稀土元素資料匯總
第一篇
周期系ⅢB族中原子序數(shù)為21、39和57～71的17種化學元素的統(tǒng)稱。其中原子序數(shù)為57～ 71的15種化學元素又統(tǒng)稱為鑭系元素。稀土元素包括鈧、釔、鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥。通常把鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪稱為輕稀土元素；釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔稱為重稀土元素。稀土元素是歷史遺留下來的名稱，通常把不溶于水的固體氧化物叫做土，而在18世紀 ，這17種元素都是很稀少的尚未被大量發(fā)現(xiàn)，因而得名為稀土元素?，F(xiàn)已查明，它們并不稀少，特別是中國的稀土資源十分豐富，有開采價值的儲量占世界第一位。從1794年芬蘭J加多林從瑞典斯德哥爾摩附近的于特比鎮(zhèn)發(fā)現(xiàn)釔開始，一直到1947年美國JA馬林斯基從鈾的裂變產(chǎn)物中分離出钷，共經(jīng)歷150多年。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的稀土礦物有250種以上，最重要的有氟碳鈰鑭礦[（Ce，La）FCO3]、獨居石[CePO4，Th3（PO4）4]、磷釔石（YPO4）、黑稀金礦[(Y，Ce，Ca) (Nb，Ta，Ti)2O6]、硅鈹釔礦（Y2FeBe2Si2O10）、褐簾石[（Ca，Ce）2(Al，F(xiàn)e)3Si3O12]、鈰硅石[（Ce，Y，Pr）2Si2O7·H2O]。
第二篇
稀土元素是鑭系元素系稀土類元素群的總稱，包含鈧Sc、釔Y及鑭系中的鑭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，共17個元素。
“稀土”一詞是十八世紀沿用下來的名稱，因為當時用于提取這類元素的礦物比較稀少，而且獲得的氧化物難以熔化，也難以溶于水，也很難分離，其外觀酷似“土壤”，而稱之為稀土。稀土元素分為“輕稀土元素”和“重稀土元素”：
“輕稀土元素”指原子序數(shù)較小的鈧Sc、釔Y和鑭La、鈰Ce、鐠Pr、釹Nd、钷Pm、釤Sm、銪Eu。
“重稀土元素”原子序數(shù)比較大的釓Gd、鋱Tb、鏑Dy、鈥Ho、鉺Er、銩Tm、鐿Yb、镥Lu。
二、稀土資源及儲備狀況
由于稀土元素性質(zhì)活躍，使它成為親石元素，地殼中還沒有發(fā)現(xiàn)它的天然金屬無水或硫化物，最常見的是以復雜氧化物、含水或無水硅酸鹽、含水或無水磷酸鹽、磷硅酸鹽、氟碳酸鹽以及氟化物等形式存在。由于稀土元素的離子半徑、氧化態(tài)和所有其它元素都近似，因
此在礦物中它們常與其它元素一起共生。
我國稀土資源占世界稀土資源的80%，以氧化物(REO)計達3 600萬噸，遠景儲量實際是1億噸。
我國稀土資源分南北兩大塊。
——北方：輕稀土資源，集中在包頭白云鄂博特等地，以后在四川冕寧又有發(fā)現(xiàn)。主要含鑭、鈰、鐠、釹和少量釤、銪、釓等元素；
——南方：中重稀土資源，分布在江西、廣東、廣西、福建、湖南等省，以罕見的離子態(tài)賦存與花崗巖風化殼層中，主要含釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔和鑭、釹等元素。
我國的稀土工業(yè)也分為南北兩大生產(chǎn)體系。
——北方以包鋼稀土高科公司和甘肅稀土公司為軸心，構(gòu)成了以包頭稀土資源為主，四川資源為輔的輕稀土產(chǎn)品生產(chǎn)體系。骨干企業(yè)有核工業(yè)202廠、包頭鹿西羅納稀土有限公司、包頭市和發(fā)稀土廠、包頭市稀土冶煉廠、哈爾濱稀土材料廠、四川稀土材料廠、四川什邡吉大化工廠、安寧河稀土冶煉廠等。主要產(chǎn)品有稀土精礦、稀土硅鐵合金、混合稀土化合物、富集物、混合金屬等。稀土精礦的生產(chǎn)能力和處理、加工能力達50 000噸(REO—氧化物計算)。
——南方以上海躍龍有色金屬有限公司為龍頭，構(gòu)成了以江西、廣東兩省離子型稀土資源為主的中重稀土生產(chǎn)體系。骨干企業(yè)有廣州珠江冶煉廠、廣東陽江稀土廠、江蘇新威集團、江蘇溧陽方正稀土總廠、江陰加華稀土冶煉廠、江蘇江飛稀土冶煉廠、江西龍南稀土公司、江西尋烏稀土公司、江西省稀土公司、江西核工業(yè)713礦等。主要產(chǎn)品為各種高純單一稀土化合物和金屬、富集物、混合金屬和合金。分離總規(guī)模已超過10 000噸，并開始大規(guī)模加工分離北方輕稀土原料。
四、稀土元素的應用范圍
目前稀土元素的應用蓬勃發(fā)展，已擴展到科學技術(shù)的各個方面，尤其現(xiàn)代一些新型功能性材料的研制和應用，稀土元素已成為不可缺少的原料。
1、稀土元素在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中應用
——農(nóng)業(yè)領(lǐng)域：目前發(fā)展有稀土農(nóng)學、稀土土壤學、稀土植物生理學、稀土衛(wèi)生毒理學和稀土微量分析學等學科。稀土作為植物的生長、生理調(diào)節(jié)劑，對農(nóng)作物具有增產(chǎn)、改善品質(zhì)和抗逆性三大特征；同時稀土屬低毒物質(zhì)，對人畜無害，對環(huán)境無污染；合理使用稀土，可使農(nóng)作物增強抗旱、抗?jié)澈涂沟狗芰?。當前我國農(nóng)田施用稀土面積達5 000—7 000萬畝/年，為國家增產(chǎn)糧、棉、豆、油、糖等6—8億公斤，直接經(jīng)濟效益為10—15億元，年消費稀土1 100—1 200噸。
——冶金工業(yè)領(lǐng)域：稀土在冶金工業(yè)中應用量很大，約占稀土總用量的1/3。稀土元素容易與氧和硫生成高熔點且在高溫下塑性很小的氧化物、硫化物以及硫氧化合物等，鋼水中加入稀土，可起脫硫脫氧改變夾雜物形態(tài)作用，改善鋼的常、低溫韌性、斷裂性、減少某些鋼的熱脆性并能改善加熱工性和焊接件的牢固性。
稀土在鑄鐵中作為石墨球化劑、形核劑核對有害元素的控制劑，提高鑄件質(zhì)量，對鑄件的機械性能有很大改善，主要用于鋼錠模、軋錕、鑄管和異型件四個方面。
在有色合金方面應用，對以有色金屬為基的各種合金都有良好的作用，改善合金的物理和機械性能。應用最多的使鋁、鎂、銅三個系列。
——石油化工領(lǐng)域：稀土用于石油裂化工業(yè)中的稀土分子篩裂化催化劑，特點是活性高、選擇性好、汽油的生產(chǎn)率高。稀土在這方面的用量很大。
——玻璃工業(yè)領(lǐng)域：稀土在玻璃工業(yè)中有三個應用：玻璃著色、玻璃脫色和制備特種性能的玻璃。用于玻璃著色的稀土氧化物有釹(粉紅色并帶有紫色光澤)、鐠玻璃為綠色(制造濾光片)等；二氧化鈰可將玻璃中呈黃綠色的二價鐵氧化為三價而脫色，避免了過去使用砷氧化物的毒性，還可以加入氧化釹進行物理脫色；稀土特種玻璃如鈰玻璃(防輻射玻璃)、鑭玻璃(光學玻璃)。
