6.稀土資源的綜合利用

1、冶金資源綜合利用,冶金與能源學(xué)院 劉 曉,Hebei United University School of Metallurgy and Energy,六、稀土資源的綜合利用,我國是稀土資源大國。稀土就是化學(xué)元素周期表中鑭系元素及鈧(Sc)、釔(Y)共17種元素的總稱。根據(jù)美國地質(zhì)研究局數(shù)據(jù)，世界稀土基礎(chǔ)儲量為154000千噸，其中中國占據(jù)了57.7%。我國稀土礦主要分為以內(nèi)蒙古包頭白云鄂博稀土礦為代表的混合型輕稀土礦、四川冕寧氟碳鈰輕稀土礦和以南方中重離子稀土礦。從產(chǎn)量上看，2003-2008年間，我國稀土產(chǎn)量增加了31%，供應(yīng)了全球90%以上的稀土精礦需求。,1、稀土金屬屬性,稀土就是化

2、學(xué)元素周期表中鑭系元素鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)，以及與鑭系的15個元素密切相關(guān)的兩個元素鈧(Sc)和釔(Y)共17種元素，稱為稀土元素(Rare Earth)，簡稱稀土(RE或R)。 根據(jù)稀土元素原子電子層結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)，以及它們在礦物中共生情況和不同的離子半徑可產(chǎn)生不同性質(zhì)的特征，十七種稀土元素通常分為二組：輕稀土（又稱鈰組）包括：鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓；重稀土（又稱釔組）包括：鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、鈧、釔。,2、世界稀土

3、資源分布,2.1 全球稀土資源分布情況 美國加利福尼亞附近芒廷帕斯礦為世界上品味最高的稀土礦。,2.2 我國稀土資源分布情況,我國稀土礦品位居澳大利亞、俄羅斯、美國、巴西之后第五位，品味5-7%。我國稀土礦主要分為以內(nèi)蒙古包頭白云鄂博稀土礦為代表的混合型輕稀土礦、四川冕寧氟碳鈰輕稀土礦和以南方中重離子稀土礦。其中白云鄂博東、西礦稀土儲量合計4350萬噸，占87.7%，是我國第一大稀土礦。,3、稀土元素的研究與應(yīng)用,3.1 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域 （1）稀土農(nóng)用的生物效應(yīng)機理 在一定條件下, 適時適量地施用稀土元素, 可激發(fā)種子萌發(fā), 促進植物的發(fā)芽、生根及生長發(fā)育,促進對礦物質(zhì)的吸收和葉綠素的合成, 增強作

4、物的光合作用和某些酶的活性, 提高作物的抗逆性, 增強產(chǎn)量, 改善品質(zhì)。 （2）稀土元素對植物的增效機理作用 適量稀土能促進細胞的生長和分裂, 促進植物的光合作用。 適量稀土能延緩作物葉片的老化, 使植物營養(yǎng)增效, 改善細胞透性, 增強作物的抗逆性能。,3.2 稀土在鋼中的作用機理 凈化作用 鋼液中稀土首先是脫氧，其次脫硫，鋼液里的O、S去到足夠干凈后，稀土才能去除其它雜質(zhì)。 變質(zhì)作用 一是改變或影響雜質(zhì)、夾雜物或有害相的存在狀態(tài)（或種類）、組成與結(jié)構(gòu)、形狀、大小、分布等，以致減輕或消除其有害作用、甚至變有害為有利；其二是減輕或消除元素偏析和組織不均勻性及細化鋼的組織等，導(dǎo)致鋼性能的改善。 微

5、合金化作用 微合金化的強化程度決定于微量稀土元素的固溶強化、稀土元素與其它溶質(zhì)元素或化合物的交互作用、稀土的存在狀態(tài)（原子、夾雜物或化合物的大小、形狀和分布），特別是在晶界的偏聚，以及稀土對鋼表面和基體組織結(jié)構(gòu)的影響等。,3、稀土元素的研究與應(yīng)用,微合金化作用 1）固溶度及固溶強化 2）改善晶界和抑制局部弱化 3）影響相變和改善組織 4）影響雜質(zhì)元素的溶解度和減少脫溶量 5）稀土元素與其它微量合金元素的交互作用,3、稀土元素的研究與應(yīng)用,3.3 稀土元素對鋼機械性能的影響 提高鋼的抗疲勞性 如25MnTiB鋼的脈動彎曲疲勞平均壽命提高2.27倍；55SiMnVB鋼的低頻疲勞壽命提高46%，高頻

