稀有金屬根據(jù)各種元素的物理和化學(xué)性質(zhì),,賦存狀態(tài),,生產(chǎn)工藝以及其他一些特征,一般從技術(shù)上分為以下五類:
稀有輕金屬 包括鋰、銣,、銫,、鈹,。比重較小,,化學(xué)活性強(qiáng)。 稀有難熔金屬 包括鈦,、鋯,、鉿、釩,、鈮,、鉭、鉬,、鎢,。熔點(diǎn)較高,與碳,、氮,、硅、硼等生成的化合物熔點(diǎn)也較高,。 稀有分散金屬 簡稱稀散金屬,,包括鎵、銦,、鉈,、鍺、錸以及硒,、碲,。大部分賦存于其他元素的礦物中。 稀有稀土金屬 簡稱稀土金屬,,包括鈧,、釔及鑭系元素。它們的化學(xué)性質(zhì)非常相似,,在礦物中相互伴生,。 稀有放射性金屬 包括天然存在的鈁、鐳、釙和錒系金屬中的錒,、釷,、鏷、鈾,,以及人工制造的锝,、钷、錒系其他元素和104至107號(hào)元素,。 上述分類是不十分嚴(yán)格的,。有些稀有金屬既可以列入這一類,又可列入另一類。例如錸可列入稀散金屬,也可列入稀有難熔金屬,。
稀有金屬:因?yàn)榈貧ぶ泻枯^少,,或者比較分散,,人們又稱之為“稀有金屬”,。如鈮、鉭,、鋯,、镥、金,、鐳,、鉿、鈾等
稀土金屬:
一,、稀土元素是鑭系元素系稀土類元素群的總稱,,包含鈧Sc、釔Y及鑭系中的鑭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,共17個(gè)元素。
“稀土”一詞是十八世紀(jì)沿用下來的名稱,,因?yàn)楫?dāng)時(shí)用于提取這類元素的礦物比較稀少,,而且獲得的氧化物難以熔化,也難以溶于水,,也很難分離,,其外觀酷似“土壤”,而稱之為稀土,。稀土元素分為“輕稀土元素”和“重稀土元素”:
“輕稀土元素”指原子序數(shù)較小的鈧Sc,、釔Y和鑭La、鈰Ce,、鐠Pr,、釹Nd、钷Pm,、釤Sm,、銪Eu。
“重稀土元素”原子序數(shù)比較大的釓Gd,、鋱Tb,、鏑Dy、鈥Ho,、鉺Er,、銩Tm、鐿Yb,、镥Lu,。
二、稀土資源及儲(chǔ)備狀況
由于稀土元素性質(zhì)活躍,,使它成為親石元素,,地殼中還沒有發(fā)現(xiàn)它的天然金屬無水或硫化物,最常見的是以復(fù)雜氧化物,、含水或無水硅酸鹽,、含水或無水磷酸鹽、磷硅酸鹽,、氟碳酸鹽以及氟化物等形式存在,。由于稀土元素的離子半徑、氧化態(tài)和所有其它元素都近似,,因 此在礦物中它們常與其它元素一起共生,。
我國稀土資源占世界稀土資源的80%,以氧化物(REO)計(jì)達(dá)3 600萬噸,,遠(yuǎn)景儲(chǔ)量實(shí)際是1億噸,。
我國稀土資源分南北兩大塊,。
——北方:輕稀土資源,集中在包頭白云鄂博特等地,,以后在四川冕寧又有發(fā)現(xiàn),。主要含鑭、鈰,、鐠,、釹和少量釤、銪,、釓等元素,;
——南方:中重稀土資源,分布在江西,、廣東,、廣西、福建,、湖南等省,,以罕見的離子態(tài)賦存與花崗巖風(fēng)化殼層中,主要含釤,、銪,、釓,、鋱,、鏑、鈥,、鉺,、銩、鐿,、镥,、釔和鑭、釹等元素,。
我國的稀土工業(yè)也分為南北兩大生產(chǎn)體系,。
——北方以包鋼稀土高科公司和甘肅稀土公司為軸心,構(gòu)成了以包頭稀土資源為主,,四川資源為輔的輕稀土產(chǎn)品生產(chǎn)體系,。骨干企業(yè)有核工業(yè)202廠、包頭鹿西羅納稀土有限公司,、包頭市和發(fā)稀土廠,、包頭市稀土冶煉廠、哈爾濱稀土材料廠,、四川稀土材料廠,、四川什邡吉大化工廠,、安寧河稀土冶煉廠等。主要產(chǎn)品有稀土精礦,、稀土硅鐵合金,、混合稀土化合物、富集物,、混合金屬等,。稀土精礦的生產(chǎn)能力和處理、加工能力達(dá)50 000噸(REO—氧化物計(jì)算),。
