一個國家的稀土消耗量，就可以判斷一個國家的工業(yè)水平，任何高，精，尖的材料，原件，設(shè)備都離不開稀有金屬。為什么同樣是鋼材，別人就比你耐腐蝕？同樣是機(jī)床主軸，別人就比你耐用精確？同樣是單晶，別人就能達(dá)到1650°的高溫？為什么別人的玻璃折射率這么高？為什么豐田能做到世界最高汽車熱效率41%？這些統(tǒng)統(tǒng)都跟稀有金屬的應(yīng)用有關(guān)系。

    接下來小編會整理一系列的文章，重點(diǎn)介紹一下稀土金屬的應(yīng)用以及其起到的關(guān)鍵性的作用。

    稀土金屬（rare earth metals）又稱稀土元素，稀有金屬，是元素周期表ⅢB族中鈧、釔、鑭系17種元素的總稱，常用R或RE表示。鈧和釔因?yàn)榻?jīng)常與鑭系元素在礦床中共生，且具有相似的化學(xué)性質(zhì)，故被認(rèn)為是稀土元素。

    與其名稱暗示的不同，稀土元素（钷除外）在地殼中的豐度相當(dāng)高，其中鈰在地殼元素豐度排名第25，占0.0068%（與銅接近）。然而，由于其地球化學(xué)性質(zhì)，稀土元素很少富集到經(jīng)濟(jì)上可以開采的程度。稀土元素的名稱正是源自其匱乏性。人類第一種發(fā)現(xiàn)的稀土礦物是從瑞典伊特比村的礦山中提取出的硅鈹釔礦，許多稀土元素的名稱正源自于此地。

    它們的名稱和化學(xué)符號是鈧（Sc）、釔（Y）、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）。它們的原子序數(shù)是21（Sc）、39（Y）、57（La）到71（Lu）。

    稀土元素的發(fā)現(xiàn)史

    1787年瑞典人阿倫尼烏斯（C.A. Arrhenius）在斯德哥爾摩附近的于特比 （Ytterby）小鎮(zhèn)上找到一種不尋常的稀土金屬黑色礦石，1794年芬蘭人加多林（J.Gadolin）從中分離出一種新的物質(zhì)。三年后（1797），瑞典人埃克貝里（A.G.Ekeberg）證實(shí)了這一發(fā)現(xiàn)，并以發(fā)現(xiàn)地名給新的物質(zhì)命名為yttria（釔土）。后來為了紀(jì)念加多林，稱這種礦石為gadolinite（加多林礦，即硅鈹釔礦）。1803年德國化學(xué)家克拉普羅特（M.H.Klaproth）、瑞典化學(xué)家貝采利烏斯（J.J.Berzelius）和希辛格爾（W. Hisinger）分別從一種礦石（鈰硅礦）中發(fā)現(xiàn)了一種新的物質(zhì)──鈰土（ceria）。1839年瑞典人穆桑德爾（C.G. Mosander）發(fā)現(xiàn)了鑭。1843年穆桑德爾又發(fā)現(xiàn)了鋱和鉺。1878年瑞士人馬里納克發(fā)現(xiàn)了鐿。1879年法國人布瓦博德朗發(fā)現(xiàn)了釤，瑞典人克利夫 （P.T.Cleve）發(fā)現(xiàn)了鈥和銩，瑞典人尼爾松（L.F. Nilson）發(fā)現(xiàn)了鈧。1880年瑞士人馬里納克發(fā)現(xiàn)了釓。1885年奧地利人韋爾斯巴赫（A. von Wels-bach）發(fā)現(xiàn)了鐠和釹。1886年布瓦博德朗發(fā)現(xiàn)了鏑。1901年法國人德馬爾凱（E.A.Demarcay）發(fā)現(xiàn)了銪。1907年法國人于爾班（G.Urbain）發(fā)現(xiàn)了镥。1947年美國人馬林斯基（J.A.Marinsky）等從鈾裂變產(chǎn)物中得到钷。從1794年加多林分離出釔土至1947年制得钷，歷時(shí)150多年。

