稀土材料的应用简介

稀土矿的应用简介

一、稀土矿的简介

1、稀土的发现史

从1794年发现元素钇，到1945年在铀的裂变物质中获得钷，前后经过151年的时间，人们才将元素周期表中第三副族的钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥17个性质相近的元素全部找到，把它们列为一个家族，取名稀土元素。我国稀土品种全，17种元素除钷尚未发现天然矿物，其余16种稀土元素均已发现矿物、矿石。2、资源储量分布

我国稀土矿产主要集中在内蒙古白云鄂博铁-铌、稀土矿区，其稀土储量占全国稀土总储量的90%以上，是我国轻稀土主要生产基地。即轻稀土主要分布在北方地区，重稀土则主要分布在南方地区，尤其是在南岭地区分布可观的离子吸附型中稀土、重稀土矿，易采、易提取，已成为我国重要的中、重稀土生产基地。此外，在南方地区还有风化壳型和海滨沉积型砂矿，有的富含磷钇矿(重稀土矿物原料)；在赣南一些脉钨矿床(如西华山、荡坪等)伴生磷钇矿、硅铍钇矿、钇萤石、氟碳钙钇矿、褐钇铌矿等重稀土矿物，在钨矿选冶过程中可综合回收，综合利用。

二、稀土的用途

稀土（RE）常被冠以“工业味精”的美誉。稀土元素因其具有独特的电子结构而表现出特殊的光、电、磁学等物理化学性质。无论是稀土金属还是其化合物都有良好的应用价值。1、传统领域中的稀土材料

（1）稀土在农轻工中的应用

稀土元素作为微量元素用于农业有2个优点：一是作为植物的生长、生理调节剂；二是稀土属低毒、非致癌物质，合理使用对人畜无害、环境无污染。如添加稀土元素的硝酸盐化合物作为微量元素化肥施用于农作物可起到生物化学酶或辅助酶的生物功效，具有增产效果。

纺织业中:铈组元素（Eu以前的镧系元素）的氯化物或醋酸盐可提高纺织品的耐水性，并使织物具有防腐、防蛀、防酸等性能。某些稀土化合物还可以作为皮革的着色剂或媒染剂，La、Ce、Nd的一些化合物可用作油漆的干燥剂，增强油漆的耐腐蚀性。

(2)稀土在冶炼工业中的应用

稀土元素对O、S和某些非金属具有强亲和力，利用这一特点，将稀土用于炼钢中能净化钢液，能起到脱S和脱O的作用，其原理是加入钢中的稀土能结合钢中可能生成的MnS、Al2O3和硅铝酸夹杂物中的O和S形成化合物。

钢的脱硫:在钢中添加混合稀土金属的目的之一是控制硫夹杂物的含量和形状。炼钢通常要添加锰，锰与硫结合形成硫化物夹杂物，这种夹杂物在轧钢时会变形。而添加混合稀土金属则能产生稀土的硫化物、硫氧化物，它们在轧钢时形状保持不变，使钢的性能得到改善。

稀土球墨铸铁:混合稀土金属以稀土硅铁合金或硅镁钛合金的形式加入铁不中促进石墨的球化，从而提高铸铁的可锻强度。产品称球墨铸铁。

打火石:混合稀土金属制造打火石，这是75%的混合稀土金属和25%的铁制成的一种合金。

有色金属合金中：稀土金属有色金属合金中也获得广泛应用。例如有一种稀土镁合金（含有Mg、Zn、Zr、La、Ce）可用于制造喷气式发动机的传动装置，直升飞机的变速箱，飞机的着陆轮和座舱罩。在镁合金中添加稀土金属优点是可提高其高温抗蠕变性，改善铸造性能和室温可焊性。有一种铝锆钇合金用作电线，其特点是输出功率高、耐热、耐振动和耐腐蚀。（3）稀土在炼油业中的应用

目前，世界上90%的炼油裂化装置都使用含稀土的催化剂，其中稀土分子筛型石油裂化

催化剂的应用最广，它具有活性高、选择性好、能提高汽油收率、降低炼油成本等特点，使原油出油率提高10%-20%。稀土分子筛裂化催化剂是用于石油裂化工艺中性能优良（催化活性大，产品收率高）的催化剂。这种催化剂多数用混合稀土氯化物与相应的钠型分子筛发生阳离子交换反应制成。

稀土金属元素的化合物作为催化剂还用于很多其他催化反应中。如将已除去铈的混合稀土金属元素的环烷酸盐溶于汽油中可用作合成戊橡胶工艺中的催化剂，这是我国首创的，又如为净化汽车废气而设计的汽车催化器中，能将一氧化碳和未燃烧尽的碳氢化合物减少到极低的水平，其中所用的催化剂LACOO3，有效地地催化CO、烃类的燃烧，其活性、寿命与铂基催化剂无甚差别，而价格则便宜得多。

（4）稀土在玻璃工业中的应用

镧玻璃：一种具有优良光学性质的镧玻璃，含氧化镧（La2O3）60%，氧化硼（B2O3）40%，具有高的折射率，低的色散和良好的化学稳定性。这种光学玻璃是制造高级照相机的镜头和潜望镜的镜头的不可缺少的光学材料。

玻璃脱色：采用稀土使玻璃脱色的原理涉及到铁的氧化态。玻璃中的二价铁杂质使玻璃显蓝色，它氧化成三价铁后则使玻璃显极浅黄色，颜色淡得多。二氧化铈是很好的玻璃脱色剂，因为铈（Ⅳ）具有强氧化性，能将二价铁氧化成三价铁，而它本身则还原成稳定的铈（Ⅲ），CeO2 Ce2O3都无色。

