稀土就(jiu)是化學(xue)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)周期表中鑭(lan)系元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)—鑭(lan)(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(shan)(Sm)、銪(Eu)、釓(ga)(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)，以及(ji)與(yu)鑭(lan)系的15個元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)密(mi)切相關的兩(liang)個元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)——鈧(Sc)和釔(Y)，共(gong)17種元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)，稱為稀土元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)。

　　稀(xi)土(tu)元(yuan)素是17種(zhong)特殊的元(yuan)素的統稱，它的得名是因為科學家在提(ti)取稀(xi)土(tu)元(yuan)素時(shi)應用(yong)了稀(xi)土(tu)化合物，所以(yi)得名稀(xi)土(tu)元(yuan)素。

　　這些稀(xi)土元素的發(fa)現(xian)，從1794年(nian)芬蘭(lan)人(ren)加多(duo)林(lin)分離出(chu)釔到(dao)1947年(nian)美(mei)國(guo)人(ren)馬(ma)林(lin)斯基等制(zhi)得(de)钷(po)，歷時150多(duo)年(nian)。其中大(da)部(bu)分稀(xi)土元素是歐洲的一些礦物學家、化學家、冶金(jin)學家等發(fa)現(xian)制(zhi)取(qu)的。钷(po)是美(mei)國(guo)人(ren)馬(ma)林(lin)斯基、格蘭(lan)德(de)寧和科(ke)列爾(er)用離子(zi)交換分離，在(zai)鈾(you)裂變產(chan)物的稀(xi)土元素中獲(huo)得(de)的，過去認為自(zi)然界中不存在(zai)钷(po)，直到(dao)1965年(nian)，芬蘭(lan)一家磷(lin)酸鹽工廠在(zai)處理磷(lin)灰石時發(fa)現(xian)了痕量的钷(po)。

　　通常把(ba)鑭、鈰、鐠(pu)(pu)、釹、钷、釤、銪稱(cheng)為(wei)輕稀(xi)(xi)土(tu)元(yuan)(yuan)素，釓(ga)、鋱(te)、鏑、鈥(huo)、鉺(er)、銩、鐿(yi)(yi)、镥、釔稱(cheng)為(wei)重(zhong)稀(xi)(xi)土(tu)元(yuan)(yuan)素。也有(you)的根據稀(xi)(xi)土(tu)元(yuan)(yuan)素物理(li)化學性(xing)質的相似(si)性(xing)和(he)差異性(xing)，除鈧(kang)之(zhi)外(有(you)的將鈧(kang)劃(hua)歸稀(xi)(xi)散元(yuan)(yuan)素)劃(hua)分成(cheng)三組(zu)，即(ji)輕稀(xi)(xi)土(tu)組(zu)為(wei)鑭、鈰、鐠(pu)(pu)、釹、钷，其(qi)中钷是人造放射(she)性(xing)元(yuan)(yuan)素;中稀(xi)(xi)土(tu)組(zu)為(wei)釤、銪、釓(ga)、鋱(te)、鏑;重(zhong)稀(xi)(xi)土(tu)組(zu)為(wei)鈥(huo)、鉺(er)、銩、鐿(yi)(yi)、镥、釔。

　　稀土(tu)元素(su)都(dou)是很(hen)活潑的(de)金屬(shu)，性質(zhi)極(ji)為(wei)相(xiang)似，常見化合(he)價為(wei)+3價，其水合(he)離子大多有顏色，易形成穩定的(de)配位化合(he)物(wu)(wu)。溶(rong)劑萃取和離子交換是目(mu)前分離稀土(tu)的(de)較好(hao)方(fang)法。鑭(lan)、鈰、鐠、釹等輕(qing)稀土(tu)金屬(shu)，由于熔點較低，電解(jie)時呈熔融(rong)狀態在(zai)陰極(ji)上析出，故一般(ban)均(jun)采用電解(jie)法制取。可用氯化物(wu)(wu)和氟化物(wu)(wu)兩種鹽系，前者(zhe)以(yi)稀土(tu)氯化物(wu)(wu)為(wei)原料加入(ru)電解(jie)槽，后者(zhe)則(ze)以(yi)氧(yang)化物(wu)(wu)的(de)形式加入(ru)。