    稀土元素的應(yīng)用

    稀土元素被譽(yù)為“工業(yè)的維生素”，具有無法取代的優(yōu)異磁、光、電性能，對改善產(chǎn)品性能，增加產(chǎn)品品種，提高生產(chǎn)效率起到了巨大的作用。由于稀土作用大，用量少，已成為改進(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、提高科技含量、促進(jìn)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的重要元素，被廣泛應(yīng)用到了冶金、軍事、石油化工、玻璃陶瓷、農(nóng)業(yè)和新材料等領(lǐng)域。

    冶金工業(yè)

    稀土在冶金領(lǐng)域應(yīng)用已有30多年的歷史，目前已形成了較為成熟的技術(shù)與工藝，稀土在鋼鐵、有色金屬中的應(yīng)用，是一個量大面廣的領(lǐng)域，有廣闊的前景。稀土金屬或氟化物、硅化物加入鋼中，能起到精煉、脫硫、中和低熔點(diǎn)有害雜質(zhì)的作用，并可以改善鋼的加工性能；稀土硅鐵合金、稀土硅鎂合金作為球化劑生產(chǎn)稀土球墨鑄鐵，由于這種球墨鑄鐵特別適用于生產(chǎn)有特殊要求的復(fù)雜球鐵件，被廣泛用于汽車、拖拉機(jī)、柴油機(jī)等機(jī)械制造業(yè)；稀土金屬添加至鎂、鋁、銅、鋅、鎳等有色合金中，可以改善合金的物理化學(xué)性能，并提高合金室溫及高溫機(jī)械性能。

    軍事領(lǐng)域

    由于稀土具有優(yōu)良的光電磁等物理特性，能與其他材料組成性能各異、品種繁多的新型材料，能大幅度提高其他產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。因此有“工業(yè)黃金”之稱。首先，稀土的加入可以大幅度提高用于制造坦克、飛機(jī)、導(dǎo)彈的鋼材、鋁合金、鎂合金、鈦合金的戰(zhàn)術(shù)性能。另外，稀土還可以用作電子、激光、核工業(yè)、超導(dǎo)等諸多高科技的潤滑劑。稀土科技一旦用于軍事，必然帶來軍事科技的躍升。從一定意義上說，美軍在冷戰(zhàn)后幾次局部戰(zhàn)爭中壓倒性控制，以及能夠?qū)橙怂翢o忌憚地公開殺戮，正源于其稀土科技超人一等。

    石油化工

    稀土在石油化工領(lǐng)域可以用來制成分子篩催化劑，具有活性高、選擇性好、抗重金屬中毒能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因而取代了硅酸鋁催化劑用于石油催化裂化過程；在合成氨生產(chǎn)過程中，用少量的硝酸稀土作助催化劑，其處理氣量比鎳鋁催化劑大1.5倍；在合成順丁橡膠和異戊橡膠過程中，采用環(huán)烷酸稀土-三異丁基鋁型催化劑，所獲得的產(chǎn)品性能優(yōu)良，具有設(shè)備掛膠少，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，后處理工序短等優(yōu)點(diǎn)；復(fù)合稀土氧化物還可以用作內(nèi)燃機(jī)尾氣凈化催化劑，環(huán)烷酸鈰還可用作油漆催干劑等。

    玻璃陶瓷

    我國玻璃與陶瓷工業(yè)中的稀土應(yīng)用量自1988年以來平均以25%的速度遞增，1998年已達(dá)約1600噸，稀土玻璃陶瓷既是工業(yè)和生活的傳統(tǒng)基礎(chǔ)材料，又是高科技領(lǐng)域的主要成員。稀土氧化物或經(jīng)過加工處理的稀土精礦，可作為拋光粉廣泛用于光學(xué)玻璃、眼鏡片、顯像管、示波管、平板玻璃、塑料及金屬餐具的拋光；在熔制玻璃過程中，可利用二氧化鈰對鐵有很強(qiáng)的氧化作用，降低玻璃中的鐵含量，以達(dá)到脫除玻璃中綠色的目的；添加稀土氧化物可以制得不同用途的光學(xué)玻璃和特種玻璃，其中包括能通過紅外線、吸收紫外線的玻璃、耐酸及耐熱的玻璃、防X-射線的玻璃等；在陶釉和瓷釉中添加稀土，可以減輕釉的碎裂性，并能使制品呈現(xiàn)不同的顏色和光澤，被廣泛用于陶瓷工業(yè)。

