稀土元素的應(yīng)用

鑭（La）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，在國外，科學(xué)家把鑭對作物的作用賦與“超級鈣”的美稱。鈰（Ce）(1)鈰作為玻璃添加劑，能吸收紫外線與紅外線，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，美國約1000多噸。(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在這方面的消費(fèi)量占稀土總消費(fèi)量的三分之一。(3)硫化鈰可以取代鉛、鎘等對環(huán)境和人類有害的金屬應(yīng)用到顏料中，可對塑料著色，也可用于涂料、油墨和紙張等行業(yè)。目前領(lǐng)先的是法國羅納普朗克公司。(4)Ce：LiSAF激光系統(tǒng)是美國研制出來的固體激光器，通過監(jiān)測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（Pr）(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（Nd）釹元素憑借其在稀土領(lǐng)域中的獨(dú)特地位，多年來成為市場關(guān)注的熱點(diǎn)。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)。阿爾法磁譜儀的研制成功，標(biāo)志著我國釹鐵硼磁體的各項(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，釹元素將會有更廣闊的利用空間。钷（Pm）人造放射性元素。钷的主要用途有：(1)可作熱源。為真空探測和人造衛(wèi)星提供輔助能量。(2)Pm147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(Sm)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。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，主要使用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）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。現(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。再加上對提高發(fā)光效率和對比度等技術(shù)的改進(jìn)，故正在被廣泛應(yīng)用。近年(1)Er3+在1550nm處的光發(fā)射具有特殊意義，因?yàn)樵摬ㄩL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)時發(fā)射出1550nm波長的光，石英光纖可傳送各種不同波長的光，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處作信號光時，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1550nm光信號的電訊網(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已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。據(jù)報(bào)道，為避免無用的吸收，光纖中鉺的摻雜量幾十至幾百ppm。光纖通信的迅猛發(fā)展，將開辟鉺的應(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激光對人的眼睛安全，大氣傳輸性能較好，對戰(zhàn)場的硝煙穿透能力較強(qiáng)，保密性好，不易被敵人探測，照射軍事目標(biāo)的對比度較大，已制成軍事上用的對人眼安全的便攜式激光測距儀。(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)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)(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，這種輻射儀能使銩-169受到高中子束的作用轉(zhuǎn)變?yōu)殇A-170，放射出X射線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)。(2)銩元素還可以應(yīng)用于臨床診斷和治療腫瘤，因?yàn)樗鼘δ[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，因而降低了X射線對人的照射和危害，與以前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(Yb)鐿的主要用途有：(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)作磁致伸縮材料。這種材料具有超磁致伸縮性即在磁場中膨脹的特性。該合金主要由鐿/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，同時為鐿在壓力測定應(yīng)用方面開辟了一個新途徑。(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，這一工作的完成對激光技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展很有意義。另外，鐿還用于熒光粉激活劑、無線電陶瓷、電子計(jì)算機(jī)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)镥的主要用途有：(1)制造某些特殊合金。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)經(jīng)國外有關(guān)部門研究發(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)以及熒光粉的激活劑等。釔(Y)主要用途有：(1)鋼鐵及有色合金的添加劑。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；該合金已為國內(nèi)大多數(shù)電線廠采用；在銅合金中加入釔，提高了導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度。(2)含釔6%和鋁2%的氮化硅陶瓷材料，可用來研制發(fā)動機(jī)部件。(3)用功率400瓦的釹釔鋁石榴石激光束來對大型構(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，對散射光的吸收低，抗高溫和抗機(jī)械磨損性能好。(5)含釔達(dá)90%的高釔結(jié)構(gòu)合金，可以應(yīng)用于航空和其它要求低密度和高熔點(diǎn)的場合。(6)目前倍受人們關(guān)注的摻釔SrZrO3高溫質(zhì)子傳導(dǎo)材料，對燃料電池、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)鈧的主要用途有：(1)鈧能與熱水作用放出氫，也易溶于酸，是一種強(qiáng)還原劑。(2)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。

(3)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。(4)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。(5