稀土礦物資源與稀土工業(yè)概況

39/39第01周：教學(xué)內(nèi)容：稀土元素概述、稀土礦物資源；稀土工業(yè)概況,稀土元素的提取與分離1.詳述稀土及鑭系元素與收縮及導(dǎo)致重要結(jié)果,稀土的發(fā)覺與命名、稀土的分組。2.稀土元素的豐度及分布特點(diǎn),詳述稀土元素的賦存形態(tài)及四種要緊稀土礦物。3.簡(jiǎn)述世界及我國(guó)稀土工業(yè)概況；簡(jiǎn)述稀土材料的應(yīng)用現(xiàn)狀和進(jìn)展方向；教學(xué)要求：背誦默寫16個(gè)稀土元素中文名稱、化學(xué)符號(hào)與原子序數(shù)；掌握鑭系收縮及2個(gè)重要結(jié)果；了解稀土發(fā)覺過程與命名、分組；熟悉四種要緊稀土礦物及我國(guó)的稀土礦物資源稀土功能材料TheFunctionofRareEarthmaterials第1章緒論~稀土元素、資源及其材料應(yīng)用§1稀土元素概述一.稀土元素(RareEarthElement)用“RE”表示在門捷列夫元素周期表的第六周期的ⅡA族鋇(Ba)和ⅣB族鉿(Hf)元素之間,存在一個(gè)系列元素。它們位于第六周期的ⅢB族。它們的特征是在內(nèi)層的4f軌道內(nèi)逐一填充電子。也確實(shí)是原子序數(shù)為：57La—→71Lu的15個(gè)Ln系元素,用符號(hào)Ln表示。包括鑭La57,鈰Ce58,鐠Pr59,釹Nd60,钷*Pm61,釤Sm62,銪Eu63,釓Gd64,鋱Tb65,鏑Dy66,鈥Ho67,鉺Er68,銩Tm69,鐿Yb70,镥Lu71。共15個(gè)元素。(要求背誦并默寫所有稀土元素符號(hào))由于Ln3+和同屬于ⅢB族的原子序號(hào)39Y3+和21Sc3+的特征價(jià)態(tài)差不多上+3價(jià)。而且由于Ln系元素的Ln3+半徑rLn3+隨原子序數(shù)的增大而發(fā)生收縮。使Dy3+和Ho3+的離子半徑rLn3+類似于Y3+,它們的化學(xué)性質(zhì)專門相近而常常共存于礦物中。人們廣義上把Sc和Y包括在稀土元素中一共17個(gè)。然而Sc元素的化學(xué)性質(zhì)在某些方面類似于Be和Al元素,而和其它16個(gè)稀土元素差不較大。因此,一般談到稀土元素,多數(shù)是指除Sc以外的Ln系元素和Y元素。二.Ln系收縮現(xiàn)象Ln系收縮：是指Ln系元素隨著原子序數(shù)的增加,原子半徑和離子半徑在總的趨勢(shì)上有所縮小的現(xiàn)象。(從La—→Lu的半徑總共只縮小14.3pm左右)。Ln系收縮的結(jié)果,使金屬原子半徑從La(187.7pm)到Lu(173.4pm)共縮小14.3pm,平均每?jī)蓚€(gè)相鄰元素之間縮小14.3/14=1pm。+3價(jià)離子半徑從La3+(106.1pm)到Lu3+(84.8pm)共縮小21.3pm,平均每?jī)蓚€(gè)相鄰元素之間縮小21.3pm/14=1.5pm。盡管兩個(gè)相鄰的Ln元素之間的原子半徑縮小的幅度遠(yuǎn)小于非過渡元素和其它過渡元素,但阻礙極大。表1鑭系元素收縮現(xiàn)象導(dǎo)致兩個(gè)重要的結(jié)果第五周期ⅣBⅤBⅥB元素ZrNbMo原子半徑pm145134130離子半徑pm807062第六周期ⅣBⅤBⅥB元素HfTaW原子半徑pm144134130離子半徑pm796962Ln系收縮導(dǎo)致兩個(gè)重要的結(jié)果：其一是釔Y3+(88pm)在離子半徑的序列中落在鉺Er3+(88.1pm)的附近,因而使釔在自然界中常與鑭系元素共生而成為稀土元素中的一員。其二是使Ln系后面各族過渡元素的原子半徑和離子半徑,分不與相應(yīng)同族上面一個(gè)元素原子半徑和離子半徑特不接近。例如上表所示。離子半徑相近,化學(xué)性質(zhì)相似,結(jié)果造成鋯與鉿、鈮與鉭、鉬與鎢這三對(duì)元素在分離上的困難(Ti、Zr、Hf；V、Nb、Ta；Cr、Mo、W)。另外,第Ⅷ族中的兩排鉑系元素(Fe,Ru,Os；Co,Rh,Ir；Ni,Pd,Pt)和(Cu,Ag,Au)在性質(zhì)上的極為相似,這也是鑭系收縮帶來的阻礙。三.稀土元素的發(fā)覺與命名1787年,瑞典人C·A·阿哈留斯(C·A·Arrhenius)在斯德哥爾摩附近的一個(gè)叫Ytterby的小鎮(zhèn)的采石場(chǎng)中發(fā)覺一種黑礦石。1794年,在Abo大學(xué)工作的芬蘭化學(xué)家J·Gadolin(J·伽鐸林)從此礦石中分離出一種新氧化物。為紀(jì)念J·Gadolin。1797年,有關(guān)方面將此礦石命名為Gadolinite(硅鈹釔石)。并取該小鎮(zhèn)名字的一部分,將此氧化物命名為Yttria,并隨后在該種礦石中陸續(xù)發(fā)覺一系列的Y族元素。1751年，A·F·Cronstedt(A·F·格朗斯特)在野外一個(gè)采石場(chǎng)中發(fā)覺了一種份量專門重的礦石。1803年,德國(guó)、瑞典等國(guó)的科學(xué)家從礦石中分離出一種氧化物,為紀(jì)念當(dāng)時(shí)發(fā)覺的一顆行星Ceres(谷神星),將此礦石命名為Cerit(硅鈰石),將此氧化物命名為Ceria。并隨后從此礦石中陸續(xù)發(fā)覺一系列的鈰(Ce)族元素。在18世紀(jì)發(fā)覺的稀土礦物較少,當(dāng)時(shí)的科技水平也專門難將它們分離成單一元素,只能把稀土作為氧化物分離出來。當(dāng)時(shí)適應(yīng)于把不溶于水的固體氧化物稱為“土”。例如：“Al2O3”稱為“陶土”，“CaO”稱為“堿土”。因此，鑭系元素的“Ln2O3”稱為“稀土”。實(shí)踐證明：Ln系元素既不稀少,也不象土。而是一類典型的重金屬元素。從1794年發(fā)覺釔土開始到1947年從鈾(U)的裂變產(chǎn)物中提取出稀土的最后一個(gè)元素钷(*Pm)(钷,Pm半衰期：t1/2＝2.64年)。從Y(1794年)1803年(Ce,紀(jì)念當(dāng)時(shí)發(fā)覺的谷神星)—→1839~1841年(La,希臘語的意思是隱藏者)—→1843年(Y,來自小鎮(zhèn)Ytterby)—→1878年(Tb,Er,Yb,來自小鎮(zhèn)Ytterby)—→1879年(Sm,以俄羅斯人命名的鈹釔礦Samarskite中提取命名的；Tm,以斯堪的納維亞的古老名稱Thule命名的；Ho,以瑞典的首都斯德哥爾摩Stockhol命名的)—→1880年(Gd,以J·Gadolin的名字命名的)—→1885年(Nd,希臘語的意思是新的孿生子；Pr希臘語的意思是綠色的孿生子)—→1886年(Dy,希臘語的意思是難以接近的)—→1897~1901年(Eu,以歐洲Europe命名的)—→1907年(Lu以巴黎的古老名詞Luteria命名)—→1947年(*Pm,以希臘神話中為人類盜來火種的火神普羅米修斯Prometheus命名的)從釔土發(fā)覺年代計(jì)算到1947年有153年,從鈰元素發(fā)覺年代計(jì)算到1947年有133年。