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工业的维生素:1文搞懂17种稀土元素和用途

2019-9-12 16:15|发布者:西独欧阳风|查看:282|评论: 0

摘要: 工业的维生素:1文搞懂17种稀土元素和用途

一个常用的比喻是,如果说石油是工业的血液,那稀土就是工业的维生素。

稀土是一组金属的简称,稀土元素(Rare Earth Elements,REE)从18世纪末叶开始陆续被发现,共有17种,包括化学元素周期表中的15种镧系元素——镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu),以及与镧系元素密切相关的两个元素钪(Sc)和钇(Y),目前已被广泛应用于电子、石化、冶金等众多领域。几乎每隔3-5年,科学家们就能够发现稀土的新用途,每六项发明中,就有一项离不开稀土。


1文搞懂17种稀土元素和用途,实在太全了,稀土是工业的维生素


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中国稀土矿藏丰富,雄踞着三个世界第一:资源储量第一,占23%左右;产量第一,占世界稀土商品量的80%至90%;销售量第一,60%至70%的稀土产品出口到国外。同时,中国还是唯一一个能够提供全部17种稀土金属的国家,特别是军事用途极其突出的中重稀土,中国占有的份额让人艳羡。


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稀土是宝贵的战略资源,有"工业味精""新材料之母"之称,广泛应用于尖端科技领域和军工领域。据工业和信息化部介绍,目前稀土永磁、发光、储氢、催化等功能材料已是先进装备制造业、新能源、新兴产业等高新技术产业不可缺少的原材料,还广泛应用于电子、石油化工、冶金、机械、新能源、轻工、环境保护、农业等。。

早在1983年,日本就出台了稀有矿产战略储备制度,其国内83%的稀土来自中国。

再看美国,它的稀土储量仅次于中国,但是他的稀土都是轻稀土,稀土分为重稀土和轻稀土,重稀土是很贵重的,轻稀土开采起来很不合算,被业内人士成为假稀土,美国稀土进口量的80%来自中国。

邓小平同志曾说:"中东有石油,中国有稀土。"其话语的弦外之音不言而喻。稀土不但是世界上1/5高科技产品必备的"味精",更是未来中国在世界谈判桌上的一张强有力的底牌筹码。保护并科学利用好稀土资源,不让宝贵的稀土资源盲目贱卖出口西方国家,成为近年来诸多仁人志士呼吁的一项国家战略。邓小平在1992年就一语道明了中国稀土大国的地位。

17种稀土用途一览

1 镧用于合金材料和农用薄膜

2 铈大量应用于汽车玻璃

3 镨广泛应用于陶瓷颜料

4 钕广泛用于航空航天材料

5 钷为卫星提供辅助能量

6 钐应用于原子能反应堆

7 铕制造镜片和液晶显示屏

8 钆用于医疗核磁共振成像

9 铽用于飞机机翼调节器

10 铒军事上用于激光测距仪

11 镝用于电影、印刷等照明光源

12 钬用于制作光通讯器件

13 铥用于临床诊断和治疗肿瘤

14 镱电脑记忆元件添加剂

15 镥用于能源电池技术

16 钇制造电线和飞机受力构件

17 钪常用于制造合金

详细情况如下:

1

镧(La)


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在海湾战争中,加入稀土元素镧的夜视仪成为美军坦克压倒性优势的来源。上图为氯化镧粉末。(资料图)

 

镧的应用非常广泛,如应用于压电材料、电热材料、热电材料、磁阻材料、发光材料(兰粉)、贮氢材料、光学玻璃、激光材料、各种合金材料等。镧也应用到制备许多有机化工产品的催化剂中,光转换农用薄膜也用到镧,在国外,科学家把镧对作物的作用赋与"超级钙"的美称。

2

铈(Ce)

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铈可作催化剂、电弧电极、特种玻璃等。铈的合金耐高热,可以用来制造喷气推进器零件。(资料图)

(1)铈作为玻璃添加剂,能吸收紫外线与红外线,现已被大量应用于汽车玻璃。不仅能防紫外线,还可降低车内温度,从而节约空调用电。从1997年起,日本汽车玻璃全加入氧化铈,1996年用于汽车玻璃的氧化铈至少有2000吨,美国约1000多吨。