(5)稀土在陶瓷业中的应用

稀土氧化物可作为着色剂和添加剂用于陶瓷颜料和釉料。稀土氧化物如Ce2O3、Pm2O3、Er2O3和Nd2O3等用于陶瓷着色颜料中具有色彩鲜艳、稳定、耐高温性能好、遮盖力强、呈色均匀等优点，可用于陶瓷制品的釉上彩、釉下彩、瓷器色釉和精陶色釉。利用稀土可制得色彩丰富的颜料。此外，稀土氧化物如Y2O3、La2O3、Nd2O3等作为添加剂、稳定剂和烧结助剂作用于Al2O3、Si3N4、ZrO2等结构陶瓷和介电、压电、导电陶瓷等功能陶瓷能极大地优化其性能、改善陶瓷的烧结性、致密度及强度，降低生产成本。如以Y2O3、Dy2O3为主要原料制得的耐高温透明陶瓷比日用陶瓷和无线电陶瓷性能优良得多，可用于火箭的红外窗和高温炉窗，还可用于微波技术、点真空技术、激光技术等。

2、新材料领域中的稀土材料

稀土在新材料领域中的应用主要是以稀土高纯化合物为纽带，利用各种稀土功能材料制作成相关器具件。特点是稀土在其功能材料中既是主材料又是制成的器具件的核心部分，能使器具件性能更为优异又节能环保。

（1）稀土激光及发光材料

稀土在激光材料中的应用发展迅速，稀土元素如Pr、Nd、Sm、Eu、Tb等能作为激光材料的基体或激活物质，现已成为激光材料中的重要元素，约90%的激光材料都与稀土有关。常见的稀土激光材料有掺Nd的钇铝榴石晶体（Y2Al3O12：Nd3+）和钕玻璃。这种材料在激光照射时具有亮度高、相干性好等优点，广泛用于激光雷达、医疗、检测及防伪等方面。

荧光粉:在彩电的显像管中采用的性能优良的红基色荧光粉，以钇的化合物Y2O2S或Y2O3作基质，以铕Eu3+作激活剂。这种产生出红色基色的荧光粉的使用效果，远远比过去（1964年以前）使用的非稀土硫化物红色荧光粉为好。

（2）稀土磁性材料

有一种永磁材料——钕铁永磁合金，其磁能积达300千焦/立方米，比钐钴永磁合金（它在70年代取代昂贵的铂钴永磁体市场产生过重大影响）几乎高出一倍。然而钕铁永磁合金也有缺点，它在居里温度达3250℃左右，（钐钴永磁合金的是760℃左右），并且铁容易腐蚀。研究发现，把硼添加到钕铁永磁合金中可提高其磁能积和抗退磁的能力。这些性能优良的永磁材料用于飞机及宇宙航行器的仪表，精密仪器，微型电机等。

（3）稀土储氢材料

在合适的温度和压力下，五镍镧LaNi5合金能吸收氢分子：LaNi5+3H2=LaNi5H6冷却该合金时氢就被吸收，加热时就解吸，这提供了一种安全的储氢方法。已发现的类似的储氢材料还有CeNi5,LaMg17,La2Ni5Mg13等。这样的储氢材料在利用氢作燃料方面有潜在的应用前景。（4）稀土尾气催化材料

稀土尾气催化材料中采用的是La、Ce等稀土的化合物，Ce具有储氧功能，La在铂基催化剂中可替代铑以降低成本。研究证明，CeO2/Al2O3催化剂用于同时脱除烟气中的SO2和NO x，脱氮脱硫效率都大于90%。

（5）稀土抛光材料

稀土抛光粉以氧化铈为原料制得其主要成分为CeO2，另外还含有La203、Nd2O3、Pr6O11等混合稀土氧化物。稀土抛光材料具有粒度均匀、硬度适中、抛光效率高、抛光质量好、使用寿命长以及清洁环保等优点，广泛应用于平板玻璃、电视、电脑显示玻壳、眼镜片、光学玻璃、棱镜、镜头、集成电路基板、单晶片、LCD显示屏等制品的抛光。

（6）稀土超导材料

1986年，IBM苏黎世实验室的两位科学家J.D.Bednore和K.A.Miiller制得含稀土的陶瓷高温超导材料(Ba－La－Cu－O）。1987年科学家朱经武、赵忠贤又分别独立制得了第一

个不用液氦冷却，而用液氮冷却就能获得电阻为零的超导体钇钡铜氧化物（YBa2Cu3O7）。虽然在此之后又发现了20多种稀土高临界温度超导体，但迄今最实用的还是钇系超导体。

3、稀土材料发展的新动向

目前新型稀土材料的研发主要集中在以下几个方向：

（1）氧化物超微粒子。如平均粒度为2.6ｎｍ的氧化铈超微粒子作为紫外线阻挡剂既

能添加于玻璃中用于汽车抗ＵＶ车窗玻璃，也可应用于防晒类化妆品。

（2）稀土有机金属配合物。很多稀土金属配合物具有非常识的异常构造和化学反应性，因此在有机催化中受到特别的关注。如烯烃的加氢催化剂中所用的镥配合物具有很高的活性、乙烯重合催化剂用的镧配合物是一种最优良的催化剂。

（3）遗传和医学的应用技术。最近发现稀土离子对核酸、蛋白质、细胞内信息传导物质等一系列生物分子的化学变化有令人惊喜的催化作用。如采用Ce4+及配合物对DNA和RNA进行加水分解，其催化效率极为可观。随着进一步的研究，稀土离子对细胞内核酸的选择性切断有望用于治疗疾病，如杀死癌细胞等。此外，稀土颜料、稀土光录材料等也是研发的热点。