四.稀土元素的分組依照研究者的研究目的和目標(biāo)的要求不同,而有不同的分組方法。例如：在對(duì)混合稀土元素命名中,依照分離過程中所得到的富集物和分族，以族中主量元素命名分為：鈰族和釔族稀土；也有依照元素原子量的大小把稀土分為；輕Ln,中Ln和重Ln系或者輕稀土,中稀土和重稀土。中科院院士、聞名稀土化學(xué)家,中科院長(zhǎng)春應(yīng)化所、中山大學(xué)的蘇鏘教授認(rèn)為：輕稀土、中稀土、重稀土的分界線專門不嚴(yán)格。不主張把重鑭系元素連同Y元素稱為“重”稀土。因?yàn)槌Ｅc重鑭系元素伴生一起,同時(shí)又是常主量元素的Y的原子量比所有鑭系元素都小,不宜稱為“重”，而是把重鑭系元素連同“Y”元素統(tǒng)稱為“釔族”稀土,不包括“Y”時(shí)稱為重鑭系元素。而從來不用‘重稀土“的名稱。一般情況下,按照稀土元素的物理與化學(xué)性質(zhì)的微小差異和稀土礦物的形成特點(diǎn),16個(gè)稀土元素劃分為輕稀土(Ce組)和重稀土(Y組)兩組。這種方法是：以釓(Gd)元素為界線,Gd前面的La、Ce、Pr、Nd、*Pm、Sm、Eu7個(gè)元素為輕稀土(Ce組)元素；Gd后面的Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、和Y9個(gè)為重稀土(Y組)元素。依照稀土元素的分離工藝,能夠把16個(gè)稀土元素分成鈰(Ce)組,鋱(Tb)組和(Y)組三組,也確實(shí)是所謂的輕、中、重稀土。它們的組成界線隨著稀土的分離工藝的不同而稍有區(qū)不。例如按照硫酸復(fù)鹽分離工藝,界線是Sm~Eu和Dy~Y。假如按照P204(磷酸二異辛酯)萃取分離工藝分組,其組成界線為Nd~Sm和Gd~Tb。20世紀(jì)50年代初期，許多外國(guó)公司不遠(yuǎn)萬里來到中國(guó)，四處收集被我們當(dāng)作廢料的礦渣，使當(dāng)時(shí)的許多人大惑不解。不久，人們終于發(fā)覺，他們真正想要的是礦渣中一些極為稀少的元素—稀土。稀土在工業(yè)中的地位極為重要。幾乎所有的電動(dòng)機(jī)械，從尖端的軍事裝備一直到一般的家用電器，都離不開磁材料。假如使用釹鐵硼永磁材料，電動(dòng)機(jī)的效率和產(chǎn)品的整體水平都能大幅度增強(qiáng)，并帶動(dòng)全社會(huì)工業(yè)水平的大幅度提高。電動(dòng)汽車的起動(dòng)機(jī)使用釹鐵硼永磁材料，起動(dòng)力會(huì)大大增加，而體積卻會(huì)大大減?。灰院蟮男乱淮冾l空調(diào)、洗衣機(jī)等家用電器，使用釹鐵硼永磁材料后，能耗顯著降低，性能進(jìn)一步提高；此外，在數(shù)字視盤、磁懸浮高速列車、自動(dòng)化高速公路等方面都有廣泛的應(yīng)用前景。只是，在原來的永磁材料中加入30%的釹之后，材料價(jià)格將從原先的4千元/噸上漲為100萬元/噸。自從人們發(fā)覺稀土是極為重要的戰(zhàn)略物資后，各國(guó)都在秘密研究稀土的提取和應(yīng)用，包括高性能的磁性材料、高性能的儲(chǔ)氫材料、高性能的發(fā)光材料和通訊材料等。1983年，中國(guó)人獨(dú)立開發(fā)出了高品質(zhì)的第三代釹鐵硼永磁材料，與日本、美國(guó)形成三足鼎立之勢(shì)?，F(xiàn)在，中國(guó)人的稀土材料差不多被世界各國(guó)廣泛采納。1999年，美國(guó)航天飛機(jī)上的阿爾法磁譜儀是該次飛行的要緊儀器之一。其核心部分的永磁體，采納的確實(shí)是中國(guó)人設(shè)計(jì)的釹鐵硼永磁材料。幾乎每個(gè)人都用過電池，移動(dòng)電話、筆記本電腦等都需要電池。加入稀土元素制成的鎳氫電池，以其容量大、沖放電性能好、無公害等特點(diǎn)，得到廣泛的應(yīng)用。目前，鎳氫電池正在向動(dòng)力電池的方向進(jìn)展，以后的無污染電動(dòng)車等將會(huì)大量使用鎳氫電池。我國(guó)現(xiàn)在差不多具備生產(chǎn)各類鎳氫電池的能力。國(guó)家863打算支持了幾個(gè)大型的鎳氫電池生產(chǎn)基地，電池質(zhì)量差不多達(dá)到國(guó)際水平，有能力代替進(jìn)口產(chǎn)品。目前差不多批量生產(chǎn)了各類優(yōu)質(zhì)鎳氫電池，包括移動(dòng)電話電池和電動(dòng)車電池等。我們正在進(jìn)入信息化社會(huì)，人與人將以光速互相溝通，光纖、光盤、光通訊將成為重要的信息傳輸手段。在光通訊器件中應(yīng)用稀土，將大大增強(qiáng)光通訊的效率，具有極好的應(yīng)用前景。我們每天都要看電視。色彩繽紛鮮艷的畫面令人留連忘返。電視機(jī)熒光屏的發(fā)光材料，確實(shí)是由稀土制造的。沒有稀土，熒光屏中的繽紛色彩就會(huì)大打折扣?，F(xiàn)今的國(guó)產(chǎn)彩電，在彩色顯示等方面達(dá)到了相當(dāng)高的水平，甚至超越外國(guó)產(chǎn)品。材料科學(xué)的進(jìn)步，與一個(gè)國(guó)家、一個(gè)民族的強(qiáng)盛息息相關(guān)。青銅器的發(fā)明，使人類脫離了依靠天然材料制造工具的時(shí)代；鐵器的出現(xiàn)，也使人類文明向前邁進(jìn)一大步?，F(xiàn)在人類社會(huì)正處于重大變革的前夜，而稀土元素扮演著極為重要的角色。在以后的兩、三年內(nèi)，中國(guó)的稀土工業(yè)會(huì)進(jìn)展得更快，達(dá)到世界先進(jìn)水平。17種稀土元素的用途簡(jiǎn)介:鑭(57La)“鑭”那個(gè)元素是1839年被命名的,瑞典人“莫桑德”發(fā)覺鈰土中含有其它元素,他借用希臘語中“隱藏”一詞把這種元素取名為“鑭”。鑭便登上了歷史舞臺(tái)。鑭的應(yīng)用特不廣泛,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(藍(lán)粉)、貯氫材料、光學(xué)玻璃、激光材料、各種合金材料等。它也應(yīng)用到制備許多有機(jī)化工產(chǎn)品的催化劑中。