——陶瓷工業(yè)領(lǐng)域：稀土可以加入陶瓷和瓷釉之中，減少釉和破裂并使其具有光澤。稀土更主要用做陶瓷的顏料，由于稀土元素有未充滿的4f電子，可以吸收或發(fā)射從紫外、可見到紅外光區(qū)不同波長的光，發(fā)射每種光區(qū)的范圍小，導致陶瓷的顏色更柔和、純正，色調(diào)新穎，光潔度好。如黃色、紫羅蘭色、綠色、桃紅色、橙色、棕色、黑色等。稀土氧化物可以制造耐高溫透明陶瓷(應用于激光等領(lǐng)域)、耐高溫坩堝(冶金)。
——電光源工業(yè)領(lǐng)域：稀土作為熒光燈的發(fā)光材料，是節(jié)能性的光源，特點是光效好、光色好、壽命長。比白熾燈可節(jié)電75—80%。
2、稀土元素在高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)中應用
——顯示器的發(fā)光材料：稀土元素中釔、銪是紅色熒光粉的主要原料，廣泛應用于彩色電視機、計算機及各種顯示器。目前，我國年產(chǎn)彩電紅粉300—400噸，計算機顯示器紅粉50—100噸，以滿足國產(chǎn)3 500萬支彩顯管和近百萬支顯示器的需求。
——磁性材料：釹、釤、鐠、鏑等是制造現(xiàn)代超級永磁材料的主要原料，其磁性高出普通永磁材料4—10倍，廣泛應用于電視機、電聲、醫(yī)療設備、磁懸浮列車及軍事工業(yè)等高新技術(shù)領(lǐng)域。據(jù)專家預測，本世紀末此類材料產(chǎn)值將達到35億美元。我市南開大學研究開發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的釹鐵硼永磁材料就屬此類，現(xiàn)正與肯達集團合作進行產(chǎn)業(yè)化。
——儲氫材料：稀土與過渡元素的金屬間化合物MMNi5(MM為混合稀土金屬)和LaNi5是優(yōu)良的吸氫材料，被稱為氫海綿。其最為成功的應用是制造二次電池——金屬氫化物電池，即鎳氫電池。其等體積充電容量是目前廣泛使用的鎳鎘電池的2倍，充放電循環(huán)壽命和輸出電壓與鎳鎘電池一樣，但沒有了鎘污染。我市南開大學在儲氫材料研究開發(fā)上有很大優(yōu)勢，通過863項目，和平海灣公司已開始了鎳氫電池產(chǎn)業(yè)化工作。
——激光材料：稀土離子是固體激光材料和無機液體激光材料的最主要的激活劑，其中以摻Nd3+的激光材料研究得最多，除釔鋁石榴石(YAG)、鋁酸釔(YAP)玻璃等基質(zhì)外，高稀土濃度激光材料可能稱為特殊應用的材料。
——精密陶瓷：氧化釔部分穩(wěn)定的氧化鎬是性能十分優(yōu)異的結(jié)構(gòu)陶瓷，可制作各種特殊用途的刀剪；可以制作汽車發(fā)動機，因其具有高導熱、低膨脹系數(shù)、熱穩(wěn)定性能好、在1650℃下工作強度不降低，導致發(fā)動機馬力大、省燃料等優(yōu)點。
——催化劑：稀土除用于制造石油裂化催化劑外，廣泛應用于很多化學反應，如稀土氧化物LaO3、Nd2O3和Sm2O3用于環(huán)己烷脫氫制苯，用LnCoO3代替鉑催化氧化氨制硝酸。并在合成異戊橡膠、順丁橡膠的生產(chǎn)中作為催化劑。
汽車尾氣需要將CH、CO氧化，對NOX進行還原處理，以解決目前城市空氣污染問題。稀土元素是汽車尾氣凈化催化劑的主要原料。我市化工研究院在這方面有很強的優(yōu)勢，可推動形成一個汽車尾氣凈化器產(chǎn)品。
——高溫超導材料：近幾年研究表明，許多單一稀土氧化物及其某些混合稀土氧化物是高溫超導材料的重要原料。一旦高溫超導材料進入實用，整個世界將起翻天覆地的變化。目前，我國在稀土超導材料的成材研究方面取得了有意義的突破。
第三篇
目錄
稀土元素是從比較稀少的礦物中發(fā)現(xiàn)的，“土”原指不溶于水的物質(zhì)，故稱稀土。英文Rare Earth Element(簡寫RE或R）。
稀土家族是來自鑭系的15個元素，加上與鑭系相關(guān)密切的鈧和釔共17種元素。它們是：鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、鈧、釔。你若想用中文呼喚這個家族的某個成員，不用管那貼在一旁的“金”，直接喊邊上的“名”，包你八九不離十。
稀土是一個神奇的家族。天然的稀土元素常常是結(jié)伴同行，人們必須想方設法才能把它們分離。人類在認知稀土的早期，常常在得到某種稀土元素時，卻不知道還有別的“頑皮”的元素隱藏其中，或者無法將不愿分手的伙伴分開。比如“鑭”就是在“鈰”中發(fā)現(xiàn)的，它的名字“La”就是希臘語“隱藏”一詞的縮寫。 “鐠釹”在希臘語中意為“雙生子”，“鐠釹”是在“鑭”中間發(fā)現(xiàn)的，而40年以后，它們才得以被分離成兩個元素，所以一個就叫“鐠”，另一個則取名“釹”。還有，“釤”是在“鐠釹”中發(fā)現(xiàn)的，“釓”又是在“釤”中發(fā)現(xiàn)的……。
由于特殊的原子結(jié)構(gòu)，稀土家族的成員非常的活潑，且個個身手不凡，魔力無邊。它們與其他元素結(jié)合，便可組成品類繁多、功能千變?nèi)f化、用途各異的新型材料，且性能翻番提高，被稱作當代的“工業(yè)味精”。
如：在超音速飛機中應用含稀土的АЦР1和ЖП207合金，可在400℃以下長期工作，它是現(xiàn)今高溫性能最好的合金之一，它的持久強度比一般鋁合金可提高1～2倍；
鋼中加入稀土后，制成的薄料橫向沖擊韌性提高50%以上，耐腐蝕性能提高60%，而每噸鋼只要加稀土300克左右，作用十分顯著，真可謂四兩撥千斤；
稀土添加在酸性紡織染料中，可以提高上染率、調(diào)整染料和纖維的親和力、提高染色牢度、改善纖維的色澤、外觀質(zhì)量及手感柔軟度、并可節(jié)約染料及減少環(huán)境污染和減輕勞動強度等；
稀土元素可以提高植物的葉綠素含量、增強光合作用、促進根系的發(fā)育和對養(yǎng)分的吸收。還能促進種子萌發(fā)、促進幼苗生長，還具有使作物增強抗病、抗寒、抗旱的能力；
用稀土钷作熱源，可為真空探測和人造衛(wèi)星提供輔助能量。钷電池可作為導彈制導儀器及鐘表的電源，此種電池體積小，能連續(xù)使用數(shù)年之久。
在今天的世界上，無論是航天、航空、軍事等高科技領(lǐng)域，還是人們的日常生活用品，無論工業(yè)、農(nóng)牧業(yè)、還是化學、生物學、醫(yī)藥，稀土的應用及其作用幾乎是無所不在，無所不能。
稀土元素的組成 （Rare Earth Element）
周期系ⅢB族中原子序數(shù)為21、39和57～71的17種化學元素的統(tǒng)稱。其中原子序數(shù)為57～ 71的15種化學元素又統(tǒng)稱為鑭系元素。稀土元素包括鈧、釔、鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥。通常把鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪稱為輕稀土元素[1]；釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔稱為重稀土元素。稀土元素是歷史遺留下來的名稱，通常把不溶于水的固體氧化物叫做土，而在18世紀 ，這17種元素都是很稀少的尚未被大量發(fā)現(xiàn)，因而得名為稀土元素?，F(xiàn)已查明，它們并不稀少，特別是中國的稀土資源十分豐富，有開采價值的儲量占世界第一位。從1794年芬蘭J加多林從瑞典斯德哥爾摩附近的于特比鎮(zhèn)發(fā)現(xiàn)釔開始，一直到1947年美國JA馬林斯基從鈾的裂變產(chǎn)物中分離出钷，共經(jīng)歷150多年。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的稀土礦物有250種以上，最重要的有氟碳鈰鑭礦[（Ce，La）FCO3]、獨居石[CePO4，Th3（PO4）4]、磷釔石（YPO4）、黑稀金礦[(Y，Ce，Ca) (Nb，Ta，Ti)2O6]、硅鈹釔礦（Y2FeBe2Si2O10）、褐簾石[（Ca，Ce）2(Al，F(xiàn)e)3Si3O12]、鈰硅石[（Ce，Y，Pr）2Si2O7·H2O]。
