稀土元素的應(yīng)用

1、一、鐲元素的應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問題翎的應(yīng)用非常廣泛，應(yīng)用于各種合金材料、貯氫材料、 熱電材料、磁阻材料、發(fā)光材料、屏蔽涂料、光學(xué)玻璃等。 它也應(yīng)用到制備許多有機(jī)化工產(chǎn)品的催化劑中。在農(nóng)業(yè)上， 有科學(xué)家把翎對(duì)農(nóng)作物的作用賦與“超級(jí)鈣”的美稱。1、傳統(tǒng)應(yīng)用(1)鋼鐵改質(zhì)劑金屬翎加入鋼中可脫硫和脫氧，可細(xì)化晶粒，形成微合 金并改變夾雜物的形態(tài)及分布，提高抗氫脆和抗腐蝕能力； 加入到鐵中可凈化鐵水，改變石墨形態(tài)，防止雜質(zhì)元素破壞 球化作用。由于鋼鐵在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，金屬翎在鋼、鑄 鐵等高性能產(chǎn)品發(fā)展過程中均扮演著重要的色。(2)還原劑金屬翎與氧在高溫下發(fā)生還原反應(yīng)，利用蒸氣壓差可真 空蒸儲(chǔ)分離提純制備金

2、屬彩、金屬鏤等高蒸氣壓金屬，該工 藝簡(jiǎn)單，污染少。(3)石油煉制催化劑為了從原油中獲得更多的汽油、柴油等輕質(zhì)油，必須在石油精煉加工中對(duì)重質(zhì)油采用催化裂化處理，就必需使用石油裂化催化劑，稀土分子篩裂化催化劑比不含稀土的催 化劑催化活性和熱穩(wěn)定性均有明顯提高，可使輕質(zhì)油收率提高4%,使催化劑壽命延長(zhǎng)2倍，煉油成本降低20%,并使 裂化裝置生產(chǎn)能力提高 30%-50%(4)功能陶瓷翎在功能陶瓷材料中具有特別好的應(yīng)用前景；如在鈦酸 銀(BaTiO3)電容器陶瓷中加入氧化翎,可明顯提高電容器的 穩(wěn)定性和使用壽命，加入1%氧化翎,可延長(zhǎng)使用壽命400-500 倍。翎作為固體電解質(zhì)可用于固體氧化物燃料電池。

3、他們都 具有良好的抗斷裂韌性、熱穩(wěn)定性和抗循環(huán)疲勞性。把翎作 為主成分加入培鈦酸鉛制備 (Pb, La)(Zr,Ti)O3,即電光陶瓷，可用于強(qiáng)核輻射護(hù)目鏡、光通訊調(diào)制器、全息記錄等。2、應(yīng)用于新型材料(1)光學(xué)玻璃光學(xué)玻璃中應(yīng)用翎既是經(jīng)典用途，也是目前主要應(yīng)用領(lǐng) 域之一。翎系光學(xué)玻璃具有高折射率和低色散的優(yōu)良光學(xué)特 性，可簡(jiǎn)化光學(xué)儀器鏡頭、消除球差、色差和像質(zhì)畸變，擴(kuò) 大視場(chǎng)角，提高鑒辨率和成像質(zhì)量，已廣泛用于航空攝像機(jī)、 高檔相機(jī)、高檔望遠(yuǎn)鏡、高倍顯微鏡、變焦鏡頭、廣角鏡頭 和潛望鏡頭等方面，已成為光學(xué)精密儀器和設(shè)備不可缺少的 鏡頭材料。(2)儲(chǔ)氫材料La-Ni系列合金儲(chǔ)氫能力好，不易粉化