稀土元素的種類和應用

　　01

　　輕稀土組元素

　　鑭(La)

　　鑭的(de)(de)應用(yong)非(fei)常廣(guang)泛，如應用(yong)于壓電材料(liao)、電熱材料(liao)、熱電材料(liao)、磁阻(zu)材料(liao)、發光材料(liao)(蘭粉)、貯氫材料(liao)、光學玻璃、激光材料(liao)、各種合(he)金材料(liao)等。鑭也(ye)應用(yong)到制備許多有(you)機化(hua)工產品的(de)(de)催化(hua)劑中，光轉(zhuan)換農用(yong)薄膜也(ye)用(yong)到鑭，在國外，科(ke)學家把鑭對作(zuo)物的(de)(de)作(zuo)用(yong)賦與“超級鈣”的(de)(de)美(mei)稱(cheng)。

　　鈰(Ce)

　　(1)目(mu)前正將鈰應(ying)用到汽車(che)尾(wei)氣(qi)(qi)凈化催化劑中，可有(you)效防止大量(liang)汽車(che)廢氣(qi)(qi)排到空氣(qi)(qi)中，美(mei)國在這方(fang)面的消(xiao)費量(liang)占稀土(tu)總消(xiao)費量(liang)的三分之一。

　　(2)Ce:LiSAF激(ji)光系(xi)統是美(mei)國研制出來(lai)的固體激(ji)光器(qi)，通過監測色氨酸濃度可用于(yu)探查(cha)生物武器(qi)，還(huan)可用于(yu)醫學上。

　　鐠(Pr)

　　鐠是用(yong)量較大(da)的稀(xi)土元素，大(da)量用(yong)于玻璃、陶瓷和磁性材料中。

　　(1)鐠(pu)被廣泛應用于建(jian)筑陶(tao)瓷和(he)日(ri)用陶(tao)瓷中，其與陶(tao)瓷釉(you)混合制成色釉(you)，也(ye)可單(dan)獨(du)作釉(you)下顏料，制成的顏料呈淡黃色，色調(diao)純正(zheng)、淡雅(ya)。

　　(2)用于制造永磁(ci)(ci)體。選(xuan)用廉(lian)價的鐠釹(nv)金屬(shu)代替純釹(nv)金屬(shu)制造永磁(ci)(ci)材料(liao)，其(qi)抗氧性(xing)能(neng)和機(ji)械性(xing)能(neng)明顯提高，可加(jia)工成各(ge)種形狀(zhuang)的磁(ci)(ci)體，廣泛(fan)應(ying)用于各(ge)類電子器件和馬達上;

　　(3)用于石(shi)油催(cui)化裂化。以鐠(pu)釹富集(ji)物的(de)形式加(jia)入Y型沸(fei)石(shi)分子篩中制(zhi)備石(shi)油裂化催(cui)化劑，可提高催(cui)化劑的(de)活性、選擇性和穩(wen)定性。我國70年代(dai)開始投入工業使用，用量不斷增大;

　　(4)鐠(pu)還(huan)可用于磨料(liao)拋光(guang)(guang)。另外，鐠(pu)在光(guang)(guang)纖領域的用途(tu)也(ye)越來(lai)越廣。

　　釹(Nd)

　　釹元(yuan)素憑借其在稀土領域中(zhong)的獨特地位(wei)，多年來成為市場(chang)關注的熱點。

　　(1)金屬釹的最大用(yong)戶是釹鐵硼永(yong)磁材料，釹鐵硼永(yong)磁體(ti)的問(wen)世，為(wei)稀(xi)土高科技領域(yu)注入了新的生機與活(huo)力。釹鐵硼磁體(ti)磁能積高，被稱作(zuo)當(dang)代“永(yong)磁之(zhi)王”，以其優異(yi)的性能廣泛用(yong)于電(dian)子、機械等行業。阿(a)爾法磁譜儀的研制成(cheng)功，標志著(zhu)我(wo)國釹鐵硼磁體(ti)的各項磁性能已(yi)跨(kua)入世界一流水(shui)平。