周期表中IIIB族鈧、釔和鑭系元素之總稱，包括鈧(Sc)、釔(Y)、鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Tb)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)。其中钷是人造放射性元素。在自然界中主要礦物有獨居石、鈰硅石、鈰鋁石、黑稀金礦和磷酸釔礦。因其天然豐度小，又以氧化物或含氧酸鹽礦物共生形式存在，故得名。他們都是很活潑的金屬，性質(zhì)極為相似，常見化合價+3，其水合離子大多有顏色，易形成穩(wěn)定的配化合物。溶劑萃取和離子交換是目前分離稀土的較好方法。鑭、鈰、鐠、釹等輕稀土金屬，由于熔點較低，在電解過程可呈熔融狀態(tài)在陰極上析出，故一般均采用電解法制取?？捎?a target="_blank">氯化物和氟化物兩種鹽系，前者以稀土氯化物為原料加入電解槽，后者則以氧化物的形式加入。常用的氯化物體系為KCl-RECl3他們在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科研中有廣泛的用途，在鋼鐵、鑄鐵和合金中加入少量稀土能大大改善性能。用稀土制得的磁性材料其磁性極強，用途廣泛。在化學工業(yè)中廣泛用作催化劑。稀土氧化物是重要的發(fā)光材料、激光材料。
稀土元素的制備是一個相當復雜的過程，首先利用化學處理從氟碳鈰鑭礦或獨居石中獲得稀土氯化物或氧化物的混合物，然后再進行單一稀土元素的分離和提取，方法有：①溶劑萃取法。利用稀土元素在水和有機溶劑中分配的不同 ，將稀土的鹽類與有機相及水相多次接觸，不斷地進行再分配而將它們一一分離，此法具有規(guī)模大和連續(xù)生產(chǎn)的優(yōu)點。②離子交換法。利用稀土元素與離子交換劑結(jié)合的穩(wěn)定程度不同將它們一一分離。這是分離某些高純的稀土元素最有效的方法。此法的缺點是規(guī)模小，生產(chǎn)周期長。稀土金屬的制備方法有：①金屬熱還原法。常用鈣、鋰、鈉、鎂等金屬做還原劑，還原稀土金屬的鹵化物。②熔鹽電解法?？呻娊庀⊥?a target="_blank">鹵化物與堿金屬、堿土金屬鹵化物的熔鹽。進一步純制可采用真空熔煉法、真空蒸餾法、電遷移法和區(qū)域熔煉法。
稀土元素的早期應用只限于混合稀土金屬與鐵形成合金制打火石，硝酸鈰用于浸泡汽油燈紗罩。后來用途大為開拓，在煉鋼中用作脫氧劑和脫硫劑，用于鑄造球墨鑄鐵。在玻璃工業(yè)中用作拋光粉以及玻璃脫色和玻璃著色，用于制彩色陶瓷器皿。稀土-鈷硬磁材料具有高剩磁、高矯頑力等優(yōu)點 。稀土氧化物用作彩色電視熒光粉、日光燈用三基色熒光粉以及激光材料。稀土氯化物用于制造微球分子篩，用于石油催化裂化的催化劑等。
鑭(La)
“鑭”這個元素是1839年被命名的，當時有個叫“莫桑德”的瑞典人發(fā)現(xiàn)鈰土中含有其它元素，他借用希臘語中“隱藏”一詞把這種元素取名為“鑭”。從此，鑭便登上了歷史舞臺。
鑭的應用非常廣泛，如應用于壓電材料、電熱材料、熱電材料、磁阻材料、發(fā)光材料（蘭粉）、貯氫材料、光學玻璃、激光材料、各種合金材料等。她也應用到制備許多有機化工產(chǎn)品的催化劑中，光轉(zhuǎn)換農(nóng)用薄膜也用到鑭，在國外，科學家把鑭對作物的作用賦與“超級鈣”的美稱。
鈰（Ce）
“鈰”這個元素是由德國人克勞普羅斯，瑞典人烏斯伯齊力、希生格爾于1803年發(fā)現(xiàn)并命名的，以紀念1801年發(fā)現(xiàn)的小行星——谷神星。
鈰廣泛應用于（1）鈰作為玻璃添加劑，能吸收紫外線與紅外線，現(xiàn)已被大量應用于汽車玻璃。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。從1997年起，日本汽車玻璃全加入氧化鈰，1996年用于汽車玻璃的氧化鈰至少有2000噸，美國約一千多噸。（2）目前正將鈰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。美國在這方面的消費量占稀土總消費量的三分之一強。（3）硫化鈰可以取代鉛、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)。目前領(lǐng)先的是法國羅納普朗克公司。（4）Ce:LiSAF激光系統(tǒng)是美國研制出來的固體激光器，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。鈰應用領(lǐng)域非常廣泛，幾乎所有的稀土應用領(lǐng)域中都含有鈰。如拋光粉、儲氫材料、熱電材料、鈰鎢電極、陶瓷電容器、壓電陶瓷、鈰碳化硅磨料、燃料電池原料、汽油催化劑、某些永磁材料、各種合金鋼及有色金屬等。
鐠(Pr)
大約160年前，瑞典人莫桑德從鑭中發(fā)現(xiàn)了一種新的元素，但它不是單一元素，莫桑德發(fā)現(xiàn)這種元素的性質(zhì)與鑭非常相似，便將其定名為“鐠釹”。“鐠釹”希臘語為“雙生子”之意。大約又過了40多年，也就是發(fā)明汽燈紗罩的1885年，奧地利人韋爾斯巴赫成功地從“鐠釹”中分離出了兩個元素，一個取名為“釹”，另一個則命名為“鐠”。這種“雙生子”被分隔開了，鐠元素也有了自己施展才華的廣闊天地。
鐠是用量較大的稀土元素，其主要用于玻璃、陶瓷和磁性材料中。（1）鐠被廣泛應用于建筑陶瓷和日用陶瓷中，其與陶瓷釉混合制成色釉，也可單獨作釉下顏料，制成的顏料呈淡黃色，色調(diào)純正、淡雅。（2）用于制造永磁體。選用廉價的鐠釹金屬代替純釹金屬制造永磁材料，其抗氧性能和機械性能明顯提高，可加工成各種形狀的磁體。廣泛應用于各類電子器件和馬達上。（3）用于石油催化裂化。以鐠釹富集物的形式加入Y型沸石分子篩中制備石油裂化催化劑，可提高催化劑的活性、選擇性和穩(wěn)定性。我國70年代開始投入工業(yè)使用，用量不斷增大。（4）鐠還可用于磨料拋光。另外，鐠在光纖領(lǐng)域的用途也越來越廣。
釹(Nd)
伴隨著鐠元素的誕生，釹元素也應運而生，釹元素的到來活躍了稀土領(lǐng)域，在稀土領(lǐng)域中扮演著重要角色，并且左右著稀土市場。
釹元素憑借其在稀土領(lǐng)域中的獨特地位，多年來成為市場關(guān)注的熱點。金屬釹的最大用戶是釹鐵硼永磁材料。釹鐵硼永磁體的問世，為稀土高科技領(lǐng)域注入了新的生機與活力。釹鐵硼磁體磁能積高，被稱作當代“永磁之王”，以其優(yōu)異的性能廣泛用于電子、機械等行業(yè)。阿爾法磁譜儀的研制成功，標志著我國釹鐵硼磁體的各項磁性能已跨入世界一流水平。釹還應用于有色金屬材料。在鎂或鋁合金中添加1.5～2.5%釹，可提高合金的高溫性能、氣密性和耐腐蝕性，廣泛用作航空航天材料。另外，摻釹的釔鋁石榴石產(chǎn)生短波激光束，在工業(yè)上廣泛用于厚度在10mm以下薄型材料的焊接和切削。在醫(yī)療上，摻釹釔鋁石榴石激光器代替手術(shù)刀用于摘除手術(shù)或消毒創(chuàng)傷口。釹也用于玻璃和陶瓷材料的著色以及橡膠制品的添加劑。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，稀土科技領(lǐng)域的拓展和延伸，釹元素將會有更廣闊的利用空間。