我國(guó)的常樂"益植素"是以鑭、鈰為要緊成分的稀土農(nóng)用產(chǎn)品。通過20多年的試驗(yàn)研究和推廣應(yīng)用證明,它能促進(jìn)作物生根、發(fā)芽和葉綠素的增加,提高作物的光合效率,促進(jìn)作物對(duì)磷等元素的汲取,因而可使多種作物增產(chǎn)和改善品質(zhì)。既能單獨(dú)使用,也可與多種化肥、除草劑、農(nóng)藥或微量元素復(fù)合使用。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)作物的作用給予“超級(jí)鈣”的美稱。鈰(58Ce)“鈰”那個(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)覺并命名的,以紀(jì)念1801年發(fā)覺的小行星—谷神星。鈰廣泛應(yīng)用于(1)鈰作為玻璃添加劑,能汲取紫外線與紅外線,現(xiàn)已被大量應(yīng)用于汽車玻璃。不僅能防紫外線,還可降低車內(nèi)溫度,從而節(jié)約空調(diào)用電。從1997年起,日本汽車玻璃全加入氧化鈰,1996年用于汽車玻璃的氧化鈰至少有2000噸,美國(guó)約1000噸。(2)目前正將鈰應(yīng)用到汽車尾氣凈化催化劑中,可有效防止大量汽車廢氣排到空氣中。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)。(3)硫化鈰能夠取代鉛、鎘等對(duì)環(huán)境和人類有害的金屬應(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。(4)Ce:LiSAF激光系統(tǒng)是美國(guó)研制出來的固體激光器,通過監(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)域特不廣泛,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。鐠(59Pr)大約160年前,瑞典人莫桑德從鑭中發(fā)覺了一種新的元素,但它不是單一元素,莫桑德發(fā)覺這種元素的性質(zhì)與鑭特不相似,便將其定名為“鐠釹”?！扮掆S”希臘語為“孿生子”之意。大約又過了40多年,也確實(shí)是發(fā)明汽燈紗罩的1885年，奧地利人韋爾斯巴赫成功地從“鐠釹”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“鐠”。這對(duì)“孿生子”被分隔開了,鐠元素也有了自己施展才華的寬敞天地。鐠是用量較大的稀土元素,其要緊用于玻璃、陶瓷和磁性材料中。(1)鐠被廣泛應(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)的鐠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)用于各類電子器件和馬達(dá)上。(3)用于石油催化裂化。以鐠釹富集物的形式加入Y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年代開始投入工業(yè)使用,用量不斷增大。(4)鐠還可用于磨料拋光。另外,鐠在光纖領(lǐng)域的用途也越來越廣。釹(60Nd)伴隨著鐠元素的誕生,釹元素也應(yīng)運(yùn)而生,釹元素的到來活躍了稀土領(lǐng)域,在稀土領(lǐng)域中扮演著重要角色,同時(shí)左右著稀土市場(chǎng)。金屬釹的最大用戶是釹鐵硼永磁材料。釹鐵硼永磁體的問世,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)。α磁譜儀的研制成功,標(biāo)志著我國(guó)釹鐵硼磁體的各項(xiàng)磁性能已跨入世界一流水平。釹還應(yīng)用于有色金屬材料。在鎂或鋁合金中添加1.5～2.5%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10mm钷(61*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)堆用過的鈾燃料中成功地分離出61號(hào)元素,用希臘神話中的火神名普羅米修斯（Prometheus）命名為钷（Promethium）。钷為核反應(yīng)堆生產(chǎn)的人造放射性元素。钷的要緊用途有(1)可作熱源。為真空探測(cè)和人造衛(wèi)星提供輔助能量。(2)147Pm放出能量低的β射線,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~射線儀、制備熒光粉、度量厚度以及航標(biāo)燈中。釤(62Sm)1879年,波依斯包德萊從鈮釔礦得到的“鐠釹”中發(fā)覺了新的稀土元素,并依照這種礦石的名稱命名為釤。釤呈淺黃色,是做釤鈷系永磁體的原料,釤鈷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。20世紀(jì)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。釤鈷磁體所用的氧化釤的純度不需太高,從成本方面考慮,要緊使用95%左右的產(chǎn)品。此外,氧化釤還用于陶瓷電容器和催化劑方面。另外,釤還可用作原子能反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)材料,屏蔽材料和操縱材料,使核裂變產(chǎn)生巨大的能量得以安全利用。銪(63Eu)1901年,德馬凱從“釤”中發(fā)覺了新元素，取名為銪(Europium)。這是依照歐洲（Europe）一詞命名的。Eu2O3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、回收成本等性價(jià)比最好的熒光粉。通過對(duì)發(fā)光效率和對(duì)比度等技術(shù)的提高改進(jìn),正在被廣泛應(yīng)用。近年氧化銪還用于新型X射線醫(yī)療診斷系統(tǒng)的受激發(fā)射熒光粉。Eu2O3還可用于制造有色鏡片和光學(xué)濾光片,用于磁泡貯存器件,在原子反應(yīng)堆的操縱材料、屏蔽材料和結(jié)構(gòu)材料中也一展身手。釓(64Gd)1880年,瑞士的馬里格納克將“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,馬里格納克為紀(jì)念Y元素的發(fā)覺者研究稀土的先驅(qū)荷蘭化學(xué)家加多林(J·Gadolin),將那個(gè)新元素命名為釓。