稀土元素的應用

1、一、鐲元素的應用現狀及存在問題翎的應用非常廣泛，應用于各種合金材料、貯氫材料、 熱電材料、磁阻材料、發(fā)光材料、屏蔽涂料、光學玻璃等。 它也應用到制備許多有機化工產品的催化劑中。在農業(yè)上， 有科學家把翎對農作物的作用賦與“超級鈣”的美稱。1、傳統(tǒng)應用(1)鋼鐵改質劑金屬翎加入鋼中可脫硫和脫氧，可細化晶粒，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)，防止雜質元素破壞 球化作用。由于鋼鐵在各個領域應用廣泛，金屬翎在鋼、鑄 鐵等高性能產品發(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，利用蒸氣壓差可真 空蒸儲分離提純制備金

2、屬彩、金屬鏤等高蒸氣壓金屬，該工 藝簡單，污染少。(3)石油煉制催化劑為了從原油中獲得更多的汽油、柴油等輕質油，必須在石油精煉加工中對重質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，可使輕質油收率提高4%,使催化劑壽命延長2倍，煉油成本降低20%,并使 裂化裝置生產能力提高 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,可延長使用壽命400-500 倍。翎作為固體電解質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，可用于強核輻射護目鏡、光通訊調制器、全息記錄等。2、應用于新型材料(1)光學玻璃光學玻璃中應用翎既是經典用途，也是目前主要應用領 域之一。翎系光學玻璃具有高折射率和低色散的優(yōu)良光學特 性，可簡化光學儀器鏡頭、消除球差、色差和像質畸變，擴 大視場角，提高鑒辨率和成像質量，已廣泛用于航空攝像機、 高檔相機、高檔望遠鏡、高倍顯微鏡、變焦鏡頭、廣角鏡頭 和潛望鏡頭等方面，已成為光學精密儀器和設備不可缺少的 鏡頭材料。(2)儲氫材料La-Ni系列合金儲氫能力好，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%,也可用作有機合成的加氫或脫氫反應的催化 劑。利用其吸氫放熱、呼氫吸熱的本領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極材料。電池容量高，壽命長，可反復充放電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、便攜式辦公設備和電動工具等方面。最有發(fā)展前 景的是用于汽車、摩托車的動力電池。(3)磁致冷材料磁致冷是指以磁性材料為介質的一種全新的制冷技術， 其中La-Fe系化合物具有優(yōu)良的磁致冷效應

5、，是目前最有希 望實現實用化的室溫磁致冷材料，但其二元合金不穩(wěn)定。國 內外研究重點是該系列合金的制備工藝，期望制備由經濟適 用的磁致冷材料。(4)屏蔽涂料電磁輻射是信息化社會的一個重要污染源，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電磁波屏蔽 效能高，但阻抗比銀系列的高，而添加稀土可調節(jié)其電磁參 數，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，提高了涂層的導電性和電磁屏蔽性(5)過共晶合金變質劑鋁、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 熱膨脹系數及優(yōu)良的鑄造性能等。稀土翎作為變質劑加入這

6、 一類過共晶合金中，可有效細化晶粒，大幅度提高材料的耐 磨及耐溫性，拓寬鋁、鎂合金的應用領域。(6)農業(yè)翎元素在促進種子萌發(fā)， 增加作物產量、改良作物品質、 提高作物抗逆性等方面起作用。富翎稀土無機和有機鹽應該 是農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。英國舍勒制藥集團公司研 制的新藥一磷酸鹽結合劑主成份為碳酸翎，可用于治療腎病 患者透析時伴發(fā)的高磷血癥，則具有良好的安全性，適合長 期使用。我國研究員陳興安等人進行的小鼠實驗表明：檸檬 酸翎可明顯提高免疫力， 抑癌率高達62.7 ,很有希望用作防 治癌癥和艾滋病的藥物。4、存在問題我國翎資源豐富，價格相對便宜，但金

7、屬翎制備及高純 化工藝報道較少，且高純金屬翎尚未大規(guī)模開發(fā)，影響其進 一步的應用研究。目前我國面臨著經濟結構的轉型，對新的 高性能功能材料和結構材料的需求將不斷增加。未來稀土金 屬的制備和開發(fā)研究應著重于開發(fā)高純稀土金屬新的應用 領域，加強表面拋光、電磁屏蔽等材料的研究。鈾元素的應用及存在問題許應用領域非常廣泛，幾乎所有的稀土應用領域中都含 有鈾。如拋光粉、儲氫材料、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，現已被大 量應用于汽車玻璃。不僅能防紫外線，還可降低車內溫度， 從而節(jié)約空調用電。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稀土發(fā)光材料。2、汽車尾氣凈化劑目前正將鈾應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、鎘等對環(huán)境和人類有害的金屬應用 到顏料中，可對塑料著色，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、細化晶粒、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 國研制的Ce:LiSAF激光系統(tǒng)固體激光器，通過監(jiān)測色氨酸 濃度可用于探查生物武器，還可用于醫(yī)學。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、農用鈾作為植物生長調節(jié)劑，可以改善農作物品質，增加產 量并提高作物抗逆性；用作飼料添加劑，可以提高禽類的產 蛋率和魚蝦養(yǎng)殖的成活率，還可改善羊的羊毛質量。7、存在的問題在生產鈾中，需進一步提高和完善電解鈾生產技術裝備 水平，創(chuàng)新大型化電解槽；提高產品質量，降低成本推動應 用發(fā)展；加強鈾的應用研究，開拓應用新領域，增加國內用量；繼續(xù)擴大