钷(Pm)
1947年，馬林斯基（J.A.Marinsky）、格倫丹寧（L.E.Glendenin）和科里爾（C.E.Coryell）從原子能反應堆用過的鈾燃料中成功地分離出61號元素，用希臘神話中的神名普羅米修斯（Prometheus）命名為钷（Promethium）。
钷為核反應堆生產(chǎn)的人造放射性元素。钷的主要用途有（1）可作熱源。為真空探測和人造衛(wèi)星提供輔助能量。（2）Pm147放出能量低的β射線，用于制造钷電池。作為導彈制導儀器及鐘表的電源。此種電池體積小，能連續(xù)使用數(shù)年之久。此外，钷還用于便攜式X-射線儀、制備熒光粉、度量厚度以及航標燈中。
釤（Sm）
1879年，波依斯包德萊從鈮釔礦得到的“鐠釹”中發(fā)現(xiàn)了新的稀土元素，并根據(jù)這種礦石的名稱命名為釤。
釤呈淺黃色，是做釤鈷系永磁體的原料，釤鈷磁體是最早得到工業(yè)應用的稀土磁體。這種永磁體有SmCo5系和Sm2Co17系兩類。70年代前期發(fā)明了SmCo5系，后期發(fā)明了Sm2Co17系?，F(xiàn)在是以后者的需求為主。釤鈷磁體所用的氧化釤的純度不需太高，從成本方面考慮，主要使用95%左右的產(chǎn)品。此外，氧化釤還用于陶瓷電容器和催化劑方面。另外，釤還具有核性質(zhì)，可用作原子能反應堆的結(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。
銪（Eu）
1901年，德馬凱（Eugene-Antole Demarcay）從“釤”中發(fā)現(xiàn)了新元素，取名為銪（Europium）。這大概是根據(jù)歐洲（Europe）一詞命名的。氧化銪大部分用于熒光粉。Eu3+用于紅色熒光粉的激活劑，Eu2+用于藍色熒光粉?，F(xiàn)在Y2O2S:Eu3+是發(fā)光效率、涂敷穩(wěn)定性、回收成本等最好的熒光粉。再加上對提高發(fā)光效率和對比度等技術(shù)的改進，故正在被廣泛應用。近年氧化銪還用于新型X射線醫(yī)療診斷系統(tǒng)的受激發(fā)射熒光粉。氧化銪還可用于制造有色鏡片和光學濾光片，用于磁泡貯存器件，在原子反應堆的控制材料、屏敝材料和結(jié)構(gòu)材料中也能一展身手。
釓(Gd)
1880年，瑞士的馬里格納克（G.de Marignac）將“釤”分離成兩個元素，其中一個由索里特證實是釤元素，另一個元素得到波依斯包德萊的研究確認，1886年，馬里格納克為了紀念釔元素的發(fā)現(xiàn)者 研究稀土的先驅(qū)荷蘭化學家加多林（Gado Linium），將這個新元素命名為釓。
釓在現(xiàn)代技革新中將起重要作用。它的主要用途有：（1）其水溶性順磁絡合物在醫(yī)療上可提高人體的核磁共振（NMR）成像信號。（2）其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)。（3）在釓鎵石榴石中的釓對于磁泡記憶存儲器是理想的單基片。（4）在無Camot循環(huán)限制時，可用作固態(tài)磁致冷介質(zhì)。（5）用作控制核電站的連鎖反應級別的抑制劑，以保證核反應的安全。（6）用作釤鈷磁體的添加劑，以保證性能不隨溫度而變化。另外，氧化釓與鑭一起使用，有助于玻璃化區(qū)域的變化和提高玻璃的熱穩(wěn)定性。氧化釓還可用于制造電容器、x射線增感屏。
在世界上目前正在努力開發(fā)釓及其合金在磁致冷方面的應用，現(xiàn)已取得突破性進展，室溫下采用超導磁體、金屬釓或其合金為致冷介質(zhì)的磁冰箱已經(jīng)問世。
鋱(Tb)
1843年瑞典的莫桑德（Karl G.Mosander）通過對釔土的研究，發(fā)現(xiàn)鋱元素（Terbium）。鋱的應用大多涉及高技術(shù)領(lǐng)域，是技術(shù)密集、知識密集型的尖端項目，又是具有顯著經(jīng)濟效益的項目，有著誘人的發(fā)展前景。主要應用領(lǐng)域有：（1）熒光粉用于三基色熒光粉中的綠粉的激活劑，如鋱激活的磷酸鹽基質(zhì)、鋱激活的硅酸鹽基質(zhì)、鋱激活的鈰鎂鋁酸鹽基質(zhì)，在激發(fā)狀態(tài)下均發(fā)出綠色光。（2）磁光貯存材料，近年來鋱系磁光材料已達到大量生產(chǎn)的規(guī)模，用Tb-Fe非晶態(tài)薄膜研制的磁光光盤，作計算機存儲元件，存儲能力提高10～15倍。（3）磁光玻璃，含鋱的法拉第旋光玻璃是制造在激光技術(shù)中廣泛應用的旋轉(zhuǎn)器、隔離器和環(huán)形器的關(guān)鍵材料。特別是鋱鏑鐵磁致伸縮合金（TerFenol）的開發(fā)研制，更是開辟了鋱的新用途，Terfenol是70年代才發(fā)現(xiàn)的新型材料，該合金中有一半成份為鋱和鏑，有時加入鈥，其余為鐵，該合金由美國依阿華州阿姆斯實驗室首先研制，當Terfenol置于一個磁場中時，其尺寸的變化比一般磁性材料變化大，這種變化可以使一些精密機械運動得以實現(xiàn)。鋱鏑鐵開始主要用于聲納，目前已廣泛應用于多種領(lǐng)域，從燃料噴射系統(tǒng)、液體閥門控制、微定位到機械致動器、太空望遠鏡的調(diào)節(jié)機構(gòu)和飛機機翼調(diào)節(jié)器等領(lǐng)域。
鏑（Dy）
1886年，法國人波依斯包德萊成功地將鈥分離成兩個元素，一個仍稱為鈥，而另一個根據(jù)從鈥中“難以得到”的意思取名為鏑（dysprosium）。鏑目前在許多高技術(shù)領(lǐng)域起著越來越重要的作用，鏑的最主要用途是（1）作為釹鐵硼系永磁體的添加劑使用，在這種磁體中添加2~3%左右的鏑，可提高其矯頑力，過去鏑的需求量不大，但隨著釹鐵硼磁體需求的增加，它成為必要的添加元素，品位必須在95～99.9%左右，需求也在迅速增加。（2）鏑用作熒光粉激活劑，三價鏑是一種有前途的單發(fā)光中心三基色發(fā)光材料的激活離子，它主要由兩個發(fā)射帶組成，一為黃光發(fā)射，另一為藍光發(fā)射，摻鏑的發(fā)光材料可作為三基色熒光粉。（3）鏑是制備大磁致伸縮合金鋱鏑鐵（Terfenol）合金的必要的金屬原料，能使一些機械運動的精密活動得以實現(xiàn)。（4）鏑金屬可用做磁光存貯材料，具有較高的記錄速度和讀數(shù)敏感度。（5）用于鏑燈的制備，在鏑燈中采用的工作物質(zhì)是碘化鏑，這種燈具有亮度大、顏色好、色溫高、體積小、電弧穩(wěn)定等優(yōu)點，已用于電影、印刷等照明光源。（6）由于鏑元素具有中子俘獲截面積大的特性，在原子能工業(yè)中用來測定中子能譜或做中子吸收劑。（7）Dy3Al5O12還可用作磁致冷用磁性工作物質(zhì)。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，鏑的應用領(lǐng)域?qū)粩嗟耐卣购脱由臁?