釓在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中將起重要作用。要緊用途有:(1)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)。(2)硫氧化物可用作專門亮度的示波管和x射線熒光屏的基質(zhì)柵網(wǎng)。(3)在釓鎵石榴石中的釓關(guān)于磁泡經(jīng)歷存儲(chǔ)器是理想的單基片。(4)在無卡諾循環(huán)限制時(shí),可用作固態(tài)磁致冷介質(zhì)。(5)用作操縱核電站的連鎖反應(yīng)級(jí)不的抑制劑,以保證核反應(yīng)的安全。(6)用作釤鈷磁體的添加劑,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射線增感屏。世界上目前正努力開發(fā)釓及其合金在磁致冷方面的應(yīng)用,現(xiàn)已取得突破性進(jìn)展,室溫下采納超導(dǎo)磁體、金屬釓或其合金為致冷介質(zhì)的磁冰箱差不多問世。鋱(65Tb)1843年瑞典的莫桑德(Karl·G.·Mosander)通過對(duì)釔土的研究,發(fā)覺鋱?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)目,有著誘人的進(jìn)展前景。要緊應(yīng)用領(lǐng)域有:(1)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。(2)磁光貯存材料,近年來鋱系磁光材料已達(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,作計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件,存儲(chǔ)能力提高10~15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，特不是鋱鏑鐵磁致伸縮合金的開發(fā)研制,開發(fā)了鋱的新用途，是70年代才發(fā)覺的新型材料,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)依阿華州阿姆斯實(shí)驗(yàn)室首先研制,當(dāng)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,這種變化可使一些周密機(jī)械運(yùn)動(dòng)得以實(shí)現(xiàn)鋱鏑鐵開始要緊用于聲納,目前已廣泛用于多種領(lǐng)域,從燃料噴射系統(tǒng)、液體閥門操縱、微定位到機(jī)械致動(dòng)器、太空望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和飛機(jī)機(jī)翼調(diào)節(jié)器等領(lǐng)域。鏑(66Dy)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)仍稱為鈥,而另一個(gè)依照從鈥中“難以得到”的意思取名為鏑(dysprosium）。鏑目前在許多高技術(shù)領(lǐng)域起著越來越重要的作用,鏑的最要緊用途是(1)作為釹鐵硼系永磁體的添加劑使用,在這種磁體中添加2~3%左右的鏑，可提高其矯頑力,過去鏑的需求量不大,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95~99.9%左右,需求也在迅速增加。(2)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,它要緊由兩個(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。(3)鏑是制備超磁致伸縮合金鋱鏑鐵合金的必要的金屬原料,能使一些機(jī)械運(yùn)動(dòng)的周密活動(dòng)得以實(shí)現(xiàn)。(4)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,在鏑燈中采納的工作物質(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),已用于電影、印刷等照明光源。(6)由于鏑元素具有中子俘獲截面積大的特性,在原子能工業(yè)中用來測(cè)定中子能譜或做中子汲取劑(7)Dy3Al5O12還可用作磁致冷用磁性工作物質(zhì)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展,鏑的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)不斷的拓展和延伸。鈥(67Ho)19世紀(jì)后半葉,光譜分析法和元素周期表的發(fā)明,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)覺。1879年,瑞典人克利夫發(fā)覺了鈥元素，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)一步開發(fā),用量不大,最近,包鋼稀土研究院采納高溫高真空蒸餾提純技術(shù),研制出高純金屬鈥Ho/ΣRE＞99.9%。目前鈥的要緊用途有:(1)用作金屬鹵素?zé)籼砑觿?它是一種氣體放電燈,特點(diǎn)是在燈泡里充有各種不同的REX3。目前要緊使用REI3,在氣體放電時(shí)發(fā)出不同的譜線光色。在鈥燈中采納的工作物質(zhì)是HoI3,在電弧區(qū)可獲得較高的金屬原子濃度,從而大大提高了輻射效能。(2)鈥可用作釔鐵或釔鋁石榴石的添加劑；(3)摻鈥的釔鋁石榴石(Ho:YAG)可發(fā)射2μm激光,人體組織對(duì)2μm激光汲取率高,幾乎比Nd:YAG高3個(gè)數(shù)量級(jí)。因此用Ho:YAG激光器進(jìn)行醫(yī)療手術(shù)時(shí),不但可提高手術(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可不能產(chǎn)生過大的熱量,從而減少對(duì)健康組織產(chǎn)生的熱損傷,美國(guó)用鈥激光治療青光眼,可減少患者手術(shù)的痛苦。我國(guó)2μm激光晶體的水平已達(dá)到國(guó)際水平,應(yīng)大力開發(fā)生產(chǎn)這種激光晶體。(4)在超磁致伸縮合金中,也可加入少量的鈥,從而降低合金飽和磁化所需的外場(chǎng)。(5)另外用摻鈥的光纖能夠制作光纖激光器、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(65Er)1843年,瑞典的莫桑德發(fā)覺了鉺元素(Erbium)。