4、。每公斤可貯存氫約160升，可使高壓貯氫鋼瓶體積縮小到1/4。利用其可以“呼吸”氫氣的特性，可以把純度為99.999%的氫氣提純到99.99999%,也可用作有機(jī)合成的加氫或脫氫反應(yīng)的催化 劑。利用其吸氫放熱、呼氫吸熱的本領(lǐng)可以把熱量從低溫向 高溫傳送。目前這種貯氫材料的最大用途是用于稀土銀氫電池的負(fù)極材料。電池容量高，壽命長(zhǎng)，可反復(fù)充放電500次以上，屬于環(huán)保型綠色電池。稀土鎮(zhèn)氫電池目前已廣泛用于 手提電腦、便攜式辦公設(shè)備和電動(dòng)工具等方面。最有發(fā)展前 景的是用于汽車、摩托車的動(dòng)力電池。(3)磁致冷材料磁致冷是指以磁性材料為介質(zhì)的一種全新的制冷技術(shù)， 其中La-Fe系化合物具有優(yōu)良的磁致冷效應(yīng)

5、，是目前最有希 望實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的室溫磁致冷材料，但其二元合金不穩(wěn)定。國(guó) 內(nèi)外研究重點(diǎn)是該系列合金的制備工藝，期望制備由經(jīng)濟(jì)適 用的磁致冷材料。(4)屏蔽涂料電磁輻射是信息化社會(huì)的一個(gè)重要污染源，屏蔽是抗電 磁干擾最有效的方法之一。銅系電磁屏蔽涂料對(duì)電磁波屏蔽 效能高，但阻抗比銀系列的高，而添加稀土可調(diào)節(jié)其電磁參 數(shù)，降低阻抗，提高屏蔽性。在銅系電磁屏蔽涂料中添加翎， 制備C u L a系涂料，提高了涂層的導(dǎo)電性和電磁屏蔽性(5)過共晶合金變質(zhì)劑鋁、鎂等有色金屬一般不用于摩擦大、溫度高等惡劣 條件，但與其他元素形成的過共晶合金則具有高耐磨性、低 熱膨脹系數(shù)及優(yōu)良的鑄造性能等。稀土翎作為變質(zhì)劑加入這

6、 一類過共晶合金中，可有效細(xì)化晶粒，大幅度提高材料的耐 磨及耐溫性，拓寬鋁、鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域。(6)農(nóng)業(yè)翎元素在促進(jìn)種子萌發(fā)， 增加作物產(chǎn)量、改良作物品質(zhì)、 提高作物抗逆性等方面起作用。富翎稀土無(wú)機(jī)和有機(jī)鹽應(yīng)該 是農(nóng)用和飼料添加劑用稀土的理想材料。(7)醫(yī)療翎用于醫(yī)藥也有廣闊的前景。英國(guó)舍勒制藥集團(tuán)公司研 制的新藥一磷酸鹽結(jié)合劑主成份為碳酸翎，可用于治療腎病 患者透析時(shí)伴發(fā)的高磷血癥，則具有良好的安全性，適合長(zhǎng) 期使用。我國(guó)研究員陳興安等人進(jìn)行的小鼠實(shí)驗(yàn)表明：檸檬 酸翎可明顯提高免疫力， 抑癌率高達(dá)62.7 ,很有希望用作防 治癌癥和艾滋病的藥物。4、存在問題我國(guó)翎資源豐富，價(jià)格相對(duì)便宜，但金

7、屬翎制備及高純 化工藝報(bào)道較少，且高純金屬翎尚未大規(guī)模開發(fā)，影響其進(jìn) 一步的應(yīng)用研究。目前我國(guó)面臨著經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型，對(duì)新的 高性能功能材料和結(jié)構(gòu)材料的需求將不斷增加。未來稀土金 屬的制備和開發(fā)研究應(yīng)著重于開發(fā)高純稀土金屬新的應(yīng)用 領(lǐng)域，加強(qiáng)表面拋光、電磁屏蔽等材料的研究。鈾元素的應(yīng)用及存在問題許應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，幾乎所有的稀土應(yīng)用領(lǐng)域中都含 有鈾。如拋光粉、儲(chǔ)氫材料、熒光粉、顏料、壓電陶瓷、鐘 碳化硅磨料、鈉鴇電極、某些永磁材料、各種合金鋼及有色 金屬等。1、玻璃添加劑鈾作為玻璃添加劑，能吸收紫外線與紅外線，現(xiàn)已被大 量應(yīng)用于汽車玻璃。不僅能防紫外線，還可降低車內(nèi)溫度， 從而節(jié)約空調(diào)用電。氧化

