)(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、 釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、秋(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鏡(Yb)、镥(Lu)。它們的原子序數(shù)是 21(Sc)、39(Y)、57(La) 到 71(Lu)?！?7種稀土元素名稱(chēng)的由來(lái)及用途】稀土一詞是歷史遺留下來(lái)的名稱(chēng)。稀土元素是從18世紀(jì)末葉開(kāi)始陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)人們常把不溶于水的固體氧 化物稱(chēng)為土。稀土一般是以氧化物狀態(tài)分離出來(lái)的，又很稀少，因而得名為稀土。通常把鑭、鈰、錯(cuò)、釹、钷、釤、 銪稱(chēng)為輕

4、稀土或鈰組稀土；把釓、鋱、鏑、秋、鉺、銩、鏡、镥釔稱(chēng)為重稀土或釔組稀土。也有的根據(jù)稀土元素物理 化學(xué)性質(zhì)的相似性和差異性，除鈧之外(有的將鈧劃歸稀散元素)，劃分成三組，即輕稀土組為鑭、鈰、錯(cuò)、釹、钷； 中稀土組為釤、銪、釓、鋱、鏑；重稀土組為秋、鉺、銩、鏡、镥、釔。這些稀土元素的發(fā)現(xiàn)，從1794年芬蘭人加多林(J.Gadolin)分離出釔到1947年美國(guó)人馬林斯基 (J.A.Marinsky)等制得钷，歷時(shí)150多年。其中大部分稀土元素是歐洲的一些礦物學(xué)家、化學(xué)家、冶金學(xué)家等發(fā)現(xiàn)制 取的。钷是美國(guó)人馬林斯基、格蘭德寧(L.E.Glendenin)和科列爾(C.D.Coryell)用離子交換分離

5、，在鈾裂變產(chǎn)物的稀 土元素中獲得的。過(guò)去認(rèn)為自然界中不存在钷，直到1965年，芬蘭一家磷酸鹽工廠在處理磷灰石時(shí)發(fā)現(xiàn)了痕量的钷。鑭(La)鑭這個(gè)元素是1839年被命名的，當(dāng)時(shí)有個(gè)叫莫桑德”的瑞典人發(fā)現(xiàn)鈰土中含有其它元素，他借用希 臘語(yǔ)中隱藏一詞把這種元素取名為鑭。鑭的應(yīng)用非常廣泛，如應(yīng)用于壓電材料、電熱材料、熱電材料、磁阻材料、發(fā)光材料(蘭粉)、貯氫材料、光 學(xué)玻璃、激光材料、各種合金材料等。鑭也應(yīng)用到制備許多有機(jī)化工產(chǎn)品的催化劑中，光轉(zhuǎn)換農(nóng)用薄膜也用到鑭，在 國(guó)外，科學(xué)家把鑭對(duì)作物的作用賦與超級(jí)鈣的美稱(chēng)。鈰(Ce)鈰這個(gè)元素是由德國(guó)人克勞普羅斯，瑞典人烏斯伯齊力、希生格爾于1803年發(fā)現(xiàn)并命名

6、的，以紀(jì)念 1801年發(fā)現(xiàn)的小行星一谷神星。鈰的廣泛應(yīng)用：鈰作為玻璃添加劑，能吸收紫外線(xiàn)與紅外線(xiàn)，現(xiàn)巳被大量應(yīng)用于汽車(chē)玻璃。不僅能防紫外線(xiàn)，還可降低車(chē) 內(nèi)溫度，從而節(jié)約空調(diào)用電。從1997年起，日本汽車(chē)玻璃全加入氧化鈰，1996年用于汽車(chē)玻璃的氧化鈰至少有2000 噸，美國(guó)約1000多噸。目前正將鈰應(yīng)用到汽車(chē)尾氣凈化催化劑中，可有效防止大量汽車(chē)廢氣排到空氣中美國(guó)在這方面的消費(fèi)量占 稀土總消費(fèi)量的三分之一強(qiáng)。硫化鈰可以取代鉛、鎘等對(duì)環(huán)境和人類(lèi)有害的金屬應(yīng)用到顏料中，可對(duì)塑料著色，也可用于涂料、油墨和 紙張等行業(yè)。目前領(lǐng)先的是法國(guó)羅納普朗克公司。Ce:LiSAF激光系統(tǒng)是美國(guó)研制出來(lái)的固體激光器，