鈥(Ho)
十九世紀后半葉，由于光譜分析法的發(fā)現(xiàn)和元素周期表的發(fā)表，再加上稀土元素電化學分離工藝的進展，更加促進了新的稀土元素的發(fā)現(xiàn)。1879年，瑞典人克利夫發(fā)現(xiàn)了鈥元素并以瑞典首都斯德哥爾摩地名命名為鈥（holmium）。
鈥的應用領(lǐng)域目前還有待于進一步開發(fā)，用量不是很大，最近，包鋼稀土研究院采用高溫高真空蒸餾提純技術(shù)，研制出非稀土雜質(zhì)含量很低的高純金屬鈥Ho/ΣRE>99.9%。目前鈥的主要用途有：用作金屬鹵素燈添加劑，金屬鹵素燈是一種氣體放電燈，它是在高壓汞燈基礎上發(fā)展起來的，其特點是在燈泡里充有各種不同的稀土鹵化物。目前主要使用的是稀土碘化物，在氣體放電時發(fā)出不同的譜線光色。在鈥燈中采用的工作物質(zhì)是碘化鈥，在電弧區(qū)可以獲得較高的金屬原子濃度，從而大大提高了輻射效能。（2）鈥可以用作釔鐵或釔鋁石榴石的添加劑；（3）摻鈥的釔鋁石榴石（Ho:YAG）可發(fā)射2μm激光，人體組織對2μm激光吸收率高，幾乎比Hd:YAG高3個數(shù)量級。所以用Ho:YAG激光器進行醫(yī)療手術(shù)時，不但可以提高手術(shù)效率和精度，而且可使熱損傷區(qū)域減至更小。鈥晶體產(chǎn)生的自由光束可消除脂肪而不會產(chǎn)生過大的熱量，從而減少對健康組織產(chǎn)生的熱損傷，據(jù)報道美國用鈥激光治療青光眼，可以減少患者手術(shù)的痛苦。我國2μm激光晶體的水平已達到國際水平，應大力開發(fā)生產(chǎn)這種激光晶體。（4）在磁致伸縮合金Terfenol-D中，也可以加入少量的鈥，從而降低合金飽和磁化所需的外場。（5）另外用摻鈥的光纖可以制作光纖激光器、光纖放大器、光纖傳感器等等光通訊器件在光纖通信迅猛的今天將發(fā)揮更重要的作用。
鉺（Er）
1843年，瑞典的莫桑德發(fā)現(xiàn)了鉺元素（Erbium）。鉺的光學性質(zhì)非常突出，一直是人們關(guān)注的問題：（1）Er3+在1550nm處的光發(fā)射具有特殊意義，因為該波長正好位于光纖通訊的光學纖維的最低損失，鉺離子（Er3+）受到波長980nm、1480nm的光激發(fā)后，從基態(tài)4I15/2躍遷至高能態(tài)4I13/2，當處于高能態(tài)的Er3+再躍遷回至基態(tài)時發(fā)射出1550nm波長的光，石英光纖可傳送各種不同波長的光，但不同的光光衰率不同，1550nm頻帶的光在石英光纖中傳輸時光衰減率最低（0.15分貝/公里），幾乎為下限極限衰減率。因此，光纖通信在1550nm處作信號光時，光損失最小。這樣，如果把適當濃度的鉺摻入合適的基質(zhì)中，可依據(jù)激光原理作用，放大器能夠補償通訊系統(tǒng)中的損耗，因此在需要放大波長1550nm光信號的電訊網(wǎng)絡中，摻鉺光纖放大器是必不可少的光學器件，目前摻鉺的二氧化硅纖維放大器已實現(xiàn)商業(yè)化。據(jù)報道，為避免無用的吸收，光纖中鉺的摻雜量幾十至幾百ppm。光纖通信的迅猛發(fā)展，將開辟鉺的應用新領(lǐng)域。（2）另外摻鉺的激光晶體及其輸出的1730nm激光和1550nm激光對人的眼睛安全，大氣傳輸性能較好，對戰(zhàn)場的硝煙穿透能力較強，保密性好，不易被敵人探測，照射軍事目標的對比度較大，已制成軍事上用的對人眼安全的便攜式激光測距儀。（3）Er3+加入到玻璃中可制成稀土玻璃激光材料，是目前輸出脈沖能量最大，輸出功率最高的固體激光材料。（4）Er3+還可做稀土上轉(zhuǎn)換激光材料的激活離子。（5）另外鉺也可應用于眼鏡片玻璃、結(jié)晶玻璃的脫色和著色等。
銩（Tm）
銩元素是1879年瑞典的克利夫發(fā)現(xiàn)的，并以斯堪迪那維亞（Scandinavia）的舊名Thule命名為銩（Thulium）。
銩的主要用途有以下幾個方面：（1）銩用作醫(yī)用輕便X光機射線源，銩在核反應堆內(nèi)輻照后產(chǎn)生一種能發(fā)射X射線的同位素，可用來制造便攜式血液輻照儀上，這種輻射儀能使銩-169受到高中子束的作用轉(zhuǎn)變?yōu)殇A-170，放射出X射線照射血液并使白血細胞下降，而正是這些白細胞引起器官移植排異反應的，從而減少器官的早期排異反應。（2）銩元素還可以應用于臨床診斷和治療腫瘤，因為它對腫瘤組織具有較高親合性，重稀土比輕稀土親合性更大，尤其以銩元素的親合力最大。（3）銩在X射線增感屏用熒光粉中做激活劑LaOBr:Br（藍色），達到增強光學靈敏度，因而降低了X射線對人的照射和危害，與以前鎢酸鈣增感屏相比可降低X射線劑量50%，這在醫(yī)學應用具有重要現(xiàn)實的意義。（4）銩還可在新型照明光源 金屬鹵素燈做添加劑。（5）Tm3+加入到玻璃中可制成稀土玻璃激光材料，這是目前輸出脈沖量最大，輸出功率最高的固體激光材料。Tm3+也可做稀土上轉(zhuǎn)換激光材料的激活離子。
鐿（Yb）
1878年，查爾斯（Jean Charles）和馬利格納克（G.de Marignac）在“鉺”中發(fā)現(xiàn)了新的稀土元素，這個元素由伊特必（Ytterby）命名為鐿（Ytterbium）。
鐿的主要用途有（1）作熱屏蔽涂層材料。鐿能明顯地改善電沉積鋅層的耐蝕性，而且含鐿鍍層比不含鐿鍍層晶粒細小，均勻致密。（2）作磁致伸縮材料。這種材料具有超磁致伸縮性即在磁場中膨脹的特性。該合金主要由鐿/鐵氧體合金及鏑/鐵氧體合金構(gòu)成，并加入一定比例的錳，以便產(chǎn)生超磁致伸縮性。（3）用于測定壓力的鐿元件，試驗證明，鐿元件在標定的壓力范圍內(nèi)靈敏度高，同時為鐿在壓力測定應用方面開辟了一個新途徑。（4）磨牙空洞的樹脂基填料，以替換過去普遍使用銀汞合金。（5）日本學者成功地完成了摻鐿釓鎵石榴石埋置線路波導激光器的制備工作，這一工作的完成對激光技術(shù)的進一步發(fā)展很有意義。另外，鐿還用于熒光粉激活劑、無線電陶瓷、電子計算機記憶元件（磁泡）添加劑、和玻璃纖維助熔劑以及光學玻璃添加劑等。
镥（Lu）
1907年，韋爾斯巴赫和尤貝恩（G.Urbain）各自進行研究，用不同的分離方法從“鐿”中又發(fā)現(xiàn)了一個新元素，韋爾斯巴赫把這個元素取名為Cp(Cassiopeium)，尤貝恩根據(jù)巴黎的舊名lutece將其命名為Lu(Lutetium)。后來發(fā)現(xiàn)Cp和Lu是同一元素，便統(tǒng)一稱為镥。
镥的主要用途有（1）制造某些特殊合金。例如镥鋁合金可用于中子活化分析。（2）穩(wěn)定的镥核素在石油裂化、烷基化、氫化和聚合反應中起催化作用。（3）釔鐵或釔鋁石榴石的添加元素，改善某些性能。（4）磁泡貯存器的原料。（5）一種復合功能晶體摻镥四硼酸鋁釔釹，屬于鹽溶液冷卻生長晶體的技術(shù)領(lǐng)域，實驗證明，摻镥NYAB晶體在光學均勻性和激光性能方面均優(yōu)于NYAB晶體。（6）經(jīng)國外有關(guān)部門研究發(fā)現(xiàn)，镥在電致變色顯示和低維分子半導體中具有潛在的用途。此外，镥還用于能源電池技術(shù)以及熒光粉的激活劑等。
釔(Y)
1788年，一位以研究化學和礦物學、收集礦石的業(yè)余愛好者瑞典軍官卡爾·阿雷尼烏斯（Karl Arrhenius）在斯德哥爾摩灣外的伊特必村（Ytterby），發(fā)現(xiàn)了外觀象瀝青和煤一樣的黑色礦物，按當?shù)氐牡孛麨橐撂乇氐V（Ytterbite）。1794年芬蘭化學家約翰·加多林分析了這種伊特必礦樣品。發(fā)現(xiàn)其中除鈹、硅、鐵的氧化物外，還含有約38%的未知元素的氧化物棗“新土”。1797年，瑞典化學家?？素惛瘢ˋnders Gustaf Ekeberg）確認了這種“新土”，命名為釔土（Yttria,釔的氧化物之意）。
