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(lái)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(guó)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(guó)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(guò)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(lái)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(guó)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(guó)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(guó)研制出來(lái)的固體激光器,，通過(guò)監(jiān)測(cè)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(guó)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(lái)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(lái)成為市場(chǎng)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(wèn)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(guó)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(cè)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�,，F(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(lái)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(guò)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(lái)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)的光,，石英光纖可傳送各種不同波長(zhǎng)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(chǎng)的硝煙穿透能力較強(qiáng)，保密性好,，不易被敵人探測(cè),，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(cè)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(lái)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(chǎng)中膨脹的特性,。

（3）用于測(cè)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(cè)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(lái)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(guò)。如鈧鈉燈,、太陽(yáng)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(guó)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(guó)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(guó)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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