7、通過(guò)監(jiān)測(cè)色氨酸濃度可用于探查生物武器，還可用于醫(yī) 學(xué)。鈰應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，幾乎所有的稀土應(yīng)用領(lǐng)域中都含有鈰。如拋光粉、儲(chǔ)氫材料、熱電材料、鈰鎢電極、陶瓷 電容器、壓電陶瓷、鈰碳化硅磨料、燃料電池原料、汽油催化劑、某些永磁材料、各種合金鋼及有色金屬等。錯(cuò)(Pr)大約160年前，瑞典人莫桑德從鑭中發(fā)現(xiàn)了一種新的元素，但它不是單一元素，莫桑德發(fā)現(xiàn)這種元素的性質(zhì) 與鑭非常相似，便將其定名為錯(cuò)釹。錯(cuò)釹希臘語(yǔ)為雙生子”之意。大約又過(guò)了 40多年，也就是發(fā)明汽燈紗罩的1885 年，奧地利人韋爾斯巴赫成功地從錯(cuò)釹中分離出了兩個(gè)元素，一個(gè)取名為釹，另一個(gè)則命名為錯(cuò)。這種雙生子 ”被分隔開(kāi)了，錯(cuò)元素也有了自己施展

8、才華的廣闊天地。錯(cuò)是用量較大的稀土元素，其用于玻璃、陶瓷和磁性材料中。錯(cuò)的廣泛應(yīng)用：錯(cuò)被廣泛應(yīng)用于建筑陶瓷和日用陶瓷中，其與陶瓷釉混合制成色釉，也可單獨(dú)作釉下顏料，制成的顏料呈 淡黃色，色調(diào)純正、淡雅。(2 )用于制造永磁體。選用廉價(jià)的錯(cuò)釹金屬代替純釹金屬制造永磁材料，其抗氧性能和機(jī)械性能明顯提高，可 加工成各種形狀的磁體。廣泛應(yīng)用于各類(lèi)電子器件和馬達(dá)上。用于石油催化裂化。以錯(cuò)釹富集物的形式加入丫型沸石分子篩中制備石油裂化催化劑，可提高催化劑的活 性、選擇性和穩(wěn)定性。我國(guó)70年代開(kāi)始投入工業(yè)使用，用量不斷增大。錯(cuò)還可用于磨料拋光。另外，錯(cuò)在光纖領(lǐng)域的用途也越來(lái)越廣。釹(Nd)伴隨著錯(cuò)元素的誕生

9、，釹元素也應(yīng)運(yùn)而生，釹元素的到來(lái)活躍了稀土領(lǐng)域，在稀土領(lǐng)域中扮演著重要 角色，并且左右著稀土市場(chǎng)。釹元素憑借其在稀土領(lǐng)域中的獨(dú)特地位，多年來(lái)成為市場(chǎng)關(guān)注的熱點(diǎn)。金屬釹的最大用戶(hù)是釹鐵硼永磁材料。 釹鐵硼永磁體的問(wèn)世，為稀土高科技領(lǐng)域注入了新的生機(jī)與活力。釹鐵硼磁體磁能積高，被稱(chēng)作當(dāng)代永磁之王”，以 其優(yōu)異的性能廣泛用于電子、機(jī)械等行業(yè)。阿爾法磁譜儀的研制成功，標(biāo)志著我國(guó)釹鐵硼磁體的各項(xiàng)磁性能巳跨入世 界一流水平。釹還應(yīng)用于有色金屬材料。在鎂或鋁合金中添加1.52.5%釹，可提高合金的高溫性能、氣密性和耐腐蝕 性，廣泛用作航空航天材料。另外，摻釹的釔鋁石榴石產(chǎn)生短波激光束，在工業(yè)上廣泛用于厚度在

10、10mm以下薄型材料 的焊接和切削。在醫(yī)療上，摻釹釔鋁石榴石激光器代替手術(shù)刀用于摘除手術(shù)或消毒創(chuàng)傷口。釹也用于玻璃和陶瓷材料 的著色以及橡膠制品的添加劑。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，稀土科技領(lǐng)域的拓展和延伸，釹元素將會(huì)有更廣闊的利用空間。钷(Pm)1947年，馬林斯基(J.A.Marinsky)、格倫丹寧(L.E.Glendenin)和科里爾(C.E.Coryell)從原子能反應(yīng)堆用過(guò) 的鈾燃料中成功地分離出61號(hào)元素，用希臘神話(huà)中的神名普羅米修斯(Prometheus)命名為钷(Promethium)。钷為核反 應(yīng)堆生產(chǎn)的人造放射性元素。钷的主要用途有：可作熱源。為真空探測(cè)和人造衛(wèi)星提供輔助能量。P

11、m147放出能量低的8射線(xiàn)，用于制造钷電池。作為導(dǎo)彈制導(dǎo)儀器及鐘表的電源。此種電池體積小，能連 續(xù)使用數(shù)年之久。此外，钷還用于便攜式X-射線(xiàn)儀、制備熒光粉、度量厚度以及航標(biāo)燈中。釤(Sm) 1879年，波依斯包德萊從鈮釔礦得到的錯(cuò)釹中發(fā)現(xiàn)了新的稀土元素，并根據(jù)這種礦石的名稱(chēng)命名為 釤。釤呈淺黃色，是做釤鉆系永磁體的原料，釤鉆磁體是最早得到工業(yè)應(yīng)用的稀土磁體。這種永磁體有SmCo5系 和Sm2Co17系兩類(lèi)。70年代前期發(fā)明了 SmCo5系，后期發(fā)明了 Sm2Co17系?，F(xiàn)在是以后者的需求為主。釤鉆磁體所用 的氧化釤的純度不需太高，從成本方面考慮，主要使用95%左右的產(chǎn)品。此外，氧化釤還用于陶瓷