釔是一種用途廣泛的金屬，主要用途有:（1）鋼鐵及有色合金的添加劑。FeCr合金通常含0.5-4%釔，釔能夠增強這些不銹鋼的抗氧化性和延展性；MB26合金中添加適量的富釔混合稀土后，合金的綜合性能得到明顯的改善，可以替代部分中強鋁合金用于飛機的受力構(gòu)件上；在Al-Zr合金中加入少量富釔稀土，可提高合金導電率；該合金已為國內(nèi)大多數(shù)電線廠采用；在銅合金中加入釔，提高了導電性和機械強度。（2）含釔6%和鋁2%的氮化硅陶瓷材料，可用來研制發(fā)動機部件。（3）用功率400瓦的釹釔鋁石榴石激光束來對大型構(gòu)件進行鉆孔、切削和焊接等機械加工。（4）由Y-Al石榴石單晶片構(gòu)成的電子顯微鏡熒光屏，熒光亮度高，對散射光的吸收低，抗高溫和抗機械磨損性能好。（5）含釔達90%的高釔結(jié)構(gòu)合金，可以應用于航空和其它要求低密度和高熔點的場合。（6）目前倍受人們關(guān)注的摻釔SrZrO3高溫質(zhì)子傳導材料，對燃料電池、電解池和要求氫溶解度高的氣敏元件的生產(chǎn)具有重要的意義。此外，釔還用于耐高溫噴涂材料、原子能反應堆燃料的稀釋劑、永磁材料添加劑以及電子工業(yè)中作吸氣劑等。
鈧(Sc)
1879年，瑞典的化學教授尼爾森（L.F.Nilson, 1840~1899）和克萊夫（P.T.Cleve, 1840~1905）差不多同時在稀有的礦物硅鈹釔礦和黑稀金礦中找到了一種新元素。他們給這一元素定名為“Scandium”（鈧），鈧就是門捷列夫當初所預言的“類硼”元素。他們的發(fā)現(xiàn)再次證明了元素周期律的正確性和門捷列夫的遠見卓識。
鈧比起釔和鑭系元素來，由于離子半徑特別小，氫氧化物的堿性也特別弱，因此，鈧和稀土元素混在一起時，用氨（或極稀的堿）處理，鈧將首先析出，故應用“分級沉淀”法可比較容易地把它從稀土元素中分離出來。另一種方法是利用硝酸鹽的分極分解進行分離，由于硝酸鈧最容易分解，從而達到分離的目的。
用電解的方法可制得金屬鈧，在煉鈧時將ScCl3、KCl、LiCl共熔，以熔融的鋅為陰極電解之，使鈧在鋅極上析出，然后將鋅蒸去可得金屬鈧。另外，在加工礦石生產(chǎn)鈾、釷和鑭系元素時易回收鈧。鎢、錫礦中綜合回收伴生的鈧也是鈧的重要來源之一。
鈧在化合物中主要呈3價態(tài)，在空氣中容易氧化成Sc2O3而失去金屬光澤變成暗灰色。
鈧能與熱水作用放出氫，也易溶于酸，是一種強還原劑。
鈧的氧化物及氫氧化物只顯堿性，但其鹽灰?guī)缀醪荒芩?。鈧的氯化物為白色結(jié)晶，易溶于水并能在空氣中潮解。
在冶金工業(yè)中，鈧常用于制造合金（合金的添加劑），以改善合金的強度、硬度和耐熱和性能。如，在鐵水中加入少量的鈧，可顯著改善鑄鐵的性能，少量的鈧加入鋁中，可改善其強度和耐熱性。
在電子工業(yè)中，鈧可用作各種半導體器件，如鈧的亞硫酸鹽在半導體中的應用已引起了國內(nèi)外的注意，含鈧的鐵氧體在計算機磁芯中也頗有前途。
在化學工業(yè)上，用鈧化合物作酒精脫氫及脫水劑，生產(chǎn)乙烯和用廢鹽酸生產(chǎn)氯時的高效催化劑。
在玻璃工業(yè)中，可以制造含鈧的特種玻璃。
在電光源工業(yè)中，含鈧和鈉制成的鈧鈉燈，具有效率高和光色正的優(yōu)點。
自然界中鈧均以45Sc形式存在，另外，鈧還有9種放射性同位素，即40～44Sc和46～49Sc。其中，46Sc作為示蹤劑，已在化工、冶金及海洋學等方面使用。在醫(yī)學上，國外還有人研究用46Sc來醫(yī)治癌癥。鈧的性質(zhì)及用途。
第四篇
稀土金屬(rare earth metals)又稱稀土元素，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。
它們的名稱和化學符號是鈧(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)。
在目前已探明的稀土儲量中，中國第一，約占世界總儲量21000萬噸的43％，獨聯(lián)體達4000萬噸，占世界儲量的19.5％，位居第二，美國為2700萬噸，占世界12.86％，位居第三。其次巴西、澳大利亞、越南、加拿大和印度等國的擁有量也相當可觀。
目前中國控制世界稀土市場98%的份額。
稀土一詞是歷史遺留下來的名稱。稀土元素是從18世紀末葉開始陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，當時人們常把不溶于水的固體氧化物稱為土。稀土一般是以氧化物狀態(tài)分離出來的，又很稀少，因而得名為稀土。通常把鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪稱為輕稀土或鈰組稀土；把釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥釔稱為重稀土或釔組稀土。也有的根據(jù)稀土元素物理化學性質(zhì)的相似性和差異性，除鈧之外(有的將鈧劃歸稀散元素)，劃分成三組，即輕稀土組為鑭、鈰、鐠、釹、钷；中稀土組為釤、銪、釓、鋱、鏑；重稀土組為鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔。
這些稀土元素的發(fā)現(xiàn)，從1794年芬蘭人加多林(J.Gadolin)分離出釔到1947年美國人馬林斯基(J.A.Marinsky)等制得钷，歷時150多年。其中大部分稀土元素是歐洲的一些礦物學家、化學家、冶金學家等發(fā)現(xiàn)制取的。钷是美國人馬林斯基、格蘭德寧(L.E.Glendenin)和科列爾(C.D.Coryell)用離子交換分離，在鈾裂變產(chǎn)物的稀土元素中獲得的。過去認為自然界中不存在钷，直到1965年，芬蘭一家磷酸鹽工廠在處理磷灰石時發(fā)現(xiàn)了痕量的钷。
大多數(shù)稀土金屬呈現(xiàn)順磁性。釓在0℃時比鐵具更強的鐵磁性。鋱、鏑、鈥、鉺等在低溫下也呈現(xiàn)鐵磁性，鑭、鈰的低熔點和釤、銪、鐿的高蒸氣壓表現(xiàn)出稀土金屬的物理性質(zhì)有極大差異。釤、銪、釔的熱中子吸收截面比廣泛用于核反應堆控制材料的鎘、硼還大。稀土金屬具有可塑性，以釤和鐿為最好。除鐿外，釔組稀土較鈰組稀土具有更高的硬度。
稀土金屬已廣泛應用于電子、石油化工、冶金、機械、能源、輕工、環(huán)境保護、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。應用稀土可生產(chǎn)熒光材料、稀土金屬氫化物電池材料、電光源材料、永磁材料、儲氫材料、催化材料、精密陶瓷材料、激光材料、超導材料、磁致伸縮材料、磁致冷材料、磁光存儲材料、光導纖維材料等。
我國擁有豐富的稀土礦產(chǎn)資源，成礦條件優(yōu)越，堪稱得天獨厚，探明的儲量居世界之首，為發(fā)展我國稀土工業(yè)提供了堅實的基礎。
稀散金屬通常是指由鎵(Ga)、銦(In)、鉈(Tl)、鍺(Ge)、硒(Se)、碲(Te)和錸(Re)7個元素組成的一組化學元素。但也有人將銣、鉿、鈧、釩和鎘等包括在內(nèi)。這7個元素從1782年發(fā)現(xiàn)碲以來，直到1925年發(fā)現(xiàn)錸才被全部發(fā)現(xiàn)。這一組元素之所以被稱為稀散金屬，一是因為它們之間的物理及化學性質(zhì)等相似，劃為一組；二是由于它們常以類質(zhì)同象形式存在有關(guān)的礦物當中，難以形成獨立的具有單獨開采價值的稀散金屬礦床，(最近在四川省石棉縣發(fā)現(xiàn)一處以碲為主的碲鉍礦床)；三是它們在地殼中平均含量較低，以稀少分散狀態(tài)伴生在其他礦物之中，只能隨開采主金屬礦床時在選冶中加以綜合回收、綜合利用。
稀散金屬具有極為重要的用途，是當代高科技新材料的重要組成部分。由稀散金屬與有色金屬組成的一系列化合物半導體、電子光學材料、特殊合金、新型功能材料及有機金屬化合物等，均需使用獨特性能的稀散金屬。用量雖說不大，但至關(guān)重要，缺它不可。因而廣泛用于當代通訊技術(shù)、電子計算機、宇航開發(fā)、醫(yī)藥衛(wèi)生、感光材料、光電材料、能源材料和催化劑材料等。我國稀散金屬礦產(chǎn)豐富，為發(fā)展稀散金屬工業(yè)提供了較好的資源條件。
第五篇
稀土氧化物
目錄
1.1 、前言
氧化鑭
La2O3 分子量325．84
白色無定形粉末。密度6．51g/cm3。熔點2217℃。沸點4200℃。微溶于水，易溶于酸而生成相應的鹽類。露置空氣中易吸收二氧化碳和水，逐漸變成碳酸鑭。灼燒的氧化鑭與水化合放出大量的熱。