10、由口量，占領國際市場，提高企業(yè)效益。切元素的應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 技領域中獲得了較好的應用，并取得明顯的技術及經濟效 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。現在是 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必右的產品。如用燒結法或粘結法可生產 SmCQ, SmCoI7和SmFei7N x等三類重要永 磁體。目前，我國SmCo

11、Sm2Coi7和SmFei7N x等均已達到工 業(yè)化生產水平。彩永磁材料主要用于軍工高技術及民用工業(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)，可達到體積小，重量輕，使行波器對衛(wèi)星導航。用于消除機械 摩擦的磁軸承，可達體積小型化，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的小型和微型馬達，用于汽車和自動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備 如微波主揚聲器等。2、在鋼和鐵中的應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 格高而生產中很少用。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）打火機的引火石和各種玩具的 發(fā)火石等。目前我國生產該合金每年有幾百噸，供應于國內及由口用，發(fā)展態(tài)勢較好。據不完全統(tǒng)計，我國發(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，焊槍點火器和火矩點火裝置等。4、在有色金屬中的應用在鑄造鋁合金中加入彩（0.08-0.2% ）后，對合金起著變質作用?？山档脱酢⒘蚝蜌涞暮?，從而提高了合金的強度，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 A l -RE合金。其用于制造高壓電纜線 ，可提高導電率，抗腐 蝕性，延展性，熱穩(wěn)定性和耐疲勞性等。使輸電線更有技術及 經濟價值。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后可起變質和細化晶粒的作用，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。從而改善了銅的機械性和加工性，使銅更有利用的價值。5、在原子能工業(yè)中的應用彩還具有核的性質，可用作原子能反應堆的結構材料， 屏敝材料和控制材料，使核裂變產生巨大的能量得以安全利 用。此外彩的氧化物（Sm2Q）可用于核子反應堆上的陶瓷保護 層的組分，或用于控制原子鍋爐中的核反應 ，效果很好。 6、存在的主要問題根據多年彩的生產，應用和市場等方面的發(fā)展狀況，有 下列幾個問題需要進行討論，以促進我國彩品業(yè)的快速進

15、 展。（1）目前國內生產彩的還原設備的生產容量較小，使彩 產品單位產量不大，造成需求量快增時，必須使用很多臺還原爐設備才能滿足要求，這會引起設備投資大，作業(yè)繁雜，因此，實現還原設備大型化，增加產量，滿足市場的需要。（2）我國生產杉產品僅利用還原蒸播法，此法產量小，設備繁雜，過程作業(yè)麻煩，產品成本高。為了解決存在的問題 ，應該進一 步研制新的生產技術和設備。 （3）雖然我國彩的產量和用量 有所發(fā)展，但彩的用量增長較慢，應用的領域及范圍較窄。今后，除主要用于永磁材料外，還應該加強在功能材料，高 新技術和軍工尖端技術等應用的研究工作，并盡快將成果轉為生產力。鋰元素的應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 作金屬的凈化變質劑，也可用做石油、化工和環(huán)保催化劑還 被用于農牧養(yǎng)殖等方面。但軋也具有自己一些獨特的個性： 如特殊的磁性、光性和核性質，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。軋也可用于長余輝熒光 粉。用軋的乳磷酸鹽還可制造發(fā)光薄膜。3、軋在用于磁制冷方面將很有應用前景。用軋鹽經磁化制冷可獲得接近絕對零度的超低溫。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 會產生破壞大氣層的氟里昂冰箱。1977年美國采用金屬軋研制由人類第一臺使用超導磁體的室溫磁制冷原理機，效率可 達60%,而傳統(tǒng)的氟里昂制冷機效率只能達到25%-40 %o這種磁致冷機不僅效率高， 而且不排放任何污染物， 噪音低， 如能實現商業(yè)化生產，將會給氧化軋帶來廣闊的市場。2001年底又研制由永磁體室溫磁制冷冰箱展示機、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 藍色激光器，可產生440 nm藍色激光，屬于全固態(tài)激光器， 具有結構簡單、體積小、牢固耐用、價格適宜等特點，在高 密度數據存儲、彩色印刷、水底通訊等諸多方面有著廣泛的 應用。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)射系數大、發(fā)射穩(wěn)定性好、易于加工、抗暴露大氣能力好，可應用于磁控管陰極材料領域。軋的硫氧化物可用作特殊亮 度的示波管和x射線熒光屏的基質柵網。6、軋在醫(yī)療上的應用軋的水溶性順磁絡合物在醫(yī)療上可提高人體的核磁共振波譜儀（NMR）成像信號。含軋造影劑已被廣泛用于普 通核磁共振（MRI）增強檢查核磁共振血管造影 （MRA）, 含軋造影劑經靜脈