8、鈉用于玻璃脫色、玻璃著色、澄清 劑、拋光劑，高純氧化鈉也用于生產(chǎn)稀土發(fā)光材料。2、汽車尾氣凈化劑目前正將鈾應(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。氧化鈾還能于氧化鈦制成光催化 劑，用于抗菌陶瓷和富氧離子環(huán)保涂料。3、硫化鈾顏料硫化鈾可以取代鉛、鎘等對(duì)環(huán)境和人類有害的金屬應(yīng)用 到顏料中，可對(duì)塑料著色，也可用于涂料、油墨和紙張等行業(yè)。富鈾輕稀土鹽還用于油漆催干劑、PVC塑料穩(wěn)定劑和 MC尼龍改性劑。4、冶金領(lǐng)域球化劑用鈾處理鑄鐵可以獲得球墨鑄鐵，稀土硅鐵鎂合金用 作球化劑，應(yīng)用于球墨鑄鐵及硅墨鑄鐵，鈾混合稀土金屬還 廣泛用于稀土處理鋼（脫硫、脫氧、變形 ）、稀土電工鋁和 稀

9、土鑄造鎂合金（凈化變質(zhì)、細(xì)化晶粒、合金化）。5、特殊功能材料熒光劑氧化鈉用于制造燈用三基色熒光粉的鋁粉；美 國(guó)研制的Ce:LiSAF激光系統(tǒng)固體激光器，通過監(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)。金屬鈉還可以制 造永磁材料，鈉鴇電極代替放射性電極等。6、農(nóng)用鈾作為植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，可以改善農(nóng)作物品質(zhì)，增加產(chǎn) 量并提高作物抗逆性；用作飼料添加劑，可以提高禽類的產(chǎn) 蛋率和魚蝦養(yǎng)殖的成活率，還可改善羊的羊毛質(zhì)量。7、存在的問題在生產(chǎn)鈾中，需進(jìn)一步提高和完善電解鈾生產(chǎn)技術(shù)裝備 水平，創(chuàng)新大型化電解槽；提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本推動(dòng)應(yīng) 用發(fā)展；加強(qiáng)鈾的應(yīng)用研究，開拓應(yīng)用新領(lǐng)域，增加國(guó)內(nèi)用量；繼續(xù)擴(kuò)大

10、由口量，占領(lǐng)國(guó)際市場(chǎng)，提高企業(yè)效益。切元素的應(yīng)用及存在問題多年來，金屬彩在民用和軍用工業(yè)中,特別是在高科 技領(lǐng)域中獲得了較好的應(yīng)用，并取得明顯的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)效 果。氧化衫還用于陶瓷電容器和催化劑方面。1、在永磁材料中的應(yīng)用彩是做彩鉆系永磁體的原料，彩鉆磁體是最早得到工業(yè)應(yīng)用的稀土磁體。這種永磁體有SmCo系和SmCoi7系兩類。70年代前期發(fā)明了 SmCo系，后期發(fā)明了 SmCoi7系?，F(xiàn)在是 以后者的需求為主。彩鉆磁體所用的氧化鈔的純度不需太高，從成本方面考慮，主要使用95必右的產(chǎn)品。如用燒結(jié)法或粘結(jié)法可生產(chǎn) SmCQ, SmCoI7和SmFei7N x等三類重要永 磁體。目前，我國(guó)SmCo

11、Sm2Coi7和SmFei7N x等均已達(dá)到工 業(yè)化生產(chǎn)水平。彩永磁材料主要用于軍工高技術(shù)及民用工業(yè)兩方面。在軍工上用于行波器和環(huán)行器。前者是作為電子束聚焦環(huán)，可達(dá)到體積小，重量輕，使行波器對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航。用于消除機(jī)械 摩擦的磁軸承，可達(dá)體積小型化，適用于航空飛行器和陀 螺儀。在民用工業(yè)上代替鐵氧體制造定子磁場(chǎng)的小型和微型馬達(dá)，用于汽車和自動(dòng)儀表中的電極效率高及力矩大，重量 和體積小。由于 SmC理能量密度大可制成磁體閥門，降低泄 露，故可用于核電站的密封閥門。用于通訊和傳輸電子設(shè)備 如微波主揚(yáng)聲器等。2、在鋼和鐵中的應(yīng)用彩在煉鋼和煉鐵過程中可作為凈化劑用?？擅撗醭?，生成Sm 2Q和SmSS,從