鉺的光學(xué)性質(zhì)特不突出,一直是人們關(guān)注的問題:(1)Er3+在1550nm處的光發(fā)射具有專門意義,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、1480nm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)刻衰減率最低(0.15dB/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。如此,將適當(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,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SiO2纖維放大器已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。為幸免無用的汲取,光纖中鉺的摻雜量幾十至幾百ppm。光纖通信的迅猛進(jìn)展,將開發(fā)鉺的應(yīng)用新領(lǐng)域。(2)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,大氣傳輸性能好,對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)的硝煙穿透能力強(qiáng),保密性好,不易被敵人探測(cè),照耀軍事目標(biāo)的對(duì)比度較大,已制成軍事上用的對(duì)人眼安全的便攜式激光測(cè)距儀。(3)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。(4)Er3+還可做稀土上轉(zhuǎn)換激光材料的激活離子。(5)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(69Tm)銩元素是1879年瑞典的克利夫發(fā)覺的,并以斯堪迪那維亞(Scan-dinavia)的舊名Thule命名為銩(Thulium)。銩的要緊用途有:(1)銩用作醫(yī)用輕便X光機(jī)射線源,銩在核反應(yīng)堆內(nèi)輻照后產(chǎn)生一種能發(fā)射X射線的同位素,可用來制造便攜式血液輻照儀上,這種輻射儀能使169Tm受到高中子束的作用轉(zhuǎn)變?yōu)?70Tm,放射出X射線照耀血液并使白血細(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)。(2)銩元素還可應(yīng)用于臨床診斷和治療腫瘤,它對(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。(3)銩在X射線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，降低了X射線對(duì)人的照耀和危害,與往常鎢酸鈣增感屏相比可降低X射線劑量50%,這在醫(yī)學(xué)應(yīng)用具有重要現(xiàn)實(shí)的意義。(4)銩還可在新型照明光源金屬鹵素?zé)糇鎏砑觿?5)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。鐿(70Yb)1878年,查爾斯(Jean·Charles)和馬利格納克(G.·de·Marignac)在“鉺”中發(fā)覺了新的稀土元素,那個(gè)元素由伊特拜(Ytterby)命名為鐿(Ytterbium)。鐿的要緊用途有(1)作熱屏蔽涂層材料。鐿能明顯地改善電沉積鋅層的耐蝕性,而且含鐿鍍層比不含鐿鍍層晶粒細(xì)小,均勻致密。(2)作超磁致伸縮材料。這種材料具有超磁致伸縮性即在磁場(chǎng)中膨脹的特性。該合金要緊由鐿/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)定壓力的鐿元件,試驗(yàn)證明,鐿元件在標(biāo)定的壓力范圍內(nèi)靈敏度高,同時(shí)為鐿在壓力測(cè)定應(yīng)用方面開發(fā)了新途徑。(4)磨牙空洞的樹脂基填料,以替換過去普遍使用銀汞合金。(5)日本學(xué)者成功地完成了摻鐿釓鎵石榴石埋置線路波導(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)一步進(jìn)展專門有意義。另外,鐿還用于熒光粉激活劑、無線電陶瓷、電子計(jì)算機(jī)經(jīng)歷元件(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(71Lu)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“鐿”中又發(fā)覺了一個(gè)新元素,韋爾斯巴赫把那個(gè)元素取名為Cp(Carsiopeium),尤貝恩依照巴黎的舊名lutece將其命名為L(zhǎng)u(Lutetium)。后來發(fā)覺Cp和Lu是同一元素,便統(tǒng)一稱為镥。镥的要緊用途有(1)制造某些專門合金。例如镥鋁合金可用于中子活化分析。(2)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。(3)釔鐵或釔鋁石榴石的添加元素,改善某些性能。(4)磁泡貯存器的原料。(5)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。(6)國(guó)外有關(guān)研究發(fā)覺,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)以及熒光粉的激活劑等。釔(39Y)1788年,一位以研究化學(xué)和礦物學(xué)、收集礦石的業(yè)余愛好者瑞典軍官卡爾·阿雷尼烏斯(Karl·Arrhenius)在斯德哥爾摩灣外的伊特拜村(Ytterby),發(fā)覺了外觀象瀝青和煤一樣的黑色礦物,按當(dāng)?shù)氐牡孛麨橐撂匕莸V(Ytterbite)。1794年芬蘭化學(xué)家約翰·加多林分析了這種伊特拜礦樣品。發(fā)覺其中除鈹、硅、鐵的氧化物外,還含有約38%的未知元素的氧化物“新土”。1797年,瑞典化學(xué)家埃克貝格(Anders·G·Ekeberg)確認(rèn)了這種“新土”,命名為釔土(Yttria,釔的氧化物之意)。Y是一種用途廣泛的金屬,要緊用途有:(1)鋼鐵及有色合金的添加劑。