    農(nóng)業(yè)方面

    研究結(jié)果表明，稀土元素可以提高植物的葉綠素含量，增強(qiáng)光合作用，促進(jìn)根系發(fā)育，增加根系對養(yǎng)分吸收。稀土還能促進(jìn)種子萌發(fā)，提高種子發(fā)芽率，促進(jìn)幼苗生長。除了以上主要作用外，還具有使某些作物增強(qiáng)抗病、抗寒、抗旱的能力。大量的研究還表明，使用適當(dāng)濃度稀土元素能促進(jìn)植物對養(yǎng)分的吸收、轉(zhuǎn)化和利用。噴施稀土可使蘋果和柑橘果實(shí)的Vc含量、總糖含量、糖酸比均有所提高，促進(jìn)果實(shí)著色和早熟。并可抑制貯藏過程中呼吸強(qiáng)度，降低腐爛率。

    新材料領(lǐng)域

    稀土釹鐵硼永磁材料，具有高剩磁、高矯頑力和高磁能積等特性，被廣泛用于電子及航天工業(yè)和驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機(jī)（特別適合海上發(fā)電場）；純稀土氧化物和三氧化二鐵化合而成的石榴石型鐵氧體單晶及多晶，可用于微波與電子工業(yè)；用高純氧化釹制作的釔鋁石榴石和釹玻璃，可作為固體激光材料；稀土六硼化物可用于制作電子發(fā)射的陰極材料；鑭鎳金屬是70年代新發(fā)展起來的貯氫材料；鉻酸鑭是高溫?zé)犭姴牧希划?dāng)前世界各國采用鋇釔銅氧元素改進(jìn)的鋇基氧化物制作的超導(dǎo)材料，可在液氮溫區(qū)獲得超導(dǎo)體，使超導(dǎo)材料的研制取得了突破性進(jìn)展。此外，稀土還以熒光粉、增感屏熒光粉、三基色熒光粉、復(fù)印燈粉等方式廣泛用于照明光源（但由于稀土價(jià)格上漲導(dǎo)致成本較高，因此在照明上的應(yīng)用逐漸減少），投影電視平板電腦等電子產(chǎn)品；在農(nóng)業(yè)方面，向田間作物施用微量的硝酸稀土，可使其產(chǎn)量增加5~10%；在輕紡工業(yè)中，稀土氯化物還廣泛用于鞣制毛皮、皮毛染色、毛線染色及地毯染色等方面；稀土用于汽車催化轉(zhuǎn)換器中可以將主要污染物在發(fā)動機(jī)排氣時(shí)將氣體成無毒的化合物。

    其他應(yīng)用

    稀土元素還被應(yīng)用于各種各樣的數(shù)碼產(chǎn)品包括視聽、攝影、通訊多種數(shù)碼設(shè)備，滿足了產(chǎn)品更小、更快、更輕便、使用時(shí)間更長、節(jié)能等多項(xiàng)要求。同時(shí)，還被應(yīng)用到了綠色能源、醫(yī)療、凈水、交通等多個領(lǐng)域。

    稀土產(chǎn)業(yè)鏈

    稀土產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽鈭D：

    17種稀土元素的應(yīng)用領(lǐng)域分別如下圖所示：

    按下游應(yīng)用劃分，消費(fèi)比例如下：

更多關(guān)于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國內(nèi)外最新動態(tài)，我們網(wǎng)站會不斷更新。希望大家一直關(guān)注中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)http://www.ecorr.org

責(zé)任編輯：龐雪潔

《中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)電子期刊》征訂啟事

投稿聯(lián)系：編輯部

電話：010-62313558-806

郵箱：fsfhzy666@163.com

中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)官方 QQ群：140808414