　　(2)釹(nv)還應(ying)用(yong)于有色(se)金(jin)屬材料。在(zai)鎂或鋁合(he)金(jin)中添加(jia)1.5%～2.5%釹(nv)，可提(ti)高合(he)金(jin)的(de)高溫性能、氣密性和(he)耐腐蝕性，廣(guang)泛用(yong)作航(hang)空航(hang)天(tian)材料。另外(wai)，摻釹(nv)的(de)釔(yi)鋁石榴石產生短(duan)波激(ji)光束，在(zai)工(gong)業上廣(guang)泛用(yong)于厚度(du)在(zai)10mm以(yi)下(xia)薄型(xing)材料的(de)焊接(jie)和(he)切削。

　　钷(Pm)

　　钷為核反(fan)應(ying)堆生產的(de)人(ren)造放射性元素(su)，钷的(de)主(zhu)要用途有：

　　(1)可作(zuo)熱源，為真空探測和(he)人造衛星(xing)提供輔助能量。

　　(2)Pm147放出(chu)能量低的(de)β射線，用于制(zhi)造钷電(dian)(dian)池，作為(wei)導(dao)彈制(zhi)導(dao)儀器及鐘表的(de)電(dian)(dian)源。此種電(dian)(dian)池體積小，能連續使用數年之久(jiu)。此外(wai)，钷還用于便攜式(shi)X-射線儀、制(zhi)備熒光粉(fen)、度(du)量厚度(du)以(yi)及航標燈中。

　　02

　　中稀土組元素

　　釤(Sm)

　　釤呈淺黃色，是做釤鈷(gu)系永磁體(ti)的原(yuan)料，釤鈷(gu)磁體(ti)是最早得到工業應(ying)用的稀土磁體(ti)。這(zhe)種永磁體(ti)有SmCo5系和Sm2Co17系兩類(lei)。

　　釤鈷磁體(ti)所用的(de)氧(yang)化釤的(de)純度不需(xu)太(tai)高，從成本方面考(kao)慮(lv)，主要使用95%左右的(de)產(chan)(chan)品。此(ci)外(wai)，氧(yang)化釤還用于陶瓷電(dian)容器和(he)催化劑方面。另外(wai)，釤還具有核(he)性質，可用作原(yuan)子(zi)能反應堆的(de)結(jie)構(gou)材料(liao)，屏敝材料(liao)和(he)控制材料(liao)，使核(he)裂變產(chan)(chan)生(sheng)巨大的(de)能量得以(yi)安全(quan)利用。

　　銪(Eu)

　　氧化(hua)銪(you)大(da)部分用(yong)于熒光(guang)粉(fen)。Eu3+用(yong)于紅(hong)色熒光(guang)粉(fen)的(de)激活劑，Eu2+用(yong)于藍色熒光(guang)粉(fen)。現在Y2OS:Eu3+是發光(guang)效(xiao)(xiao)率、涂敷穩(wen)定性、回收(shou)成(cheng)本等最好的(de)熒光(guang)粉(fen)，再加上(shang)對(dui)(dui)提高發光(guang)效(xiao)(xiao)率和(he)對(dui)(dui)比度等技術(shu)的(de)改進(jin)，故(gu)正在被(bei)廣泛應用(yong)。

　　釓(Gd)

　　釓(ga)的主要(yao)用途有：

　　(1)其水溶(rong)性(xing)順磁絡合物在醫療上可提高人體的核磁共振(NMR)成像(xiang)信號。

　　(2)其硫氧化物可(ke)用作特殊亮(liang)度的示波管(guan)和x射線熒(ying)光屏的基質柵網。

　　(3)在(zai)釓(ga)鎵石(shi)榴石(shi)中的釓(ga)對于(yu)磁泡記(ji)憶存儲器是理想的單基片。

　　鋱(Tb)