FeCr合金通常含0.5~4%Y,Y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Y混合稀土后,合金的綜合性能得到明顯的改善,能夠替代部分中強(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Y稀土,可提高合金導(dǎo)電率；該合金已為國(guó)內(nèi)大多數(shù)電線廠采納；在銅合金中加入Y,提高了導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度。(2)含Y6%和Al2%的氮化硅陶瓷材料,可用來研制發(fā)動(dòng)機(jī)部件。(3)用功率400W的釹釔鋁石榴石激光束來對(duì)大型構(gòu)件進(jìn)行鉆孔、切削和焊接等機(jī)械加工。(4)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)散射光的汲取低,抗高和氣抗機(jī)械磨損性能好。(5)含Y達(dá)90%的高釔結(jié)構(gòu)合金,能夠應(yīng)用于航空和其它要求低密度和高熔點(diǎn)的場(chǎng)合。(6)目前倍受人們關(guān)注的摻Y(jié)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,Y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(21Sc)1879年,瑞典的化學(xué)教授尼爾森(L·F·Nilson,1840~1899)和克萊夫(P·T·Cleve,1840~1905)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),鈧確實(shí)是門捷列夫當(dāng)初所預(yù)言的“類硼”元素。他們的發(fā)覺再次證明了元素周期律的正確性和門捷列夫的遠(yuǎn)見卓識(shí)。鈧的要緊用途有:冶金工業(yè)中,鈧常用于制造合金(合金添加劑),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)用已引起了國(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?；瘜W(xué)工業(yè)中,用鈧化合物作酒精脫氫及脫水劑,生產(chǎn)乙烯和用廢HCl生產(chǎn)Cl2時(shí)的高效催化劑。在玻璃工業(yè)中,能夠制造含鈧的特種玻璃。在電光源工業(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)。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40~44Sc和46~49Sc。其中,46Sc作為示蹤劑,已在化工、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來醫(yī)治癌癥。§2稀土礦物資源一.稀土元素的豐度稀土元素的豐度分為宇宙豐度和地殼豐度。宇宙豐度：是指依照獲得的隕石,隕星和對(duì)太陽,太陽系的光譜分析研究,都發(fā)覺宇宙中存在稀土。其中在太陽和太陽系中,稀土的相對(duì)豐度是以相關(guān)于Si=106個(gè)原子來計(jì)算。要緊用于關(guān)心了解和研究地球與行星的形成及其演化。顯然,宇宙豐度包括地球和地球大陸的地殼豐度。我們要緊了解和研究稀土元素在地球地殼中的豐度。通過統(tǒng)計(jì)研究發(fā)覺：稀土元素在地殼中的分布十分廣泛,數(shù)量也許多。17種稀土元素的總量在地殼中占有量為0.0153%,也確實(shí)是講153克/噸。稀土元素在地殼中的分布有下述特點(diǎn)：1)17種稀土元素在地殼的豐度比一些常見元素還要高。例如：稀土元素是鋅元素的3倍,是鉛元素的9倍，是金(Au)元素的3萬倍。就單一元素來講，鈰(Ce)元素的豐度大于鋅、鈷(Co)和錫(Sn)；鑭(La)、釔(Y)、釹(Nd)元素的豐度大于鉛(Pb)；鐠(Pr)、釤(Sm)、釓(Gd)元素的豐度相當(dāng)于鈹(Be)、砷(As)、而大于硼(B)；確實(shí)是含量較少的銪(Eu)也相當(dāng)于銻(Sb)而大于汞(Hg)、鉍(Bi)、銀(Ag)、鉑(Pt)和金(Au)。鑭(Ln)系和釔(Y)的總和大于常見的元素銅和鎳(Ni)。因此,有些稀土元素不是稀有的,只是在發(fā)覺它們時(shí),認(rèn)為是稀有的氧化物而稱為稀土。2)地殼中,鈰組元素的豐度＞釔組元素的豐度。鈰組為101克/噸,釔組為47克/噸。3)不管是在太陽,太陽系，隕石或月球中,依舊在地殼中,稀土元素的分布是不均勻的。稀土元素的豐度隨原子序數(shù)(Z)的變化而都服從奇偶數(shù)變化規(guī)律：原子序數(shù)為偶數(shù)的元素豐度大于相鄰的原子序數(shù)為奇數(shù)的元素的豐度。這是由于核結(jié)合能和穩(wěn)定性的改變?nèi)Q于中子數(shù)(N)和質(zhì)子數(shù)(Z)是奇數(shù)或偶數(shù),中子數(shù)(N)和質(zhì)子數(shù)(Z)差不多上偶數(shù)的核是最穩(wěn)定的；而中子數(shù)(N)和質(zhì)子數(shù)(Z)差不多上奇數(shù)的核的穩(wěn)定性最小。4)地殼中的稀土元素集中于巖石圈中,要緊在花崗巖,偉晶巖,正長(zhǎng)巖的巖石中,釔組(Y)元素和花崗巖巖漿結(jié)合得更緊密,傾向于出現(xiàn)在花崗巖類的有關(guān)礦床中；鈰組(Ce)元素傾向于出現(xiàn)在不飽和的正長(zhǎng)巖巖石中。二.稀土元素在礦物中的賦存形態(tài)稀土元素在礦物中要緊是以下述三種形式貯存：1）參加晶格：構(gòu)成礦物不可缺少的部分,確實(shí)是稀土礦物。例如：獨(dú)居石(LnYTh)PO4和氟碳鈰礦RE(CO3)F等,差不多上以鈰(Ce)元素為主。全世界生產(chǎn)的稀土產(chǎn)品絕大部分差不多上從這兩種礦物中提取的。2)以類質(zhì)同晶置換(Ca,Sr,Ba,Mn,Zr,Th等)的形式分散于造巖礦物中。例如：磷釔礦,鈦鈾礦等3)呈離子吸附態(tài)存在于某些礦物表面和顆粒之間。例如：粘土礦物,云母礦等。江西省贛南地區(qū)的龍南,定南,全南(簡(jiǎn)稱三南)，尋烏,信豐等地及其和贛南地區(qū)相鄰的福建、廣東、湖南、四川、貴州、廣西等省的稀土礦就屬于這種類型的稀土礦物。它們的全稱是“中國(guó)花崗風(fēng)化巖淋積型離子吸附態(tài)稀土礦”。這是我國(guó)南方地區(qū)獨(dú)有的稀土礦。它們不需進(jìn)行選礦,可從原礦中直接提取稀土元素。三．