(2)目前正将铈应用到汽车尾气净化催化剂中,可有效防止大量汽车废气排到空气中美国在这方面的消费量占稀土总消费量的三分之一。

(3)硫化铈可以取代铅、镉等对环境和人类有害的金属应用到颜料中,可对塑料着色,也可用于涂料、油墨和纸张等行业。目前领先的是法国罗纳普朗克公司。

(4)Ce:LiSAF激光系统是美国研制出来的固体激光器,通过监测色氨酸浓度可用于探查生物武器,还可用于医学。铈应用领域非常广泛,几乎所有的稀土应用领域中都含有铈。如抛光粉、储氢材料、热电材料、铈钨电极、陶瓷电容器、压电陶瓷、铈碳化硅磨料、燃料电池原料、汽油催化剂、某些永磁材料、各种合金钢及有色金属等。

3

镨(Pr)


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镨钕合金(资料图)

(1)镨被广泛应用于建筑陶瓷和日用陶瓷中,其与陶瓷釉混合制成色釉,也可单独作釉下颜料,制成的颜料呈淡黄色,色调纯正、淡雅。

(2)用于制造永磁体。选用廉价的镨钕金属代替纯钕金属制造永磁材料,其抗氧性能和机械性能明显提高,可加工成各种形状的磁体。广泛应用于各类电子器件和马达上。

(3)用于石油催化裂化。以镨钕富集物的形式加入Y型沸石分子筛中制备石油裂化催化剂,可提高催化剂的活性、选择性和稳定性。我国70年代开始投入工业使用,用量不断增大。

(4)镨还可用于磨料抛光。另外,镨在光纤领域的用途也越来越广。

4

钕(Nd)

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为什么M1坦克能做到先敌发现?因为该坦克装备的掺钕钇铝石榴石的激光测距机,在晴朗的白天可以达到近4000米的观瞄距离。(资料图)

伴随着镨元素的诞生,钕元素也应运而生,钕元素的到来活跃了稀土领域,在稀土领域中扮演着重要角色,并且左右着稀土市场。

钕元素凭借其在稀土领域中的独特地位,多年来成为市场关注的热点。金属钕的最大用户是钕铁硼永磁材料。钕铁硼永磁体的问世,为稀土高科技领域注入了新的生机与活力。钕铁硼磁体磁能积高,被称作当代"永磁之王",以其优异的性能广泛用于电子、机械等行业。阿尔法磁谱仪的研制成功,标志着我国钕铁硼磁体的各项磁性能已跨入世界一流水平。钕还应用于有色金属材料。在镁或铝合金中添加1.5~2.5%钕,可提高合金的高温性能、气密性和耐腐蚀性,广泛用作航空航天材料。另外,掺钕的钇铝石榴石产生短波激光束,在工业上广泛用于厚度在10mm以下薄型材料的焊接和切削。在医疗上,掺钕钇铝石榴石激光器代替手术刀用于摘除手术或消毒创伤口。钕也用于玻璃和陶瓷材料的着色以及橡胶制品的添加剂。

5

钷(Pm)


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钷为核反应堆生产的人造放射性元素(资料图)

(1)可作热源。为真空探测和人造卫星提供辅助能量。

(2)Pm147放出能量低的β射线,用于制造钷电池。作为导弹制导仪器及钟表的电源。此种电池体积小,能连续使用数年之久。此外,钷还用于便携式X-射线仪、制备荧光粉、度量厚度以及航标灯中。

6

钐(Sm)


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金属钐(资料图)

钐呈浅黄色,是做钐钴系永磁体的原料,钐钴磁体是最早得到工业应用的稀土磁体。这种永磁体有SmCo5系和Sm2Co17系两类。70年代前期发明了SmCo5系,后期发明了Sm2Co17系。现在是以后者的需求为主。钐钴磁体所用的氧化钐的纯度不需太高,从成本方面考虑,主要使用95%左右的产品。此外,氧化钐还用于陶瓷电容器和催化剂方面。另外,钐还具有核性质,可用作原子能反应堆的结构材料,屏敝材料和控制材料,使核裂变产生巨大的能量得以安全利用。

7

铕(Eu)


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氧化铕粉末(资料图)

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氧化铕大部分用于荧光粉(资料图)


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