　　鋱的應用(yong)大(da)多涉(she)及高技術(shu)領(ling)域，是技術(shu)密集(ji)、知識密集(ji)型的尖(jian)端項目，其主(zhu)要應用(yong)領(ling)域有：

　　(1)熒光粉用于三(san)基(ji)色(se)熒光粉中的(de)綠粉的(de)激活劑，如(ru)鋱激活的(de)磷(lin)酸鹽基(ji)質、硅(gui)酸鹽基(ji)質、鈰鎂鋁(lv)酸鹽基(ji)質，在激發狀態下均發出綠色(se)光。

　　(2)磁光(guang)貯存材料，近(jin)年來鋱系磁光(guang)材料已(yi)達(da)到大量生產(chan)的規模，用(yong)Tb-Fe非晶態薄膜(mo)研(yan)制的磁光(guang)光(guang)盤(pan)，作計算(suan)機存儲(chu)元件，存儲(chu)能(neng)力(li)提(ti)高10～15倍。

　　(3)磁(ci)光玻(bo)璃(li)，含鋱的(de)(de)法(fa)拉(la)第旋光玻(bo)璃(li)是制造在激光技(ji)術中廣(guang)泛應用(yong)的(de)(de)旋轉器、隔離器和環(huan)形器的(de)(de)關鍵材料。

　　鏑(Dy)

　　鏑最主要的用(yong)途是：

　　(1)作(zuo)為釹鐵硼(peng)系永磁體的添加劑使用，在這種(zhong)磁體中添加2%~3%左右的鏑，可提高(gao)其矯頑力。過去鏑的需(xu)求量不大，但隨著(zhu)釹鐵硼(peng)磁體需(xu)求的增(zeng)加，它成(cheng)為必(bi)要的添加元素。

　　(2)鏑(di)用(yong)作熒光粉激(ji)(ji)活劑，三(san)價(jia)鏑(di)是一種(zhong)有前途(tu)的單發光中(zhong)心三(san)基色發光材(cai)料的激(ji)(ji)活離子，它(ta)主要由兩個(ge)發射(she)帶組成，一為(wei)黃光發射(she)，另(ling)一為(wei)藍光發射(she)，摻鏑(di)的發光材(cai)料可作為(wei)三(san)基色熒光粉。

　　(3)鏑是制備(bei)大(da)磁致伸縮合金鋱鏑鐵(tie)(Terfenol)合金的(de)必(bi)要的(de)金屬原(yuan)料，能使一些機械運動的(de)精密活動得以(yi)實(shi)現(xian)。

　　(4)鏑(di)金屬可用(yong)做磁(ci)光存貯材(cai)料，具(ju)有較(jiao)高的記(ji)錄速度和讀數敏(min)感度。

　　03

　　重稀土組元素

　　鈥(Ho)

　　目前鈥的主要(yao)用(yong)途有：

　　(1)用(yong)作金屬鹵(lu)素(su)燈(deng)添(tian)加劑。金屬鹵(lu)素(su)燈(deng)是(shi)一種氣(qi)體(ti)放(fang)電(dian)燈(deng)，它(ta)是(shi)在高(gao)壓(ya)汞燈(deng)基(ji)礎(chu)上發展(zhan)起(qi)來(lai)的，其特點是(shi)在燈(deng)泡里(li)充有各種不同的稀土鹵(lu)化物。

　　(2)鈥可以用作(zuo)釔(yi)(yi)鐵或釔(yi)(yi)鋁石榴石的(de)添加劑。

　　(3)摻鈥的釔鋁石(shi)榴石(shi)(Ho:YAG)可(ke)發射2μm激光(guang)，人體(ti)組織對2μm激光(guang)吸收率高，幾(ji)乎比Hd:YAG高3個數量級。所以(yi)用Ho:YAG激光(guang)器進行醫療手(shou)(shou)術時，不但可(ke)以(yi)提(ti)高手(shou)(shou)術效率和精度(du)，而且可(ke)使熱損傷(shang)區域減至更(geng)小。

