科普｜稀土是什么东西？
一笑之言 2019-05-30
稀土(Rare Earth),是化学周期表中镧系元素和钪、钇共十七种金属元素的总称。自然界中有250 种稀土矿。
最早发现稀土的是芬兰化学家加多林(John Gadolin)。于1794 年从一块形似沥青的重质矿石中分离出第一种稀土"元素"(钇土，即Y2O3),因为18 世纪发现的稀土矿物较少，当时只能用化学法制得少量不溶于水的氧化物，历史上习惯地把这种氧化物称为"土"，因而得名稀土。
目前稀土元素的应用蓬勃发展，已扩展到科学技术的各个方面，尤其现代一些新型功能性材料的研制和应用，稀土元素已成为不可缺少的原料。
1、稀土元素在传统产业领域中应用
——农业领域：目前发展有稀土农学、稀土土壤学、稀土植物生理学、稀土卫生毒理学和稀土微量分析学等学科。稀土作为植物的生长、生理调节剂，对农作物具有增产、改善品质和抗逆性三大特征；同时稀土属低毒物质，对人畜无害，对环境无污染；合理使用稀土，可使农作物增强抗旱、抗涝和抗倒伏能力。当前我国农田施用稀土面积达5 000—7 000万亩/年，为国家增产粮、棉、豆、油、糖等6—8亿公斤，直接经济效益为10—15亿元，年消费稀土1 100—1 200吨。
——冶金工业领域：稀土在冶金工业中应用量很大，约占稀土总用量的1/3。稀土元素容易与氧和硫生成高熔点且在高温下塑性很小的氧化物、硫化物以及硫氧化合物等，钢水中加入稀土，可起脱硫脱氧改变夹杂物形态作用，改善钢的常、低温韧性、断裂性、减少某些钢的热脆性并能改善加热工性和焊接件的牢固性。
稀土在铸铁中作为石墨球化剂、形核剂核对有害元素的控制剂，提高铸件质量，对铸件的机械性能有很大改善，主要用于钢锭模、轧锟、铸管和异型件四个方面。
在有色合金方面应用，对以有色金属为基的各种合金都有良好的作用，改善合金的物理和机械性能。应用最多的使铝、镁、铜三个系列。
——石油化工领域：稀土用于石油裂化工业中的稀土分子筛裂化催化剂，特点是活性高、选择性好、汽油的生产率高。稀土在这方面的用量很大。
——玻璃工业领域：稀土在玻璃工业中有三个应用：玻璃着色、玻璃脱色和制备特种性能的玻璃。用于玻璃着色的稀土氧化物有钕(粉红色并带有紫色光泽)、镨玻璃为绿色(制造滤光片)等；二氧化铈可将玻璃中呈黄绿色的二价铁氧化为三价而脱色，避免了过去使用砷氧化物的毒性，还可以加入氧化钕进行物理脱色；稀土特种玻璃如铈玻璃(防辐射玻璃)、镧玻璃(光学玻璃)。
——陶瓷工业领域：稀土可以加入陶瓷和瓷釉之中，减少釉和破裂并使其具有光泽。稀土更主要用做陶瓷的颜料，由于稀土元素有未充满的4f电子，可以吸收或发射从紫外、可见到红外光区不同波长的光，发射每种光区的范围小，导致陶瓷的颜色更柔和、纯正，色调新颖，光洁度好。如黄色、紫罗兰色、绿色、桃红色、橙色、棕色、黑色等。稀土氧化物可以制造耐高温透明陶瓷(应用于激光等领域)、耐高温坩埚(冶金)。
——电光源工业领域：稀土作为荧光灯的发光材料，是节能性的光源，特点是光效好、光色好、寿命长。比白炽灯可节电75—80%。
2、稀土元素在高新技术产业中应用
——显示器的发光材料：稀土元素中钇、铕是红色荧光粉的主要原料，广泛应用于彩色电视机、计算机及各种显示器。目前，我国年产彩电红粉300—400吨，计算机显示器红粉50—100吨，以满足国产3 500万支彩显管和近百万支显示器的需求。
——磁性材料：钕、钐、镨、镝等是制造现代超级永磁材料的主要原料，其磁性高出普通永磁材料4—10倍，广泛应用于电视机、电声、医疗设备、磁悬浮列车及军事工业等高新技术领域。据专家预测，本世纪末此类材料产值将达到35亿美元。我市南开大学研究开发出拥有自主知识产权的钕铁硼永磁材料就属此类，现正与肯达集团合作进行产业化。
——储氢材料：稀土与过渡元素的金属间化合物MMNi5(MM为混合稀土金属)和LaNi5是优良的吸氢材料，被称为氢海绵。其最为成功的应用是制造二次电池——金属氢化物电池，即镍氢电池。其等体积充电容量是目前广泛使用的镍镉电池的2倍，充放电循环寿命和输出电压与镍镉电池一样，但没有了镉污染。我市南开大学在储氢材料研究开发上有很大优势，通过863项目，和平海湾公司已开始了镍氢电池产业化工作。
