稀土就是化學(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(gè)元素密切相關(guān)的兩個(gè)元素——鈧（Sc）和釔（Y），共17種元素，稱為稀土元素。

稀土元素是17種特殊的元素的統(tǒng)稱，它的得名是因?yàn)榭茖W(xué)家在提取稀土元素時(shí)應(yīng)用了稀土化合物，所以得名稀土元素。

（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

這些稀土元素的發(fā)現(xiàn)，從1794年芬蘭人加多林分離出釔到1947年美國人馬林斯基等制得钷，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。钷是美國人馬林斯基、格蘭德寧和科列爾用離子交換分離，在鈾裂變產(chǎn)物的稀土元素中獲得的，過去認(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。

(圖片來源：periodni.com/rare_earth_elements)

分類

通常把鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪稱為輕稀土元素，釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔稱為重稀土元素。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、鐠、釹、钷，其中钷是人造放射性元素；中稀土組為釤、銪、釓、鋱、鏑；重稀土組為鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔。

性質(zhì)

稀土元素都是很活潑的金屬，性質(zhì)極為相似，常見化合價(jià)為+3價(jià)，其水合離子大多有顏色，易形成穩(wěn)定的配位化合物。溶劑萃取和離子交換是目前分離稀土的較好方法。鑭、鈰、鐠、釹等輕稀土金屬，由于熔點(diǎn)較低，電解時(shí)呈熔融狀態(tài)在陰極上析出，故一般均采用電解法制取。可用氯化物和氟化物兩種鹽系，前者以稀土氯化物為原料加入電解槽，后者則以氧化物的形式加入。

稀土元素的種類和應(yīng)用

1、輕稀土組元素

鑭（La）

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，在國外，科學(xué)家把鑭對(duì)作物的作用賦與“超級(jí)鈣”的美稱。

鈰（Ce）

（1）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。

（2）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)上。

鐠（Pr）

鐠是用量較大的稀土元素，大量用于玻璃、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)。

（1）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。

（2）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。

钷（Pm）

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：

（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。

2、中稀土組元素

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。

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Y2OS: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。

釓（Gd）

釓的主要用途有：

（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）其硫氧化物可用作特殊亮度的示波管和x射線熒光屏的基質(zhì)柵網(wǎng)。

（3）在釓鎵石榴石中的釓對(duì)于磁泡記憶存儲(chǔ)器是理想的單基片。

鋱（Tb）

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，其主要應(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)、硅酸鹽基質(zhì)、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。

鏑（Dy）

鏑最主要的用途是：

（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。

（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。

（3）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)。

（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。

3、重稀土組元素

鈥（Ho）

目前鈥的主要用途有：

（1）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)展起來的，其特點(diǎn)是在燈泡里充有各種不同的稀土鹵化物。

（2）鈥可以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。

鉺（Er）

鉺的光學(xué)性質(zhì)非常突出，一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)：

（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(shí)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(shí)光衰減率最低（0.15dB/km），幾乎為下限極限衰減率。

（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，大氣傳輸性能較好，對(duì)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(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。

銩（Tm）

銩的主要用途有以下幾個(gè)方面：

（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。

（2）銩元素還可以應(yīng)用于臨床診斷和治療腫瘤，因?yàn)樗鼘?duì)腫瘤組織具有較高的親合性，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LaO-Br:Br（藍(lán)色），達(dá)到增強(qiáng)光學(xué)靈敏度的目的，從而降低了X射線對(duì)人的照射和危害，與以前鎢酸鈣增感屏相比可降低X射線劑量50%，這在醫(yī)學(xué)應(yīng)用上具有重要意義。

鐿(Yb)

鐿的主要用途有：

（1）作熱屏蔽涂層材料。

（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。

（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，為鐿在壓力測定應(yīng)用方面開辟了一個(gè)新途徑。

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）作釔鐵或釔鋁石榴石的添加元素，改善某些性能。

釔（Y）

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劑。

（2）含釔6%和鋁2%的氮化硅陶瓷材料，可用來研制發(fā)動(dòng)機(jī)部件；

（3）用功率為400W的釹釔鋁石榴石激光束可對(duì)大型構(gòu)件進(jìn)行鉆孔、切削和焊接等機(jī)械加工。

4、稀散元素

鈧（Sc）

（1）照明行業(yè)。比較有趣的是，鈧的用途（作為主要工作物質(zhì)，而不是用于摻雜的）都集中在很光明的方向，稱他為光明之子也不為過。如鈧鈉燈、太陽能光電池、γ射線源等。

（2）單質(zhì)形式的鈧，已經(jīng)被大量應(yīng)用于鋁合金的摻雜。

（3）單質(zhì)的鈧一般應(yīng)用于合金，而鈧的氧化物也是物以類聚地在陶瓷材料上面起到了重要的作用。像可以用作固體氧化物燃料電池電極材料，還可用作像高強(qiáng)度，耐高溫的工程陶瓷材料氮化硅做增密劑和穩(wěn)定劑。

（4）在高溫反應(yīng)堆核燃料中加入少量Sc2O3可避免因UO2向U3O8轉(zhuǎn)化發(fā)生的晶格轉(zhuǎn)變、體積增大和出現(xiàn)裂紋。

稀土元素已廣泛應(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。我們國家擁有豐富的稀土礦產(chǎn)資源，成礦條件優(yōu)越，堪稱得天獨(dú)厚，探明的儲(chǔ)量居世界之首，為發(fā)展中國稀土工業(yè)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。目前較為緊迫的任務(wù)就是進(jìn)一步提高稀土材料的加工合成技術(shù)，避免國外憑借領(lǐng)先我們的技術(shù)用我們的稀土材料賺我們的錢。

參考資料：

[1]秦威.淺談稀土元素在陶瓷行業(yè)中的應(yīng)用

[2]董世知.稀土氧化物在陶瓷涂層中的應(yīng)用

[3]尹月.稀土氧化物在陶瓷材料中的應(yīng)用硏究新進(jìn)展

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