——南方以上海躍龍有色金屬有限公司為龍頭,,構(gòu)成了以江西、廣東兩省離子型稀土資源為主的中重稀土生產(chǎn)體系,。骨干企業(yè)有廣州珠江冶煉廠,、廣東陽江稀土廠、江蘇新威集團(tuán),、江蘇溧陽方正稀土總廠,、江陰加華稀土冶煉廠、江蘇江飛稀土冶煉廠,、江西龍南稀土公司,、江西尋烏稀土公司、江西省稀土公司,、江西核工業(yè)713礦等,。主要產(chǎn)品為各種高純單一稀土化合物和金屬、富集物,、混合金屬和合金,。分離總規(guī)模已超過10 000噸,并開始大規(guī)模加工分離北方輕稀土原料,。
四,、稀土元素的應(yīng)用范圍
目前稀土元素的應(yīng)用蓬勃發(fā)展,已擴(kuò)展到科學(xué)技術(shù)的各個(gè)方面,,尤其現(xiàn)代一些新型功能性材料的研制和應(yīng)用,,稀土元素已成為不可缺少的原料。
1,、稀土元素在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用
——農(nóng)業(yè)領(lǐng)域:目前發(fā)展有稀土農(nóng)學(xué),、稀土土壤學(xué)、稀土植物生理學(xué),、稀土衛(wèi)生毒理學(xué)和稀土微量分析學(xué)等學(xué)科,。稀土作為植物的生長、生理調(diào)節(jié)劑,,對農(nóng)作物具有增產(chǎn),、改善品質(zhì)和抗逆性三大特征,;同時(shí)稀土屬低毒物質(zhì),對人畜無害,,對環(huán)境無污染,;合理使用稀土,可使農(nóng)作物增強(qiáng)抗旱,、抗?jié)澈涂沟狗芰?。?dāng)前我國農(nóng)田施用稀土面積達(dá)5 000—7 000萬畝/年,為國家增產(chǎn)糧,、棉,、豆、油,、糖等6—8億公斤,,直接經(jīng)濟(jì)效益為10—15億元,年消費(fèi)稀土1 100—1 200噸,。
——冶金工業(yè)領(lǐng)域:稀土在冶金工業(yè)中應(yīng)用量很大,,約占稀土總用量的1/3。稀土元素容易與氧和硫生成高熔點(diǎn)且在高溫下塑性很小的氧化物,、硫化物以及硫氧化合物等,,鋼水中加入稀土,可起脫硫脫氧改變夾雜物形態(tài)作用,,改善鋼的常,、低溫韌性、斷裂性,、減少某些鋼的熱脆性并能改善加熱工性和焊接件的牢固性,。
稀土在鑄鐵中作為石墨球化劑,、形核劑核對有害元素的控制劑,,提高鑄件質(zhì)量,對鑄件的機(jī)械性能有很大改善,,主要用于鋼錠模,、軋錕、鑄管和異型件四個(gè)方面,。
在有色合金方面應(yīng)用,,對以有色金屬為基的各種合金都有良好的作用,改善合金的物理和機(jī)械性能,。應(yīng)用最多的使鋁,、鎂、銅三個(gè)系列,。
——石油化工領(lǐng)域:稀土用于石油裂化工業(yè)中的稀土分子篩裂化催化劑,,特點(diǎn)是活性高,、選擇性好、汽油的生產(chǎn)率高,。稀土在這方面的用量很大,。
——玻璃工業(yè)領(lǐng)域:稀土在玻璃工業(yè)中有三個(gè)應(yīng)用:玻璃著色、玻璃脫色和制備特種性能的玻璃,。用于玻璃著色的稀土氧化物有釹(粉紅色并帶有紫色光澤),、鐠玻璃為綠色(制造濾光片)等;二氧化鈰可將玻璃中呈黃綠色的二價(jià)鐵氧化為三價(jià)而脫色,,避免了過去使用砷氧化物的毒性,,還可以加入氧化釹進(jìn)行物理脫色;稀土特種玻璃如鈰玻璃(防輻射玻璃),、鑭玻璃(光學(xué)玻璃),。
——陶瓷工業(yè)領(lǐng)域:稀土可以加入陶瓷和瓷釉之中,減少釉和破裂并使其具有光澤,。稀土更主要用做陶瓷的顏料,,由于稀土元素有未充滿的4f電子,可以吸收或發(fā)射從紫外,、可見到紅外光區(qū)不同波長的光,,發(fā)射每種光區(qū)的范圍小,導(dǎo)致陶瓷的顏色更柔和,、純正,,色調(diào)新穎,光潔度好,。如黃色,、紫羅蘭色、綠色,、桃紅色,、橙色、棕色,、黑色等,。稀土氧化物可以制造耐高溫透明陶瓷(應(yīng)用于激光等領(lǐng)域)、耐高溫坩堝(冶金),。