12、而提高鋼及鐵的性能。但由于彩價(jià) 格高而生產(chǎn)中很少用。目前多用含彩1.2%的混合稀土金屬加入鋼液中除氧除硫，效果較好。3、在發(fā)火合金（火石）中的應(yīng)用發(fā)火合金是由混合稀土金屬（含Sm 1.3% ）與Fe及少量的 M g, Zn, A l, Cu等制成的（R E : 7580% , Fe : 15 18%,其他為Mg, Zn等），這種發(fā)火合金的發(fā)火率A 85%, 主要用于民用（作火石用）打火機(jī)的引火石和各種玩具的 發(fā)火石等。目前我國(guó)生產(chǎn)該合金每年有幾百噸，供應(yīng)于國(guó)內(nèi)及由口用，發(fā)展態(tài)勢(shì)較好。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)發(fā)火合金用 RE 約400t,其中含鈔為510t左右。但由于彩在總稀土中含量 少，價(jià)又高，故近

13、年來用R E制成發(fā)火合金中,先把R E中 的彩離由來，更好地使用彩的價(jià)值。此外，還有一些含鈔的 發(fā)火合金用于工業(yè)汽燈，焊槍點(diǎn)火器和火矩點(diǎn)火裝置等。4、在有色金屬中的應(yīng)用在鑄造鋁合金中加入彩（0.08-0.2% ）后，對(duì)合金起著變質(zhì)作用。可降低氧、硫和氫的含量，從而提高了合金的強(qiáng)度，延伸率，熱穩(wěn)定性，耐蝕性，鑄造性能和可塑性等，使合金 更可利用。在Al 2。電解中，加入了混合碳酸稀土后可生產(chǎn) A l -RE合金。其用于制造高壓電纜線 ，可提高導(dǎo)電率，抗腐 蝕性，延展性，熱穩(wěn)定性和耐疲勞性等。使輸電線更有技術(shù)及 經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在 A l- R E 合金中含Sm約1.2%。止匕外，A l-R E合金還可

14、用于制造各種日常生活的鋁制品。在Cu中加入Sm后可起變質(zhì)和細(xì)化晶粒的作用，使含鈔的銅提高了使用性 能。如在 Cu中可生成 SmCu, SmC副口 SmCu的金屬間化合物 而起著微合金化作用。從而改善了銅的機(jī)械性和加工性，使銅更有利用的價(jià)值。5、在原子能工業(yè)中的應(yīng)用彩還具有核的性質(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。此外彩的氧化物（Sm2Q）可用于核子反應(yīng)堆上的陶瓷保護(hù) 層的組分，或用于控制原子鍋爐中的核反應(yīng) ，效果很好。 6、存在的主要問題根據(jù)多年彩的生產(chǎn)，應(yīng)用和市場(chǎng)等方面的發(fā)展?fàn)顩r，有 下列幾個(gè)問題需要進(jìn)行討論，以促進(jìn)我國(guó)彩品業(yè)的快速進(jìn)