稀土元素的要緊工業(yè)礦物自然界中含有少量的稀土元素,并不是要緊組分的礦物約有200多種(RE＞0.01wt%)。以稀土含量為主的礦物有70余種。而有工業(yè)價(jià)值的只有40~50種。目前工業(yè)上實(shí)際利用的稀土礦物只有10多種。輕稀土的原料礦物要緊是：獨(dú)居石(Ln,Y,Th)PO4和氟碳鈰礦RE(CO3)F等。重稀土的原料礦物要緊有：磷釔礦(Y,Ce,Er)PO4，褐釔鉭礦Y(Ta，Nb)O3,鈦鈾礦和離子吸附態(tài)稀土礦。在稀土發(fā)覺史中,硅鈹?shù)V、硅鈰礦、鈮釔礦都曾起著重要作用。稀土礦物中的稀土元素的含量由于產(chǎn)地的不同而波動(dòng)較大,配分也大不相同。我國(guó)稀土的礦物類型多,品種豐富。配分較全。有混合型稀土礦、獨(dú)居石、離子吸附態(tài)稀土礦、磷釔礦、褐釔鈮礦、氟碳鈰礦等。其中以混合型稀土礦、氟碳鈰礦、獨(dú)居石、離子吸附態(tài)稀土礦最為重要。1.混合型稀土礦：它是由氟碳鈰礦(Ce,La)(CO3)F和獨(dú)居石(Ln,Y)PO4混合型稀土礦物。要緊化學(xué)成分是稀土的氟碳酸鹽和磷酸鹽。氟碳酸鹽/磷酸鹽的含量比為6/4~8/2。La~Eu輕稀土氧化物占RE2O3總量的97%；重稀土中的Y2O3占0.4%,其它的稀土含量較少,并伴生有鈮(Nb),鐵(Fe),錳(Mn)等元素。鈾(U),釷(Th)的含量低于獨(dú)居石。2.氟碳鈰礦：它是重要的鈰(Ce)族稀土工業(yè)礦物。六方(或三方)晶系,柱狀或板狀晶型。有紅褐色、淺褐色、棕色、黃色、淺綠色等。硬度4.3~4.5,密度4.3~4.7,折射率No=1.721~1.723；Ne=1.789~1.812(有兩個(gè)光軸)。要緊產(chǎn)地有美國(guó)的蒙頓帕斯(MountainPass)和中國(guó)內(nèi)蒙古自治區(qū)的白云鄂博。美國(guó)的氟碳鈰礦比較容易選取,露天開采的礦石通過粉碎、浮選、稀酸處理、焙燒所得精礦后,進(jìn)入下一步工序加工處理。中國(guó)包頭鋼鐵公司所屬的白云鄂博稀土礦(氟碳鈰礦)是大型的RE~Fe~Nb的復(fù)雜伴生型礦山。所產(chǎn)的氟碳鈰礦與獨(dú)居石、鐵、鈮(Nb)、錳、磷、氟等元素共生,成分復(fù)雜,要選取高品位的稀土精礦相當(dāng)困難,然而,稀土中的銪(Eu)元素含量極高,是美國(guó)、澳大利亞等地區(qū)的兩倍以上。因此,具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。3.獨(dú)居石獨(dú)居石是另一個(gè)重要的鈰族稀土的工業(yè)礦物。單斜晶系,板狀、針狀、柱狀或錐狀晶型。顏色有：褐色、黃綠色、黃棕色、棕紅色、深黃色或橙黃色等，硬度為5~5.5，密度為4.829~5.417。折射率為Ng=1.847~1.855，Nm=1.793，Np=1.780~1.795(有三個(gè)光軸)。是放射性礦物,內(nèi)含釷、鈾元素以及放射性的裂變子體,鈰元素占稀土總量的40%以上,釔組稀土只占5%。并伴有少量的鈾和釷(Th)。是稀土和釷在工業(yè)上最經(jīng)濟(jì)的一種礦物原料。要緊產(chǎn)地是印度、斯里蘭卡、泰國(guó)、中國(guó)、澳大利亞、俄羅斯、巴西、美國(guó)、南非、加拿大、馬達(dá)加斯加等國(guó)。4.花崗巖風(fēng)化淋積型離子吸附態(tài)稀土礦這是我國(guó)南方獨(dú)特的稀土礦。要緊分布在江西的贛南,福建的龍巖,湖南的永州,廣東的和平、南雄,廣西的法卡山、老山,貴州的畢節(jié),四川涼山,酒泉、西昌等地。在風(fēng)化巖中的大部分稀土被埃洛石和高嶺石等粘土礦物的表面所吸附。不同類型的巖石形成的離子吸附型稀土礦床的稀土組成也不盡相同。要緊有以鈰(Ce)族為主的和以釔(Y)族為主的兩大類型礦物。是目前經(jīng)濟(jì)價(jià)值最高的稀土礦,開采方式,提取工藝簡(jiǎn)便,成本低。然而對(duì)自然環(huán)境的植被,水土等破壞較大,有搬山移嶺運(yùn)動(dòng)之稱。五.我國(guó)的稀土資源特點(diǎn)我國(guó)的稀土資源特不豐富,品種多,配分好,儲(chǔ)量居世界第一。要緊具有下述特點(diǎn)；儲(chǔ)量大；分布廣泛,北方有內(nèi)蒙古的包頭地區(qū),南方有贛、閩、湘、粵、黔、桂、川等地均有分布；類型多,南方多釔(Y)族稀土,北方多鈰(Ce)族稀土,既所謂的南鑭(La)北鈰(Ce)；礦物品種全,尤其是銪(Eu)元素,在世界范圍占有舉足輕重的地位；綜合開發(fā)利用率和經(jīng)濟(jì)價(jià)值高?！?稀土工業(yè)概況一.世界稀土工業(yè)概況世界稀土工業(yè)是1893年從獨(dú)居石提取汽燈紗罩用的釷開始,至今已一個(gè)世紀(jì)了。起初稀土是作為副產(chǎn)品處理的。它的應(yīng)用只局限于打火石、電弧碳棒、玻璃著色及鎂稀土合金的應(yīng)用等,稀土工業(yè)進(jìn)展緩慢。二次世界大戰(zhàn)后,由于原子能工業(yè)的進(jìn)展,需要處理大量的獨(dú)居石,以獲得核燃料鈾和釷。但獨(dú)居石含鈾量?jī)H0.2~0.4%,含釷量?jī)H4~8%，而其中稀土卻占60%左右。因此迫切需要為這一副產(chǎn)物找到應(yīng)用部門并降低生產(chǎn)成本。50年代初,美國(guó)埃姆斯試驗(yàn)室斯佩丁博士發(fā)明了離子交換法分離稀土,制得了各種單一稀土產(chǎn)品。加速了稀土應(yīng)用和稀土工業(yè)的進(jìn)展。60年代以來,人們將離子交換和溶劑萃取工藝廣泛用于分離高純單一稀土上。使稀土工業(yè)進(jìn)入一個(gè)嶄新時(shí)期,從而推動(dòng)了稀土在冶金、石油化工、玻璃陶瓷、彩色電視、磁性材料、電子工業(yè)、原子能工業(yè)、能源、醫(yī)藥和農(nóng)業(yè)等部門的廣泛應(yīng)用。國(guó)外稀土礦石生產(chǎn)國(guó)要緊是美國(guó)，生產(chǎn)能力占世界的51%；其次是澳大利亞、印度、巴西等國(guó)。美國(guó)是最大的稀土生產(chǎn)國(guó),共有15家稀土生產(chǎn)公司,最大的美國(guó)鉬公司,壟斷了美國(guó)氟碳鈰鑭礦的生產(chǎn),礦石處理能力5萬t/a,各種稀土產(chǎn)品生產(chǎn)能力1.4萬t/a,單一稀土為2000t/a,氧化銪(8~9)t/a。80年代初,法國(guó)普朗克公司在美國(guó)建立了一個(gè)4000t/a的稀土分離工廠,大大增加了美國(guó)分離不同稀土的能力。羅森公司是美國(guó)最大的稀土金屬生產(chǎn)廠,混合稀土金屬產(chǎn)量為1800t/a。