——激光材料：稀土离子是固体激光材料和无机液体激光材料的最主要的激活剂，其中以掺Nd3+的激光材料研究得最多，除钇铝石榴石(YAG)、铝酸钇(YAP)玻璃等基质外，高稀土浓度激光材料可能称为特殊应用的材料。
——精密陶瓷：氧化钇部分稳定的氧化镐是性能十分优异的结构陶瓷，可制作各种特殊用途的刀剪；可以制作汽车发动机，因其具有高导热、低膨胀系数、热稳定性能好、在1 650℃下工作强度不降低，导致发动机马力大、省燃料等优点。
——催化剂：稀土除用于制造石油裂化催化剂外，广泛应用于很多化学反应，如稀土氧化物LaO3、Nd2O3和Sm2O3用于环己烷脱氢制苯，用LnCoO3代替铂催化氧化氨制硝酸。并在合成异戊橡胶、顺丁橡胶的生产中作为催化剂。
汽车尾气需要将CH、CO氧化，对NOX进行还原处理，以解决目前城市空气污染问题。稀土元素是汽车尾气净化催化剂的主要原料。我市化工研究院在这方面有很强的优势，可推动形成一个汽车尾气净化器产品。
——高温超导材料：近几年研究表明，许多单一稀土氧化物及其某些混合稀土氧化物是高温超导材料的重要原料。一旦高温超导材料进入实用，整个世界将起翻天覆地的变化。目前，我国在稀土超导材料的成材研究方面取得了有意义的突破。
中国稀土资源的时代分布，主要集中在中晚元古代以后的地质历史时期，太古代时期很少有稀土元素富集成矿，这与活动的中国大陆板块演化发展历史有关。中晚元古代时期华北地区北缘西段形成了巨型的白云鄂博铁铌稀土矿床；早古生代（寒武系）形成了贵州织金等地的大型稀土磷块岩矿床；晚古生代有花岗岩型和碱性岩型稀土矿床形成；中生代花岗岩型和碱性岩型稀土矿床广布于中国南方；新生代（喜山期）有碱性花岗岩和英碱岩稀土矿床的形成；第四纪有中国南方风化淋积型稀土矿床的形成。中国稀土矿床成矿时代之多、分布时限之长是世界上其他国家所没有的。但我国稀土资源最主要的富集期是中晚元古代和中-新生代，其他时代的稀土矿床一般规模较小。
我国稀土资源的勘查与开发研究，始于20世纪50年代初期至80年代末发现并探明了一批重要稀土矿床。据有关地质勘探和矿山生产部门提供的数据统计，截止2000年底全国已探明稀土资源量（REO）超过10000万吨，预测资源远景量大于21000万吨，显示出我国稀土资源的巨大潜力。我国西部地区是轻稀土资源的最主要分布区，仅内蒙古的白云鄂博矿区地表至地下200m范围内已探明稀土资源量约10000万吨，平均含稀土氧化物（REO）3%～5%，预测全区稀土资源量超过13500万吨；中国南方的风化淋积型稀土矿已探明资源量正式公布的数字为150万吨，另有调查资料统计，南方七省区（江西、广东、广西、湖南、云南、福建、浙江）已探明稀土资源量840万吨，预测资源远景为5000万吨，表明我国南方中重稀土资源潜力巨大。另外，四川凉山州的冕宁和德昌县境内已探明稀土资源量约250万吨，于冕宁花岗岩体东西两侧及其以南地区成矿条件有利，是寻找单一氟碳铈矿的最佳有望区，预测稀土资源丰富。
稀土是新科技的粮食。现在世界上每6个发明中就有一个要用到稀土。在炼钢炼油，化工，医药，农业，光学，特别是航空航天和高新电子产业中，稀土更是必不可少。
当石油用光的时候，人们已经设想出了很多种替代能源，但是当稀土消耗空以后，却没有任何替代品。未来人类可能会有划时代的科技发明，但是就目前的推测，没有稀土，这些发明只能成为理论而无法大量投入实践和使用。
所以，掌控稀土的前沿技术就是掌握了半个未来，掌控稀土的进出口和价格，起码就能立于世界的不败之地。
不当你的世界 只作你的肩膀
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无畏的太阳
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