　　鉺(Er)

　　鉺(er)的(de)光學性質非常(chang)突出(chu)，一直(zhi)是人們關注的(de)焦(jiao)點(dian)：

　　(1)Er3+在(zai)1550nm處的(de)光(guang)(guang)發射具有特殊意義，因為(wei)該波長(chang)正好位于(yu)光(guang)(guang)纖(xian)通訊的(de)光(guang)(guang)學纖(xian)維的(de)最低損失，鉺離子(Er3+)受到波長(chang)980nm、1480nm的(de)光(guang)(guang)激發后，從基(ji)態4I15/2躍遷至高能態4I13/2，當處于(yu)高能態的(de)Er3+再躍遷回至基(ji)態時(shi)發射出1550nm波長(chang)的(de)光(guang)(guang)，石(shi)英光(guang)(guang)纖(xian)可(ke)傳送各種不同波長(chang)的(de)光(guang)(guang)，但不同的(de)光(guang)(guang)光(guang)(guang)衰率(lv)不同，1550nm頻(pin)帶的(de)光(guang)(guang)在(zai)石(shi)英光(guang)(guang)纖(xian)中傳輸時(shi)光(guang)(guang)衰減率(lv)最低(0.15dB/km)，幾乎為(wei)下限極限衰減率(lv)。

　　(2)另外摻鉺的(de)激(ji)(ji)光晶體及其輸出的(de)1730nm激(ji)(ji)光和1550nm激(ji)(ji)光對人(ren)的(de)眼(yan)(yan)睛安全(quan)(quan)，大氣傳輸性(xing)能較(jiao)好，對戰場的(de)硝煙穿透(tou)能力(li)較(jiao)強(qiang)，保密(mi)性(xing)好，不易被敵(di)人(ren)探測，照射(she)軍事目標的(de)對比度較(jiao)大，已制成軍事上(shang)用的(de)對人(ren)眼(yan)(yan)安全(quan)(quan)的(de)便(bian)攜(xie)式激(ji)(ji)光測距(ju)儀。

　　(3)Er3+加入到玻璃中可制成稀土玻璃激(ji)光材料(liao)(liao)，是(shi)目(mu)前輸出(chu)脈(mo)沖(chong)能量最(zui)大(da)、輸出(chu)功率最(zui)高的(de)固(gu)體(ti)激(ji)光材料(liao)(liao)。

　　銩(Tm)

　　銩的(de)主(zhu)要用(yong)途有以下幾個方面：

　　(1)銩(diu)用(yong)作醫用(yong)輕便X光機射(she)線源，銩(diu)在核反應堆內(nei)輻照(zhao)后(hou)產生(sheng)一種能發射(she)X射(she)線的同(tong)位素，可用(yong)來制造便攜式(shi)血液輻照(zhao)儀。

　　(2)銩元素還可以應用于(yu)臨床診斷和治療腫瘤，因為它對腫瘤組織具(ju)有較高的(de)親(qin)合(he)(he)性，重稀土比(bi)輕(qing)稀土親(qin)合(he)(he)性更大，尤其(qi)以銩元素的(de)親(qin)合(he)(he)力最(zui)大。

　　(3)銩在X射線增(zeng)感(gan)屏(ping)用熒光粉中(zhong)做(zuo)激活(huo)劑LaO-Br:Br(藍(lan)色)，達到增(zeng)強光學(xue)靈敏度的目的，從而降低(di)了X射線對(dui)人的照射和危害，與以前鎢酸鈣(gai)增(zeng)感(gan)屏(ping)相比可降低(di)X射線劑量50%，這在醫學(xue)應用上具(ju)有重要意義。

　　鐿(Yb)