應用領(lǐng)域 主要用于制造精密光學玻璃、高折射光學纖維板，適合做攝影機、照相機、顯微鏡鏡頭和高級光學儀器棱鏡等。還用了制造陶瓷電容器、壓電陶瓷摻入劑和X射線發(fā)光材料溴氧化鑭粉等。
氧化鈰
性質(zhì)：鈰的氧化物的總稱。
常見者有三氧化二鈰(dicerium trioxide，Ce2O3)和二氧化鈰(cerium dioxide，CeO2)。在三氧化二鈰與二氧化鈰之間存在相當多的氧化物物相，均不穩(wěn)定。三氧化二鈰具有稀土倍半氧化物的六方結(jié)構(gòu)。熔點2210℃。沸點3730℃。對空氣敏感。在一氧化碳氣氛中，1250℃溫度下加熱二氧化鈰和碳粉的混合物即可制得。主要用作催化劑。二氧化鈰是最重要的、具有代表性的鈰的氧化物。具有螢石結(jié)構(gòu)。黃色固體(純品為白色)。熔點2600℃。不溶于水。難溶于硫酸、硝酸。在空氣中加熱鈰、氫氧化鈰(III)或草酸鈰(III)均可制得二氧化鈰。用于鏡頭拋光劑。二氧化鈰在低溫、低壓下形成缺氧物相，例如CenO2n-2(n=4，6，7，9，10，11)，通常呈藍色。Ce6Oll，藍色固體。Ce7O12，在CeO2晶胞結(jié)構(gòu)基礎上短缺七分之一的氧，藍黑色固體，熔點1000℃(分解)。Ce9O16暗藍色固體，熔點625℃(分解)。Cel0O18，在CeO2晶脆結(jié)構(gòu)基礎上短缺十分之一的氧，暗藍色固體，熔點575～595℃(分解)。CellO2O，暗藍色固體，熔點435℃(分解)。它們在半導體材料、高級顏料及感光玻璃的增感劑、汽車尾氣的凈化器方面有廣泛應用。
氧化鐠
性質(zhì)：氧化鐠也有多種，其中最穩(wěn)定為Pr6Oll，黑色三斜結(jié)構(gòu)。其余為PrO1.65，體心立方。PrO1.714，斜方，PrO1.800單斜，都為黑色。制備方法同于氧化鈰。可以用來制備變阻材料及顏料等。
氧化銣
氧化銣（Rb2O），是銣的氧化物之一，呈黃色，有很強的潮解性。
銣在空氣中燃燒時，主要生成的是過氧化銣，只有少量的氧化銣和超氧化銣生成。當金屬銣被露置于空氣中時，它會很快氧化，失去金屬光澤，并產(chǎn)生一系列有顏色的氧化產(chǎn)物。其中生成了銣的低氧化物，例如青銅色的Rb6O和紅棕色的Rb9O2。銣最終的氧化產(chǎn)物主要是過氧化銣。
稀土元素是指元素周期表中原子序數(shù)為57 到71 的15種鑭系元素，以及與鑭系元素化學性質(zhì)相似的鈧（Sc） 和釔（Y）共17 種元素。稀土元素在石油、化工、冶金、紡織、陶瓷、玻璃、永磁材料等領(lǐng)域都得到了廣泛的應用，隨著科技的進步和應用技術(shù)的不斷突破，稀土的價值將越來越大。
稀土元素的原子結(jié)構(gòu)可以用4fx5d16s2 表示，x 從0→14。稀土元素從金屬變成離子后，4f軌道的外側(cè)仍包圍著5s25p6的電子云，失去6s2 電子及5d1 或4f失去一個電子，形成4fx5s25p6的電子結(jié)構(gòu)。在稀土金屬中，6s 電子和5d 電子形成導帶，4f電子則在原子中定域，這種4f電子的定域化和不完全填充都將反映在它們的種種物性之中。
4f電子位于原子內(nèi)層軌道，5s25p6 電子云對其有屏蔽作用，4f軌道伸展的空間很小，所以受結(jié)晶場、配位體場等的影響很小；與此相反，其自旋（MS）與軌道（ML）的相互作用都很大，使得f- f 電子軌道L 與自旋S 相互耦合作用，E4f分裂成許多能級有微小差別的能級亞層，每一個亞層對映一個光譜項2s+1L。
稀土元素化合價有多種價態(tài)，并存在變價作用。鈰、釤、銪等在一些化合物中，其原子價為3 價、4 價或2 價和3 價共存，而且這種原子價的變化有的極快，有的極慢，十分引人注目。稀土離子電價高，半徑大，易受極化，極化強度愈高折射率愈大，在陶瓷顏料中利用稀土離子的高折射率，使裝飾畫面色澤鮮艷。與普通釉彩顏料相比，加入稀土的顏料色澤加深。
從La 到Lu 的稀土元素都容易失掉2 個6s 電子，1 個5d電子或4f電子，形成三價正離子（4fx5s25p6）,因此稀土元素的氧化物大多是Ln2O3。此外鑭系元素的4f0、4f7、4f14（全空、半充滿、全充滿）電子排列較穩(wěn)定，一般具有該結(jié)構(gòu)型的離子都是無色的。
3.1 物質(zhì)的發(fā)色原理
可見光的波長范圍為760～400nm，色譜按紅、橙、黃、綠、青、藍、藍靛、紫等順序分布。白光是復色光，波長可以是連續(xù)的也可以是不連續(xù)的，由兩種或多種單色光按一定的比例混合組成白光，組成白光的兩種單色光稱為互補光（見圖1）。例如，KMnO4溶液對可見光中波長λ=525nm 的綠光有很強的吸收，對波長大于或小于525nm 的光波吸收逐漸減弱，直至不吸收，所以我們看見KMnO4 溶液的顏色為紫色，而紫色是綠色的互補色。
當可見光照射在透明或半透明物質(zhì)上時，若物質(zhì)對其中某一定波長的光有吸收，其余部分的色光被透過或反射，從而使物體呈現(xiàn)顏色，看見的顏色是被吸收的色光的互補色。因此，凡是能在陶瓷釉彩中對可見光具有選擇性地吸收的物質(zhì)都可用作陶瓷釉彩顏料。
3.2 稀土元素的光譜特性
在多電子原子中，對于一種確定的電子組態(tài)，可以有幾種不同的S、L、J 狀態(tài)，這些狀態(tài)的自旋（S）、軌道（L）和總角動量（J）不同，即包含著電子間相互作用情況不同，因而能量有所不同，原子能級的高低和S 的大小很有關(guān)系，原子的光譜項用2s+1L表示。在L- S 耦合的情況下，從同一組態(tài)出現(xiàn)的各個譜項的能量是有差別的。由于E4f能級上的電子受電子自旋角動量和軌道角動量的相互作用、耦合（L- S）產(chǎn)生了許多能級亞層，導致了f- f 電子躍遷（ΔE=E2- E1=hν），產(chǎn)生了線狀吸收光譜，這種f- f 躍遷導致了對可見光的選擇性地吸收是稀土元素發(fā)色的根本原因。
3.3 稀土氧化物的顏色
稀土氧化物有多種，如LnO，Ln2O3 和LnO2，其中Ln2O3較常見。隨著原子序數(shù)的遞增，電子被填充在4f軌道上，其電子結(jié)構(gòu)、離子的價態(tài)及三價離子的顏色詳見附表1。
稀土離子的4f亞層被外層（5s2）（5p6）電子殼層所屏蔽，致使4f亞層受鄰近其它離子的勢場（結(jié)晶場）影響很小，其線狀譜線基本保持自由離子的線狀光譜特征，這與過渡元素的d- d 躍遷不同，d 亞層處于過渡金屬離子的最外層，沒有屏蔽層的保護，受配位場或晶體場影響較大，譜線不穩(wěn)定，容易造成同一元素在不同化合物中的吸收光譜出現(xiàn)差別，導致顏色不穩(wěn)定。稀土元素的電子能級和譜線比其它元素豐富多樣，它們在從紫外光、可見光到紅外光區(qū)都有吸收或發(fā)射現(xiàn)象，是非常好的色譜較廣的有色物質(zhì)。
第六篇
稀土金屬
我國是舉世公認的稀土資源大國。稀土工業(yè)和稀土應用是從本世紀60年代開始伴隨著世界性的新技術(shù)潮流而迅猛崛起的一項新興產(chǎn)業(yè)。稀土和稀土應用產(chǎn)品已深入到我們生活的各個領(lǐng)域，但許多人對稀土還是感到陌生。我們在此開辟(北京稀土應用園地），就是和讀者共同學習稀土的有關(guān)知識，了解我國稀土資源的開發(fā)利用情況，介紹北京地區(qū)稀土應用現(xiàn)狀與發(fā)展展望，探討稀土在國民經(jīng)濟發(fā)展中的重要作用和宣傳國家對開發(fā)稀土及應用稀土的有關(guān)政策。
什么是稀土?稀土是稀土元素(或稱稀土金屬)的簡稱，是17種元索組成的一個金屬大家族，第三副族中的鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪 、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥等等15個鑭系元素(擁有獨特的4f電子軌道)以及性質(zhì)與它們相近的鈧和釔。 ‘稀土’是由18世紀末被發(fā)現(xiàn)時而得名，當時認為它們很稀貴，其氧化 物又有難溶于水的“土性”，故稱為稀土?，F(xiàn)在看來，稀土在地殼中的重量百分含量（克拉克值）比銅、鉛、鋅、銀等常見金屬元索還要高，性質(zhì)也不像土，而是一組性質(zhì)十分活潑的金屬，但“稀土”這個奇特的名稱卻被沿用至今。