12、電容器和催化劑方面。 另外，釤還具有核性質(zhì)，可用作原子能反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)材料，屏敝材料和控制材料，使核裂變產(chǎn)生巨大的能量得以安全 利用。銪(Eu)1901年，德馬凱(Eugene-AntoleDemarcay)從釤中發(fā)現(xiàn)了新元素，取名為銪(Europium)。這大概是根 據(jù)歐洲(Europe)一詞命名的。氧化銪大部分用于熒光粉Eu3+用于紅色熒光粉的激活劑，Eu2+用于藍(lán)色熒光粉?，F(xiàn)在 Y2O2S:Eu3+是發(fā)光效率、涂敷穩(wěn)定性、回收成本等最好的熒光粉。再加上對(duì)提高發(fā)光效率和對(duì)比度等技術(shù)的改進(jìn)，故 正在被廣泛應(yīng)用。近年氧化銪還用于新型X射線(xiàn)醫(yī)療診斷系統(tǒng)的受激發(fā)射熒光粉。氧化銪還可用于制造有色鏡片和

13、光 學(xué)濾光片，用于磁泡貯存器件，在原子反應(yīng)堆的控制材料、屏敝材料和結(jié)構(gòu)材料中也能一展身手。釓(Gd) 1880年，瑞士的馬里格納克(G.deMarignac)將釤分離成兩個(gè)元素，其中一個(gè)由索里特證實(shí)是釤元素， 另一個(gè)元素得到波依斯包德萊的研究確認(rèn)，1886年，馬里格納克為了紀(jì)念釔元素的發(fā)現(xiàn)者研究稀土的先驅(qū)荷蘭化學(xué)家 加多林(GadoLinium)，將這個(gè)新元素命名為釓。釓在現(xiàn)代技革新中將起重要作用。它的主要用途有:其水溶性順磁絡(luò)合物在醫(yī)療上可提高人體的核磁共振(NMR)成像信號(hào)。其硫氧化物可用作特殊亮度的示波管和x射線(xiàn)熒光屏的基質(zhì)柵網(wǎng)。在釓鎵石榴石中的釓對(duì)于磁泡記憶存儲(chǔ)器是理想的單基片。在無(wú)C

14、amot循環(huán)限制時(shí)，可用作固態(tài)磁致冷介質(zhì)。用作控制核電站的連鎖反應(yīng)級(jí)別的抑制劑，以保證核反應(yīng)的安全。用作釤鉆磁體的添加劑，以保證性能不隨溫度而變化。另外，氧化釓與鑭一起使用，有助于玻璃化區(qū)域的變化和提高玻璃的熱穩(wěn)定性。氧化釓還可用于制造電容器、 x射線(xiàn)增感屏。在世界上目前正在努力開(kāi)發(fā)釓及其合金在磁致冷方面的應(yīng)用，現(xiàn)巳取得突破性進(jìn)展，室溫下采用超導(dǎo)磁 體、金屬釓或其合金為致冷介質(zhì)的磁冰箱巳經(jīng)問(wèn)世。鋱(Tb) 1843年瑞典的莫桑德(KarlG.Mosander)通過(guò)對(duì)釔土的研究，發(fā)現(xiàn)鋱?jiān)?Terbium)。鋱的應(yīng)用大多涉及 高技術(shù)領(lǐng)域，是技術(shù)密集、知識(shí)密集型的尖端項(xiàng)目，又是具有顯著經(jīng)濟(jì)效益的項(xiàng)

15、目，有著誘人的發(fā)展前景。主要應(yīng)用領(lǐng)域有：熒光粉用于三基色熒光粉中的綠粉的激活劑，如鋱激活的磷酸鹽基質(zhì)、鋱激活的硅酸鹽基質(zhì)、鋱激活的鈰 鎂鋁酸鹽基質(zhì)，在激發(fā)狀態(tài)下均發(fā)出綠色光。磁光貯存材料，近年來(lái)鋱系磁光材料巳達(dá)到大量生產(chǎn)的規(guī)模，用Tb-Fe非晶態(tài)薄膜研制的磁光光盤(pán)，作計(jì) 算機(jī)存儲(chǔ)元件，存儲(chǔ)能力提高1015倍。(3 )磁光玻璃，含鋱的法拉第旋光玻璃是制造在激光技術(shù)中廣泛應(yīng)用的旋轉(zhuǎn)器、隔離器和環(huán)形器的關(guān)鍵材料。 特別是鋱鏑鐵磁致伸縮合金(TerFenol)的開(kāi)發(fā)研制，更是開(kāi)辟了鋱的新用途，Terfenol是70年代才發(fā)現(xiàn)的新型材料， 該合金中有一半成份為鋱和鏑，有時(shí)加入鈥，其余為鐵，該合金由美國(guó)依