15、 展。（1）目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)彩的還原設(shè)備的生產(chǎn)容量較小，使彩 產(chǎn)品單位產(chǎn)量不大，造成需求量快增時(shí)，必須使用很多臺(tái)還原爐設(shè)備才能滿足要求，這會(huì)引起設(shè)備投資大，作業(yè)繁雜，因此，實(shí)現(xiàn)還原設(shè)備大型化，增加產(chǎn)量，滿足市場(chǎng)的需要。（2）我國(guó)生產(chǎn)杉產(chǎn)品僅利用還原蒸播法，此法產(chǎn)量小，設(shè)備繁雜，過程作業(yè)麻煩，產(chǎn)品成本高。為了解決存在的問題 ，應(yīng)該進(jìn)一 步研制新的生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備。 （3）雖然我國(guó)彩的產(chǎn)量和用量 有所發(fā)展，但彩的用量增長(zhǎng)較慢，應(yīng)用的領(lǐng)域及范圍較窄。今后，除主要用于永磁材料外，還應(yīng)該加強(qiáng)在功能材料，高 新技術(shù)和軍工尖端技術(shù)等應(yīng)用的研究工作，并盡快將成果轉(zhuǎn)為生產(chǎn)力。鋰元素的應(yīng)用及存在問題軋和其他稀土元素一樣

16、，屬于活潑性金屬，擁有相似的 化學(xué)共性。作為混合稀土使用，可以同翎鈾等輕稀土一起用 作金屬的凈化變質(zhì)劑，也可用做石油、化工和環(huán)保催化劑還 被用于農(nóng)牧養(yǎng)殖等方面。但軋也具有自己一些獨(dú)特的個(gè)性： 如特殊的磁性、光性和核性質(zhì)，有許多特殊的用途。1、金屬軋可用作彩鉆磁體的添加劑。金屬軋?zhí)砑釉谙⊥劣来朋w中，能使磁體性能不隨外界溫 度的改變而變。氧化軋具有多種用途。 氧化軋與翎一起使用, 有助于玻璃化區(qū)域的變化和提高玻璃的熱穩(wěn)定性。另外，氧 化軋還可用于制造電容器、 x射線增感屏。2、用氧化軋能制得多種紅色熒光粉。在用億和箱制造的紅色熒光粉中加入氧化軋，發(fā)光效率 高，顏色鮮艷，穩(wěn)定性好，不但可用于熒光燈，

17、而且可用于 等離子體顯示器件和陰極射線管中。軋也可用于長(zhǎng)余輝熒光 粉。用軋的乳磷酸鹽還可制造發(fā)光薄膜。3、軋?jiān)谟糜诖胖评浞矫鎸⒑苡袘?yīng)用前景。用軋鹽經(jīng)磁化制冷可獲得接近絕對(duì)零度的超低溫。目前 人們感興趣的是要制備由室溫（高溫）磁制冷系統(tǒng)，以取代 會(huì)產(chǎn)生破壞大氣層的氟里昂冰箱。1977年美國(guó)采用金屬軋研制由人類第一臺(tái)使用超導(dǎo)磁體的室溫磁制冷原理機(jī)，效率可 達(dá)60%,而傳統(tǒng)的氟里昂制冷機(jī)效率只能達(dá)到25%-40 %o這種磁致冷機(jī)不僅效率高， 而且不排放任何污染物， 噪音低， 如能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，將會(huì)給氧化軋帶來廣闊的市場(chǎng)。2001年底又研制由永磁體室溫磁制冷冰箱展示機(jī)、4、軋用于激光材料用摻鉉硼酸軋

18、鋁晶體制造的激光二極管泵浦的自倍頻 藍(lán)色激光器，可產(chǎn)生440 nm藍(lán)色激光，屬于全固態(tài)激光器， 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、牢固耐用、價(jià)格適宜等特點(diǎn)，在高 密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、彩色印刷、水底通訊等諸多方面有著廣泛的 應(yīng)用。5、金屬軋用于陰極發(fā)射材料金屬軋和翎億一起用于難熔金屬的鋁次極發(fā)射材料，發(fā)射系數(shù)大、發(fā)射穩(wěn)定性好、易于加工、抗暴露大氣能力好，可應(yīng)用于磁控管陰極材料領(lǐng)域。軋的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)。6、軋?jiān)卺t(yī)療上的應(yīng)用軋的水溶性順磁絡(luò)合物在醫(yī)療上可提高人體的核磁共振波譜儀（NMR）成像信號(hào)。含軋?jiān)煊皠┮驯粡V泛用于普 通核磁共振（MRI）增強(qiáng)檢查核磁共振血管造影 （MRA）, 含軋?jiān)煊皠┙?jīng)靜脈