　　鐿的主(zhu)要(yao)用途有(you)：

　　(1)作熱屏蔽涂層材料。

　　(2)作磁(ci)致伸縮材(cai)料(liao)，這種(zhong)材(cai)料(liao)具有(you)超磁(ci)致伸縮性即在磁(ci)場中膨(peng)脹的(de)特性。

　　(3)用于測定(ding)壓力的鐿元(yuan)件，試驗證明，鐿元(yuan)件在標定(ding)的壓力范圍(wei)內靈(ling)敏度高，為(wei)鐿在壓力測定(ding)應(ying)用方面開(kai)辟了一個(ge)新(xin)途徑。

　　镥(Lu)

　　镥的主要用途有：

　　(1)制造某些特殊合金，例如镥(lu)鋁合金可用于中子活(huo)化分析。

　　(2)穩定的镥核素在石油(you)裂化、烷(wan)基化、氫化和聚(ju)合反應中起催化作(zuo)用。

　　(3)作釔鐵(tie)或釔鋁石榴石的(de)添加元(yuan)素，改(gai)善某些性能。

　　釔(Y)

　　釔是一種用途廣泛的金屬，主要(yao)用途有(you)：

　　(1)鋼(gang)鐵及有色合(he)金的添加劑。

　　(2)含釔6%和(he)鋁2%的氮(dan)化(hua)硅(gui)陶瓷(ci)材料，可(ke)用來研制發動機部件;

　　(3)用功率為(wei)400W的釹釔鋁石(shi)(shi)榴石(shi)(shi)激光束可對大(da)型構件進行鉆孔、切削和(he)焊接(jie)等機械加工。

　　04

　　稀散元素

　　鈧(Sc)

　　(1)照明(ming)(ming)行業。比較有趣的是，鈧的用(yong)途(作為主要工(gong)作物質(zhi)，而不是用(yong)于摻雜的)都(dou)集中在很光明(ming)(ming)的方向(xiang)，稱他為光明(ming)(ming)之子也不為過。如鈧鈉燈、太陽能(neng)光電池、γ射線源等。

　　(2)單質形式的鈧，已經(jing)被大量(liang)應用于鋁合金的摻雜。

　　(3)單質的鈧一般應用(yong)于合金(jin)，而(er)鈧的氧化(hua)(hua)物也是(shi)物以類聚地在(zai)陶瓷材(cai)料(liao)上面起到了重要的作(zuo)用(yong)。像可以用(yong)作(zuo)固體氧化(hua)(hua)物燃(ran)料(liao)電池(chi)電極材(cai)料(liao)，還(huan)可用(yong)作(zuo)像高強度，耐高溫(wen)的工程陶瓷材(cai)料(liao)氮化(hua)(hua)硅做增(zeng)密劑和穩定劑。

　　(4)在高溫反應堆核燃料中加入少量Sc2O3可避免因UO2向U3O8轉化發(fa)生的(de)晶格轉變(bian)、體(ti)積增(zeng)大和出現裂紋。

　　稀(xi)土元素已廣泛應用于電(dian)子(zi)、石油化工(gong)、冶金、機械(xie)、能源、輕工(gong)、環境(jing)保護(hu)、農業等領域。我們(men)國家(jia)擁有豐富的稀(xi)土礦產資(zi)源，成礦條件優(you)越，堪稱得天獨厚(hou)，探(tan)明的儲量(liang)居世界之首，為(wei)發展中國稀(xi)土工(gong)業提供了(le)堅(jian)實的基礎。目前較為(wei)緊(jin)迫的任務就是進一步提高(gao)稀(xi)土材料的加工(gong)合成技術，避免國外憑借領先我們(men)的技術用我們(men)的稀(xi)土材料賺我們(men)的錢(qian)。

　　參考資料：

　　[1]秦威(wei).淺談稀土元素在(zai)陶瓷行業(ye)中的應用

　　[2]董世(shi)知.稀(xi)土氧(yang)化(hua)物在(zai)陶瓷(ci)涂層(ceng)中的應用(yong)

　　[3]尹(yin)月.稀土(tu)氧化物在陶瓷材料中的應用硏究新進展

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