16、阿華州阿姆斯實(shí)驗(yàn)室首先研制，當(dāng)Terfenol 置于一個(gè)磁場(chǎng)中時(shí)，其尺寸的變化比一般磁性材料變化大這種變化可以使一些精密機(jī)械運(yùn)動(dòng)得以實(shí)現(xiàn)。鋱鏑鐵開(kāi)始主 要用于聲納，目前巳廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域，從燃料噴射系統(tǒng)、液體閥門(mén)控制、微定位到機(jī)械致動(dòng)器、機(jī)構(gòu)和飛機(jī)太空 望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié)機(jī)翼調(diào)節(jié)器等領(lǐng)域。鏑(Dy) 1886年，法國(guó)人波依斯包德萊成功地將鈥分離成兩個(gè)元素，一個(gè)仍稱(chēng)為鈥，而另一個(gè)根據(jù)從鈥中難以 得到的意思取名為鏑(dysprosium)。鏑目前在許多高技術(shù)領(lǐng)域起著越來(lái)越重要的作用。鏑的最主要用途是：作為釹鐵硼系永磁體的添加劑使用，在這種磁體中添加23%左右的鏑，可提高其矯頑力，過(guò)去鏑的需求量 不大，

17、但隨著釹鐵硼磁體需求的增加，它成為必要的添加元素，品位必須在9599.9%左右，需求也在迅速增加。鏑用作熒光粉激活劑，三價(jià)鏑是一種有前途的單發(fā)光中心三基色發(fā)光材料的激活離子，它主要由兩個(gè)發(fā)射 帶組成，一為黃光發(fā)射，另一為藍(lán)光發(fā)射，摻鏑的發(fā)光材料可作為三基色熒光粉。鏑是制備大磁致伸縮合金鋱鏑鐵(Terfenol)合金的必要的金屬原料，能使一些機(jī)械運(yùn)動(dòng)的精密活動(dòng)得以實(shí) 現(xiàn)。鏑金屬可用做磁光存貯材料，具有較高的記錄速度和讀數(shù)敏感度。(5 )用于鏑燈的制備，在鏑燈中采用的工作物質(zhì)是碘化鏑，這種燈具有亮度大、顏色好、色溫高、體積小、電 弧穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，巳用于電影、印刷等照明光源。由于鏑元素具有中子俘獲截面

18、積大的特性，在原子能工業(yè)中用來(lái)測(cè)定中子能譜或做中子吸收劑。Dy3Al5O12還可用作磁致冷用磁性工作物質(zhì)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鏑的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)不斷的拓展和延伸。鈥(Ho)十九世紀(jì)后半葉，由于光譜分析法的發(fā)現(xiàn)和元素周期表的發(fā)表，再加上稀土元素電化學(xué)分離工藝的進(jìn) 展，更加促進(jìn)了新的稀土元素的發(fā)現(xiàn)。1879年，瑞典人克利夫發(fā)現(xiàn)了鈥元素并以瑞典首都斯德哥爾摩地名命名為鈥 (holmium)。鈥的應(yīng)用領(lǐng)域目前還有待于進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，用量不是很大，最近，包鋼稀土 (29.81,-1.18,-3.81%)研究院采用 高溫高真空蒸餾提純技術(shù)，研制出非稀土雜質(zhì)含量很低的高純金屬鈥Ho/NRE99.9%。目前鈥的主要

19、用途有：用作金屬鹵素?zé)籼砑觿?，金屬鹵素?zé)羰且环N氣體放電燈，它是在高壓汞燈基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其特點(diǎn)是在 燈泡里充有各種不同的稀土鹵化物。目前主要使用的是稀土碘化物，在氣體放電時(shí)發(fā)出不同的譜線(xiàn)光色。在鈥燈中采 用的工作物質(zhì)是碘化鈥，在電弧區(qū)可以獲得較高的金屬原子濃度，從而大大提高了輻射效能。鈥可以用作釔鐵或釔鋁石榴石的添加劑；摻鈥的釔鋁石榴石(Ho:YAG)可發(fā)射2um激光，人體組織對(duì)2um激光吸收率高，幾乎比Hd:YAG高3個(gè)數(shù) 量級(jí)。所以用Ho:YAG激光器進(jìn)行醫(yī)療手術(shù)時(shí)，不但可以提高手術(shù)效率和精度，而且可使熱損傷區(qū)域減至更小。鈥晶體 產(chǎn)生的自由光束可消除脂肪而不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的熱量，從而減少對(duì)健