羅納~普朗克公司是法國(guó)唯一稀土廠,也是世界上最大的稀土分離工廠,精礦處理量為10000t/a,氧化釔、氧化銪供應(yīng)量占西方世界的40%,拋光粉產(chǎn)量為1000t/a,占世界總量的l/3。此外,德國(guó)、英國(guó)、日本、印度、澳大利亞和巴西等國(guó)的稀土工業(yè)也專門發(fā)達(dá)。二.我國(guó)稀土工業(yè)的進(jìn)展?fàn)顩r我國(guó)的稀土資源異常豐富,國(guó)家十分重視稀土資源的開發(fā)和利用。我國(guó)在建國(guó)初期就開始了稀土的研究,1958年取得了從獨(dú)居石中提取稀土并分離出15個(gè)高純單一稀土的重大研究成果。1964年,我國(guó)第一家稀土分離加工廠~上海躍龍化工廠建成投產(chǎn)。隨后在廣東、甘肅、內(nèi)蒙古、湖南、江西等地有許多稀土冶煉廠相繼建成和投產(chǎn),使我國(guó)稀土生產(chǎn)能力猛增。特不是70年代以來,一批稀土萃取分離新工藝應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn),串級(jí)萃取理論建立和應(yīng)用,使許多新工藝的技術(shù)指標(biāo)有了顯著的提高,這時(shí)江西稀土資源也得到開發(fā)，包頭資源的開發(fā)帶動(dòng)了全國(guó)稀土工業(yè)的進(jìn)展。80年代,由于串級(jí)萃取理論的廣泛應(yīng)用和稀土工業(yè)生產(chǎn)的迅速進(jìn)展,出現(xiàn)了一種蘋取劑在一個(gè)體系中分離15個(gè)稀土元素的全萃取工藝,近年來又出現(xiàn)了多出口工藝。某些新工藝已處于世界領(lǐng)先地位,稀土分離技術(shù)促進(jìn)了我國(guó)稀土工業(yè)的進(jìn)展。目前我國(guó)差不多形成相對(duì)完整的稀土工業(yè)體系。從1983年起我國(guó)稀土工業(yè)以每年20%的增長(zhǎng)速度高速進(jìn)展,至1986年產(chǎn)量超過一直處于世界首位的美國(guó),一舉成為世界稀土第一生產(chǎn)國(guó),并在1988年達(dá)到生產(chǎn)的最高峰。1989年后由于經(jīng)濟(jì)過熱和盲目出口的干擾,造成全國(guó)稀土行業(yè)的滑坡,直到1991年才開始從低谷中走出來,此后,稀土生產(chǎn)得到較大進(jìn)展,尤其是稀土應(yīng)用進(jìn)展更快。到2001年,共有稀土冶煉廠110家,江西有3家(九江806廠、上饒曙光稀土冶煉廠和龍南稀土冶煉廠),生產(chǎn)能力達(dá)到15萬多噸稀土氧化物,能生產(chǎn)稀土元素中的所有稀土金屬和氧化物,品種多達(dá)500個(gè),規(guī)格1000多個(gè),從工業(yè)級(jí)到6N的純度都能生產(chǎn)。2001年底,稀土產(chǎn)量71000多噸,我國(guó)稀土消費(fèi)量已居世界第二(僅次于美國(guó))。我國(guó)出口量占世界市場(chǎng)的70~80%,特不是中、重稀土及氯化稀土產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。1994年世界最大的稀土生產(chǎn)廠、法國(guó)的羅納~普朗克公司將稀土原料由獨(dú)居石改為中國(guó)氯化稀土,當(dāng)年我國(guó)出口的13000多噸氯化稀土中,絕大多數(shù)是出口法國(guó)。日本進(jìn)口的16000噸稀土中,45%來自中國(guó)。三.稀土材料的應(yīng)用現(xiàn)狀和進(jìn)展方向稀土元素的獨(dú)特而優(yōu)異的物理和化學(xué)性質(zhì)。尤其是它的光學(xué),磁學(xué)性質(zhì),為它們的廣泛應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。由早期應(yīng)用稀土元素的共性進(jìn)展變化到現(xiàn)在要緊應(yīng)用單一稀土元素的專門性質(zhì),深入到現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的各個(gè)方面。目前，稀土金屬和化合物已成為現(xiàn)代高新技術(shù)中不可缺少的專門原材料。依照稀土元素的物理化學(xué)性質(zhì)和材料學(xué)特征。稀土元素要緊用在下述材料領(lǐng)域：1.稀土元素具有相似而且異常爽朗的化學(xué)性質(zhì),低燃點(diǎn)；稀土金屬及其合金具有汲取大量氣體的親和能力；配合物中心原子的配位能力。使得稀土元素及化合物廣泛應(yīng)用于：冶金、石油化工、玻璃陶瓷、發(fā)火合金以及貯氫材料。2.稀土元素具有4f層電子能級(jí)變化以及4f電子與其它電子層的電子能級(jí)變化的性質(zhì)。使得高純單一稀土元素及其化合物能夠作為優(yōu)良的熒光材料、激光材料和電光源材料；彩色玻璃和陶瓷釉料以及磁性材料等。3.某些具有變價(jià)的稀土如：鈰(Ce)、銪(Eu)、鐿(Yb),它們的氧化~還原性質(zhì)可用于脫色劑,防輻射材料和分離單一稀土元素等領(lǐng)域。4.某些稀土元素如：釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鏑(Dy)鉺(Er)等具有對(duì)中子俘獲截面積大的性質(zhì),能夠應(yīng)用于原子反應(yīng)堆的操縱材料,有毒可燃物的減速劑等；而如鈰(Ce)、釔(Y)等中子俘獲截面積小的稀土元素,多用于原子反應(yīng)堆燃料的稀釋劑。稀土元素具有典型的金屬性質(zhì),然而,在一般情況下不能單獨(dú)使用作結(jié)構(gòu)材料。而是多以添加劑的方式使用。以改善基材的性質(zhì)。稀土的加入量約為基材的0.05~1.0%。假如使用稀土元素或化合物作基質(zhì)材料,則通常是以高純單一稀土化合物的形態(tài)來使用。例如：各種稀土熒光材料、激光材料、磁性材料和電子材料等。稀土元素的早期應(yīng)用起始于1886年德國(guó)人用99%的氧化釷(ThO2)和1%的氧化鈰(CeO2)制作白織燈紗罩。接著應(yīng)用于制造打火石,電弧燈的碳精棒,隨后應(yīng)用在拋光粉,玻璃著色劑,陶瓷乳濁劑等方面。隨著稀土化學(xué)分離技術(shù)的研究和應(yīng)用,從20世紀(jì)50到60年代,單一稀土元素得到廣泛和重要應(yīng)用。例如：將鑭元素應(yīng)用于光學(xué)玻璃,釔,銪元素應(yīng)用于彩色熒光粉以及將稀土廣泛應(yīng)用于冶金(鋼鐵),石油化