——電光源工業(yè)領(lǐng)域:稀土作為熒光燈的發(fā)光材料,,是節(jié)能性的光源,特點(diǎn)是光效好,、光色好,、壽命長。比白熾燈可節(jié)電75—80%,。
2,、稀土元素在高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用
——顯示器的發(fā)光材料:稀土元素中釔,、銪是紅色熒光粉的主要原料,廣泛應(yīng)用于彩色電視機(jī),、計(jì)算機(jī)及各種顯示器,。目前,我國年產(chǎn)彩電紅粉300—400噸,,計(jì)算機(jī)顯示器紅粉50—100噸,,以滿足國產(chǎn)3 500萬支彩顯管和近百萬支顯示器的需求。
——磁性材料:釹,、釤,、鐠、鏑等是制造現(xiàn)代超級(jí)永磁材料的主要原料,,其磁性高出普通永磁材料4—10倍,,廣泛應(yīng)用于電視機(jī)、電聲,、醫(yī)療設(shè)備,、磁懸浮列車及軍事工業(yè)等高新技術(shù)領(lǐng)域。據(jù)專家預(yù)測,,本世紀(jì)末此類材料產(chǎn)值將達(dá)到35億美元,。我市南開大學(xué)研究開發(fā)出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的釹鐵硼永磁材料就屬此類,現(xiàn)正與肯達(dá)集團(tuán)合作進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化,。
——儲(chǔ)氫材料:稀土與過渡元素的金屬間化合物MMNi5(MM為混合稀土金屬)和LaNi5是優(yōu)良的吸氫材料,,被稱為氫海綿。其最為成功的應(yīng)用是制造二次電池——金屬氫化物電池,,即鎳氫電池,。其等體積充電容量是目前廣泛使用的鎳鎘電池的2倍,充放電循環(huán)壽命和輸出電壓與鎳鎘電池一樣,,但沒有了鎘污染,。我市南開大學(xué)在儲(chǔ)氫材料研究開發(fā)上有很大優(yōu)勢,通過863項(xiàng)目,,和平海灣公司已開始了鎳氫電池產(chǎn)業(yè)化工作,。
——激光材料:稀土離子是固體激光材料和無機(jī)液體激光材料的最主要的激活劑,其中以摻Nd3+的激光材料研究得最多,,除釔鋁石榴石(YAG)、鋁酸釔(YAP)玻璃等基質(zhì)外,,高稀土濃度激光材料可能稱為特殊應(yīng)用的材料,。
——精密陶瓷:氧化釔部分穩(wěn)定的氧化鎬是性能十分優(yōu)異的結(jié)構(gòu)陶瓷,可制作各種特殊用途的刀剪,;可以制作汽車發(fā)動(dòng)機(jī),,因其具有高導(dǎo)熱,、低膨脹系數(shù)、熱穩(wěn)定性能好,、在1 650℃下工作強(qiáng)度不降低,,導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)馬力大、省燃料等優(yōu)點(diǎn),。
——催化劑:稀土除用于制造石油裂化催化劑外,,廣泛應(yīng)用于很多化學(xué)反應(yīng),如稀土氧化物L(fēng)aO3,、Nd2O3和Sm2O3用于環(huán)己烷脫氫制苯,,用LnCoO3代替鉑催化氧化氨制硝酸。并在合成異戊橡膠,、順丁橡膠的生產(chǎn)中作為催化劑,。
汽車尾氣需要將CH、CO氧化,,對NOX進(jìn)行還原處理,,以解決目前城市空氣污染問題。稀土元素是汽車尾氣凈化催化劑的主要原料,。我市化工研究院在這方面有很強(qiáng)的優(yōu)勢,,可推動(dòng)形成一個(gè)汽車尾氣凈化器產(chǎn)品。
——高溫超導(dǎo)材料:近幾年研究表明,,許多單一稀土氧化物及其某些混合稀土氧化物是高溫超導(dǎo)材料的重要原料,。一旦高溫超導(dǎo)材料進(jìn)入實(shí)用,整個(gè)世界將起翻天覆地的變化,。目前,,我國在稀土超導(dǎo)材料的成材研究方面取得了有意義的突破
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