20、康組織產(chǎn)生的熱損傷，據(jù)報(bào)道美國(guó)用鈥激光治療青 光眼，可以減少患者手術(shù)的痛苦。我國(guó)25激光晶體的水平巳達(dá)到國(guó)際水平，應(yīng)大力開(kāi)發(fā)生產(chǎn)這種激光晶體。在磁致伸縮合金Terfenol-D中，也可以加入少量的鈥，從而降低合金飽和磁化所需的外場(chǎng)。另外用摻鈥的光纖可以制作光纖激光器、光纖放大器、光纖傳感器等等光通訊器件在光纖通信迅猛的今天 將發(fā)揮更重要的作用。鉺(Er) 1843年，瑞典的莫桑德發(fā)現(xiàn)了鉺元素(Erbium)。鉺的光學(xué)性質(zhì)非常突出，一直是人們關(guān)注的問(wèn)題：Er3+在1550nm處的光發(fā)射具有特殊意義，因?yàn)樵摬ㄩL(zhǎng)正好位于光纖通訊的光學(xué)纖維的最低損失，鉺離子 (Er3+)受到波長(zhǎng)980nm、1480n

21、m的光激發(fā)后，從基態(tài)4I15/2躍遷至高能態(tài)4I13/2，當(dāng)處于高能態(tài)的Er3+再躍遷回至 基態(tài)時(shí)發(fā)射出1550nm波長(zhǎng)的光，石英光纖可傳送各種不同波長(zhǎng)的光，但不同的光光衰率不同，1550nm頻帶的光在石英 光纖中傳輸時(shí)光衰減率最低(0.15分貝/公里)，幾乎為下限極限衰減率。因此，光纖通信在1550nm處作信號(hào)光時(shí)，光 損失最小。這樣，如果把適當(dāng)濃度的鉺摻入合適的基質(zhì)中，可依據(jù)激光原理作用，放大器能夠補(bǔ)償通訊系統(tǒng)中的損耗， 因此在需要放大波長(zhǎng)1550nm光信號(hào)的電訊網(wǎng)絡(luò)中，摻鉺光纖放大器是必不可少的光學(xué)器件，目前摻鉺的二氧化硅纖維 放大器巳實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。據(jù)報(bào)道，為避免無(wú)用的吸收，光纖中鉺的摻雜

22、量幾十至幾百ppm。光纖通信的迅猛發(fā)展，將開(kāi)辟鉺的應(yīng)用 新領(lǐng)域。另外摻鉺的激光晶體及其輸出的1730nm激光和1550nm激光對(duì)人的眼睛安全，大氣傳輸性能較好，對(duì)戰(zhàn)場(chǎng) 的硝煙穿透能力較強(qiáng)，保密性好，不易被敵人探測(cè)，照射軍事目標(biāo)的對(duì)比度較大，巳制成軍事上用的對(duì)人眼安全的便 攜式激光測(cè)距儀。Er3+加入到玻璃中可制成稀土玻璃激光材料，是目前輸出脈沖能量最大，輸出功率最高的固體激光材料。Er3+還可做稀土上轉(zhuǎn)換激光材料的激活離子。另外鉺也可應(yīng)用于眼鏡片玻璃、結(jié)晶玻璃的脫色和著色等。銩(Tm)銩元素是1879年瑞典的克利夫發(fā)現(xiàn)的，并以斯堪迪那維亞(Scandinavia)的舊名Thule命名為銩 (T

23、hulium)。銩的主要用途有以下幾個(gè)方面：銩用作醫(yī)用輕便X光機(jī)射線(xiàn)源，銩在核反應(yīng)堆內(nèi)輻照后產(chǎn)生一種能發(fā)射X射線(xiàn)的同位素，可用來(lái)制造便攜 式血液輻照儀上，這種輻射儀能使銩-169受到高中子束的作用轉(zhuǎn)變?yōu)殇A-170，放射出X射線(xiàn)照射血液并使白血細(xì)胞下 降，而正是這些白細(xì)胞引起器官移植排異反應(yīng)的，從而減少器官的早期排異反應(yīng)。銩元素還可以應(yīng)用于臨床診斷和治療腫瘤，因?yàn)樗鼘?duì)腫瘤組織具有較高親合性，重稀土比輕稀土親合性更 大，尤其以銩元素的親合力最大。銩在X射線(xiàn)增感屏用熒光粉中做激活劑LaOBr:Br(藍(lán)色)，達(dá)到增強(qiáng)光學(xué)靈敏度，因而降低了 X射線(xiàn)對(duì)人的 照射和危害，與以前鎢酸鈣增感屏相比可降低X射線(xiàn)劑