6、疲勞壽命提高80%；Cr15SiMn鋼使8206型推力軸承的接觸疲勞壽命提高59.1%。 提高鋼的耐磨性 添加稀土減少結(jié)晶過程中粗大碳化物的析出，可提高鋼的耐磨性。 提高鋼的強韌性 通過添加稀土細化晶粒，可提高鑄鋼的屈服點、韌性和塑性。,3、稀土元素的研究與應(yīng)用,3.4 稀土在化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用 稀土金屬及其化合物在催化中的研究與應(yīng)用 稀土金屬間化合物 高效稀土催化劑,3、稀土元素的研究與應(yīng)用,3.5 稀土元素在高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)上的研究與應(yīng)用 稀土發(fā)光材料 電視顯示管、計算機的熒光屏及熒光燈上, 能使其具有高質(zhì)量的圖象, 延長使用壽命, 提高效率, 改善顯色性能。 稀土激光材料 稀土晶體激光材料主

7、要是含氧和含氟的化合物：重復(fù)頻率高的脈沖激光器; 在工業(yè)上用于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè); 在醫(yī)療上用于止血凝固。,3、稀土元素的研究與應(yīng)用,3.5 稀土元素在高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)上的研究與應(yīng)用,稀土永磁材料 (1) 從電能轉(zhuǎn)換為機械能方面的應(yīng)用。這是最廣泛的, 其中有各種類型的永磁發(fā)動機。 (2) 從機械能轉(zhuǎn)換成電能方面。此種功能的元件應(yīng)用于傳感器、拾音器、發(fā)動機的轉(zhuǎn)速計和醫(yī)療核磁共振掃描儀。 (3) 用于直接利用磁鐵的吸力和斥力制造的設(shè)備。如磁選機、起重磁鐵、磁制動器等。 (4) 用于行波管、速調(diào)管、磁控管等離子束和電子束偏轉(zhuǎn)效應(yīng)元件; 轉(zhuǎn)速表、速度表、電流表、電壓表等計測裝置,稀土超導(dǎo)材料 所謂超導(dǎo)現(xiàn)象即當(dāng)某種

8、材料在低于某一溫度時, 出現(xiàn)電阻為零的現(xiàn)象。該溫度即是臨界溫度。在超導(dǎo)材料中添加稀土可以使臨界溫度大大提高。稀土超導(dǎo)材料可應(yīng)用于采礦、電子工業(yè)、醫(yī)療設(shè)備、懸浮列車及能源方面等領(lǐng)域。隨著科技的發(fā)展, 稀土的研究與應(yīng)用前景將越來越廣闊。,3.5 稀土元素在高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)上的研究與應(yīng)用,3.5 稀土元素在高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)上的研究與應(yīng)用,3.6 未來稀土消費三大增長點,1、釹鐵硼成為稀土消費的主要拉動力量 燒結(jié)釹鐵硼磁體是當(dāng)今磁性能最強、性價比最優(yōu)的永磁材料，廣泛應(yīng)用于各種計算機、電動機、風(fēng)力發(fā)電機、電動汽車、儀器儀表、磁傳動軸承、高保真揚聲器、核磁共振成像儀和航天航空導(dǎo)航器等方面。在磁懸浮列車等新興技術(shù)領(lǐng)

9、域具有巨大的潛在應(yīng)用前景，特別是在電子信息方面的大量應(yīng)用加快了整個計算機行業(yè)的發(fā)展進程。可以說，沒有釹鐵硼的應(yīng)用，計算機類產(chǎn)品能夠得到如此快速的發(fā)展是絕不可能的。因此，從某種意義上來講，釹鐵硼磁性材料的出現(xiàn)和大量應(yīng)用大大加快了人類文明的發(fā)展和科學(xué)的進步。而釹鐵硼的發(fā)展也成為近幾年稀土消費的主要拉動力量。,1、釹鐵硼成為稀土消費的主要拉動力量,2、鎳氫動力電池即將進入快速發(fā)展期,由于安全無污染、技術(shù)成熟、產(chǎn)業(yè)化比較完善及使用成本相對較低的特性，鎳氫電池目前仍然占據(jù)90%以上混合動力汽車的市場份額。車用鎳氫動力電池市場規(guī)模一方面取決于混合動力汽車的產(chǎn)銷量，市場份額則由鎳氫低成本與鋰電池高技術(shù)之爭的進程決定。 每輛混合電動汽車需貯氫合金10千克，稀土金屬3千克。 工信部，“十二五”產(chǎn)業(yè)規(guī)劃中，中國目前新能源汽車發(fā)展的路線目前大家已普遍認同要先走混合動力、再走純電動、最后過渡到燃料電池。,3、 稀土熒光燈,當(dāng)今世界上流行使用的新型電光源大都與稀土有關(guān)，其中使用最多的電光源是稀土三基色熒光燈，都是以稀土元素釔、銪等作主要成份。稀土三基色熒光粉是世界各國用