24、量50%，這在醫(yī)學(xué)應(yīng)用具有重要現(xiàn)實(shí)的意義。銩還可在新型照明光源金屬鹵素?zé)糇鎏砑觿?。Tm3+加入到玻璃中可制成稀土玻璃激光材料，這是目前輸出脈沖量最大，輸出功率最高的固體激光材料。 Tm3+也可做稀土上轉(zhuǎn)換激光材料的激活離子。鏡(Yb) 1878年，查爾斯(JeanCharles)和馬利格納克(G.deMarignac)在鉺中發(fā)現(xiàn)了新的稀土元素，這個(gè)元素 由伊特必(Ytterby)命名為鏡(Ytterbium)。鏡的主要用途有：作熱屏蔽涂層材料。鏡能明顯地改善電沉積鋅層的耐蝕性，而且含鏡鍍層比不含鏡鍍層晶粒細(xì)小，均勻致密。作磁致伸縮材料。這種材料具有超磁致伸縮性即在磁場(chǎng)中膨脹的特性。該合金主要由

25、鏡/鐵氧體合金及鏑/ 鐵氧體合金構(gòu)成，并加入一定比例的錳，以便產(chǎn)生超磁致伸縮性。(3 )用于測(cè)定壓力的鏡元件，試驗(yàn)證明，鏡元件在標(biāo)定的壓力范圍內(nèi)靈敏度高，同時(shí)為鏡在壓力測(cè)定應(yīng)用方面 開(kāi)辟了一個(gè)新途徑。磨牙空洞的樹(shù)脂基填料，以替換過(guò)去普遍使用銀汞合金。日本學(xué)者成功地完成了摻鏡釓鎵石榴石埋置線(xiàn)路波導(dǎo)激光器的制備工作，這一工作的完成對(duì)激光技術(shù)的進(jìn) 一步發(fā)展很有意義。另外，鏡還用于熒光粉激活劑、無(wú)線(xiàn)電陶瓷、電子計(jì)算機(jī)記憶元件(磁泡)添加劑、和玻璃纖維助 熔劑以及光學(xué)玻璃添加劑等。镥(Lu)1907年，韋爾斯巴赫和尤貝恩(G.Urbain)各自進(jìn)行研究，用不同的分離方法從鏡中又發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新元素， 韋爾斯

26、巴赫把這個(gè)元素取名為Cp(Cassiopeium)，尤貝恩根據(jù)巴黎的舊名lutece將其命名為L(zhǎng)u(Lutetium)。后來(lái)發(fā)現(xiàn) Cp和Lu是同一元素，便統(tǒng)一稱(chēng)為镥。镥的主要用途有：制造某些特殊合金。例如镥鋁合金可用于中子活化分析。穩(wěn)定的镥核素在石油裂化、烷基化、氫化和聚合反應(yīng)中起催化作用。釔鐵或釔鋁石榴石的添加元素，改善某些性能。磁泡貯存器的原料。一種復(fù)合功能晶體摻镥四硼酸鋁釔釹，屬于鹽溶液冷卻生長(zhǎng)晶體的技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)驗(yàn)證明，摻镥NYAB晶體 在光學(xué)均勻性和激光性能方面均優(yōu)于NYAB晶體。經(jīng)國(guó)外有關(guān)部門(mén)研究發(fā)現(xiàn)，镥在電致變色顯示和低維分子半導(dǎo)體中具有潛在的用途。此外，镥還用于能源 電池技術(shù)以及

27、熒光粉的激活劑等。釔(Y) 1788年，一位以研究化學(xué)和礦物學(xué)、收集礦石的業(yè)余愛(ài)好者瑞典軍官卡爾阿雷尼烏斯(KarlArrhenius) 在斯德哥爾摩灣外的伊特必村(Ytterby)，發(fā)現(xiàn)了外觀象瀝青和煤一樣的黑色礦物，按當(dāng)?shù)氐牡孛麨橐撂乇氐V (Ytterbite)。1794年芬蘭化學(xué)家約翰加多林分析了這種伊特必礦樣品。發(fā)現(xiàn)其中除鈹、硅、鐵的氧化物外，還含有 38%的未知元素的氧化物棗新土”。1797年，瑞典化學(xué)家埃克貝格(AndersGustafEkeberg)確認(rèn)了這種新土”，命名為 釔土 (Yttria,釔的氧化物之意)。釔是一種用途廣泛的金屬，主要用途有：(1)鋼鐵及有色合金的添加

28、劑。FeCr合金通常含0.5-4%釔，釔能夠增強(qiáng)這些不銹鋼的抗氧化性和延展性；MB26 合金中添加適量的富釔混合稀土后，合金的綜合性能得到明顯的改善，可以替代部分中強(qiáng)鋁合金用于飛機(jī)的受力構(gòu)件 上；在Al-Zr合金中加入少量富釔稀土，可提高合金導(dǎo)電率；該合金巳為國(guó)內(nèi)大多數(shù)電線(xiàn)廠采用；在銅合金中加入釔，提高了導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度。含釔6%和鋁2%的氮化硅陶瓷材料，可用來(lái)研制發(fā)動(dòng)機(jī)部件。用功率400瓦的釹釔鋁石榴石激光束來(lái)對(duì)大型構(gòu)件進(jìn)行鉆孔、切削和焊接等機(jī)械加工。由Y-Al石榴石單晶片構(gòu)成的電子顯微鏡熒光屏，熒光亮度高，對(duì)散射光的吸收低，抗高溫和抗機(jī)械磨損 性能好。含釔達(dá)90%的高釔結(jié)構(gòu)合金，可以應(yīng)用于

29、航空和其它要求低密度和高熔點(diǎn)的場(chǎng)合。目前倍受人們關(guān)注的摻釔SrZrO3高溫質(zhì)子傳導(dǎo)材料，對(duì)燃料電池、電解池和要求氫溶解度高的氣敏元件 的生產(chǎn)具有重要的意義。此外，釔還用于耐高溫噴涂材料、原子能反應(yīng)堆燃料的稀釋劑、永磁材料添加劑以及電子工 業(yè)中作吸氣劑等。鈧(Sc)1879年，瑞典的化學(xué)教授尼爾森(L.F.Nilson,18401899)和克萊夫(P.T.Cleve,18401905)差不多同時(shí)在稀有 的礦物硅鈹釔礦和黑稀金礦中找到了一種新元素。他們給這一元素定名為Scandium”(鈧)，鈧就是門(mén)捷列夫當(dāng)初所預(yù) 言的類(lèi)硼元素。他們的發(fā)現(xiàn)再次證明了元素周期律的正確性和門(mén)捷列夫的遠(yuǎn)見(jiàn)卓識(shí)。鈧比起釔

30、和鑭系元素來(lái)，由于離子半徑特別小，氫氧化物的堿性也特別弱，因此，鈧和稀土元素混在一起時(shí)， 用氨(或極稀的堿)處理，鈧將首先析出，故應(yīng)用分級(jí)沉淀”法可比較容易地把它從稀土元素中分離出來(lái)。另一種方法 是利用硝酸鹽的分極分解進(jìn)行分離，由于硝酸鈧最容易分解，從而達(dá)到分離的目的。用電解的方法可制得金屬鈧，在煉鈧時(shí)將ScCl3、KCl、LiCl共熔，以熔融的鋅為陰極電解之，使鈧在鋅極 上析出，然后將鋅蒸去可得金屬鈧。另外，在加工礦石生產(chǎn)鈾、釷和鑭系元素時(shí)易回收鈧。鎢、錫礦中綜合回收伴生 的鈧也是鈧的重要來(lái)源之一。鈧在化合物中主要呈3價(jià)態(tài)，在空氣中容易氧化成Sc2O3而失去金屬光澤變成暗灰色。鈧的主要用途有

31、：鈧能與熱水作用放出氫，也易溶于酸，是一種強(qiáng)還原劑。鈧的氧化物及氫氧化物只顯堿性，但其鹽灰?guī)缀醪荒芩?。鈧的氯化物為白色結(jié)晶，易溶于水并能在空氣 中潮解。在冶金工業(yè)中，鈧常用于制造合金(合金的添加劑)，以改善合金的強(qiáng)度、硬度和耐熱和性能。如，在鐵水 中加入少量的鈧，可顯著改善鑄鐵的性能，少量的鈧加入鋁中，可改善其強(qiáng)度和耐熱性。在電子工業(yè)中，鈧可用作各種半導(dǎo)體器件，如鈧的亞硫酸鹽在半導(dǎo)體中的應(yīng)用巳引起了國(guó)內(nèi)外的注意，含 鈧的鐵氧體在計(jì)算機(jī)磁芯中也頗有前途。在化學(xué)工業(yè)上，用鈧化合物作酒精脫氫及脫水劑，生產(chǎn)乙烯和用廢鹽酸生產(chǎn)氯時(shí)的高效催化劑。（6）在玻璃工業(yè)中，可以制造含鈧的特種玻璃。（7）在電光源

32、工業(yè)中，含鈧和鈉制成的鈧鈉燈，具有效率高和光色正的優(yōu)點(diǎn)。（8）自然界中鈧均以45Sc形式存在，另外，鈧還有9種放射性同位素，即4044Sc和4649Sc。其中，46Sc 作為示蹤劑，巳在化工、冶金及海洋學(xué)等方面使用。在醫(yī)學(xué)上，國(guó)外還有人研究用46Sc來(lái)醫(yī)治癌癥?！鞠⊥猎氐男再|(zhì)與應(yīng)用】大多數(shù)稀土金屬呈現(xiàn)順磁性。釓在0C時(shí)比鐵具更強(qiáng)的鐵磁性。鋱、鏑、鈥、鉺等在低溫下也呈現(xiàn)鐵磁性，鑭、 鈰的低熔點(diǎn)和釤、銪、鏡的高蒸氣壓表現(xiàn)出稀土金屬的物理性質(zhì)有極大差異。釤、銪、釔的熱中子吸收截面比廣泛用 于核反應(yīng)堆控制材料的鎘、硼還大。稀土金屬具有可塑性，以釤和鏡為最好。除鏡外，釔組稀土較鈰組稀土具有更高 的硬度

33、。稀土金屬巳廣泛應(yīng)用于電子、石油化工、冶金、機(jī)械、能源、輕工、環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。應(yīng)用稀土可生 產(chǎn)熒光材料、稀土金屬氫化物電池材料、電光源材料、永磁材料、儲(chǔ)氫材料、催化材料、精密陶瓷材料、激光材料、 超導(dǎo)材料、磁致伸縮材料、磁致冷材料、磁光存儲(chǔ)材料、光導(dǎo)纖維材料等。我國(guó)擁有豐富的稀土礦產(chǎn)資源，成礦條件優(yōu)越，堪稱(chēng)得天獨(dú)厚，探明的儲(chǔ)量居世界之首，為發(fā)展我國(guó)稀土工 業(yè)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。【稀土礦物的主要特點(diǎn)】稀土元素在地殼中平均含量為165.35X10-6（黎彤，1976）。在自然界中稀土元素主要以單礦物形式存在，目 前世界上巳發(fā)現(xiàn)的稀土礦物和含稀土元素的礦物有250多種，其中稀土含量SREE5.8

34、%的有5065種，可視為稀土 獨(dú)立的礦物。重要的稀土礦物主要為氟碳酸鹽和磷酸鹽。稀土礦物總的特點(diǎn)：一是缺少硫化物和硫酸鹽（只有極個(gè)別的）， 這說(shuō)明稀土元素具有親氧性；二是稀土的硅酸鹽主要是島狀，沒(méi)有層狀、架狀和鏈狀構(gòu)造；三是部分稀土礦物（特別是 復(fù)雜的氧化物及硅酸鹽）呈現(xiàn)非晶質(zhì)狀態(tài)；四是稀土礦物的分布，在巖漿巖及偉晶巖中以硅酸鹽及氧化物為主，在熱液 礦床及風(fēng)化殼礦床中以氟碳酸鹽、磷酸鹽為主。富釔的礦物大部分都賦存在花崗巖類(lèi)巖石和與其有關(guān)的偉晶巖、氣成 熱液礦床及熱液礦床中；五是稀土元素由于其原子結(jié)構(gòu)、化學(xué)和晶體化學(xué)性質(zhì)相近而經(jīng)常共生在同一個(gè)礦物中，即鈰 族稀土和釔族稀土元素常共存在一個(gè)礦物中，

35、但這類(lèi)元素并非等量共存，有些礦物以含鈰族稀土為主，有些礦物則以 釔族為主。在目前巳發(fā)現(xiàn)的250多種稀土礦物和含稀土元素的礦物，適合現(xiàn)今選冶條件的工業(yè)礦物僅有10余種：1）含鈰族稀土 （鑭、鈰、釹）的礦物：氟碳鈰礦、氟碳鈣鈰礦、氟碳鈰鈣礦、氟碳鋇鈰礦和獨(dú)居石。2）富釤及釓的礦物：硅鈹釔礦、鈮釔礦、黑稀金礦。3）含釔族稀土 （釔、鏑、鉺、銩等）的礦物：磷釔礦、氟碳鈣釔礦、釔易解石、褐釔鈮礦、黑稀金礦。稀散元素在自然界里主要以分散狀態(tài)賦存在有關(guān)的金屬礦物中，如閃鋅礦一般都富含鎘、鍺、鎵、銦等，個(gè) 別還含有鉈、硒與碲；黃銅礦、黝銅礦和硫碑銅礦經(jīng)常富含鉈、硒及碲，個(gè)別的還富含銦與鍺；方鉛礦也常富含銦、 鉈、硒及碲；輝鑰礦和斑銅礦富含銖，個(gè)別的還富含硒；黃鐵礦常富含鉈、鎵、硒、碲等?！臼澜缦⊥临Y源】稀土元素在地殼中豐度并不稀少，只是分散而巳。因此，雖然稀土的絕對(duì)量很大，但就目前為止能真正成為 可開(kāi)采的稀土礦并不多，而且在世界上分布極不均勻，主要集中在中國(guó)、美國(guó)、印度、前蘇聯(lián)、南非、澳大利亞、加 拿大、埃及等幾個(gè)國(guó)家，其中中