從1794年發(fā)現(xiàn)第一個稀土元素釔，到1972年發(fā)現(xiàn)自然界的稀土元素钷，歷經(jīng)178年，人們才把17種稀土元索全部在自然界中找到。今年由于工業(yè)提純和冶煉技術(shù)的發(fā)展，除元素钷以外，都能獲得高純的稀土氧化物和稀土金屬。稀土的應用也隨著科技的發(fā)展從初級到高級，從19世紀末應用稀土制造汽汽燈紗罩、打火石和弧光燈碳棒等初級應用產(chǎn)品發(fā)展到現(xiàn)在把稀土廣泛應用于彩電熒光屏、三基色節(jié)能燈、綠色高能充電電池、汽車尾氣凈化催化劑、電腦驅(qū)動器、核磁共振成像儀、固體激光器、光纖通訊和磁懸浮列車等高科技領(lǐng)域。
我國是稀土資源最豐富的國家，稀土儲量和產(chǎn)量均居世界首位，在19個省市自治區(qū)都發(fā)現(xiàn)有稀土礦藏，而且礦物品種齊全。從北京沿京包鐵路西行約800公里，就到了我國著名的草原鋼城-內(nèi)蒙古包頭市，再向北行150公里，能看到一座奇特的礦山，這就是舉世聞名的白云鄂博礦(“白云鄂博”在內(nèi)蒙古語中是“富麗雄偉”的意思)，它不但是座巨大的鐵礦山(包鋼鋼鐵原料基地)，還是世界最大的稀土礦山，稀土儲量幾乎占世界總儲量的一半(以輕稀土為主)，而且因稀土與鐵共生?？梢噪S鐵開采綜合回收利用，生產(chǎn)成本低，市場競爭力強。在四川涼山州和山東微山地區(qū)蘊藏著優(yōu)質(zhì)氟碳鈰鑭型輕稀土礦。廣東和臺灣沿海有豐富的獨居石型稀土礦。特別令世人矚目的是在我國南嶺地區(qū)，包括江西、廣東、福建、湖南、廣西等省(自治區(qū))蘊藏著我國所特有而又極為豐富的離子型稀土礦，它們所富含的釔、鋱等中重稀土儲量占世界一半以上。
稀土的分組
根據(jù)稀土元素原子電子層結(jié)構(gòu)和物理化學性質(zhì)，以及它們在礦物中共生情況和不同的離子半徑可產(chǎn)生不同性質(zhì)的特征，十七種稀土元素通常分為二組。
輕稀土（又稱鈰組）包括：鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓。
重稀土（又稱釔組）包括：鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、鈧、釔。
稱鈰組或釔組，是因為礦物經(jīng)分離得到的稀土混合物中，常以鈰或釔占優(yōu)勢而得名。
稀土元素的主要物理化學性質(zhì)
稀土元素是典型的金屬元素。它們的金屬活潑性僅次于堿金屬和堿土金屬元素，而比其他金屬元素活潑。在17個稀土元素當中，按金屬的活潑次序排列，由鈧，釔、鑭遞增，由鑭到镥遞減，即鑭元素最活潑。稀土元素能形成化學穩(wěn)定的氧化物、鹵化物、硫化物。稀土元素可以和氮、氫、碳、磷發(fā)生反應，易溶于鹽酸、硫酸和硝酸中。
稀土易和氧、硫、鉛等元素化合生成熔點高的化合物，因此在鋼水中加入稀土，可以起到凈化鋼的效果。由于稀土元素的金屬原子半徑比鐵的原子半徑大，很容易填補在其晶粒及缺陷中，并生成能阻礙晶粒繼續(xù)生長的膜，從而使晶粒細化而提高鋼的性能。
稀土元素具有未充滿的4f電子層結(jié)構(gòu)，并由此而產(chǎn)生多種多樣的電子能級。因此，稀土可以作為優(yōu)良的熒光，激光和電光源材料以及彩色玻璃、陶瓷的釉料。
稀土離子與羥基、偶氮基或磺酸基等形成結(jié)合物，使稀土廣泛用于印染行業(yè)。而某些稀土元素具有中子俘獲截面積大的特性，如釤、銪、釓、鏑和鉺，可用作原子能反應堆的控制材料和減速劑。而鈰、釔的中子俘獲截面積小，則可作為反應堆燃料的稀釋劑。
稀土具有類似微量元素的性質(zhì)，可以促進農(nóng)作物的種子萌發(fā)，促進根系生長，促進植物的光合作用。
稀土金屬的某些物理特性
|
原子序數(shù) |
元素 |
離子半徑(埃) |
熔度 (℃) |
沸點 (℃） |
氧化物熔點(℃) |
R3+離子磁矩 (波爾磁子) |
熱中子俘獲截面（靶） |
|||
|
57 |
138.92 |
1.22 |
6.19 |
920±5 |
4230 |
2315 |
56.8 |
0 |
8.9 |
|
|
58 |
Ce |
140.13 |
1.18 |
6.768 |
804±5 |
2930 |
1950 |
75.3 |
2.56 |
0.7 |
|
59 |
140.92 |
1.16 |
6.769 |
935±5 |
3020 |
2500 |
68 |
3.62 |
11.2 |
|
|
60 |
144.27 |
1.15 |
7.007 |
1024±5 |
3180 |
2270 |
64.3 |
3.68 |
46 |
|
|
61 |
Pm |
147 |
1.14 |
－ |
－ |
－ |
－ |
－ |
2.83 |
－ |
|
62 |
150.35 |
1.13 |
7.504 |
1052±5 |
1630 |
2350 |
88 |
1.55～1.65 |
5500 |
|
|
63 |
Eu |
152 |
1.13 |
5.166 |
826±10 |
1490 |
2050 |
81.3 |
3.40～3.50 |
4600 |
|
64 |
Gd |
157.26 |
1.11 |
7.868 |
1350±20 |
2730 |
2350 |
140.5 |
7.94 |
46000 |
|
65 |
Tb |
158.93 |
1.09 |
8.253 |
1336 |
2530 |
2387 |
－ |
9.7 |
44 |
|
66 |
Dy |
162.51 |
1.07 |
8.565 |
1485±20 |
2330 |
2340 |
56 |
10.6 |
1100 |
|
67 |
Ho |
164.94 |
1.05 |
8.799 |
1490 |
2330 |
2360 |
87 |
10.6 |
64 |
|
68 |
Er |
167.27 |
1.04 |
9.058 |
1500～1550 |
2630 |
2355 |
107 |
9.6 |
166 |
|
69 |
Tm |
168.94 |
1.04 |
9.318 |
1500～1600 |
2130 |
2400 |
79 |
7.6 |
118 |
|
70 |
Yb |
173.04 |
1 |
6.959 |
824±5 |
1530 |
2346 |
27 |
4.5 |
36 |
|
71 |
Lu |
174.99 |
0.99 |
9.849 |
1650～1750 |
1930 |
2400 |
79 |
0 |
108 |
|
21 |
Sc |
44.97 |
0.83 |
2.995 |
1550～1600 |
2750 |
－ |
－ |
－ |
13 |
|
39 |
Y |
88.92 |
1.06 |
4.472 |
1552 |
3030 |
2680 |
－ |
－ |
1.27 |
17種稀土元素名稱的由來及用途
鑭(La)
“鑭”這個元素是1839年被命名的，當時有個叫“莫桑德”的瑞典人發(fā)現(xiàn)鈰土中含有其它元素，他借用希臘語中“隱藏”一詞把這種元素取名為“鑭”。從此，鑭便登上了歷史舞臺。
鑭的應用非常廣泛，如應用于壓電材料、電熱材料、熱電材料、磁阻材料、發(fā)光材料（蘭粉）、貯氫材料、光學玻璃、激光材料、各種合金材料等。她也應用到制備許多有機化工產(chǎn)品的催化劑中，光轉(zhuǎn)換農(nóng)用薄膜也用到鑭，在國外，科學家把鑭對作物的作用賦與“超級鈣”的美稱。
鈰（Ce）
“鈰”這個元素是由德國人克勞普羅斯，瑞典人烏斯伯齊力、希生格爾于1803年發(fā)現(xiàn)并命名的，以紀念1801年發(fā)現(xiàn)的小行星——谷神星。
鈰廣泛應用于（1）鈰作為玻璃添加劑，能吸收紫外線與紅外線，現(xiàn)已被大量應用于汽車玻璃。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。從1997年起，日本汽車玻璃全加入氧化鈰，1996年用于汽車玻璃的氧化鈰至少有2000噸，美國約一千多噸。（2）目前正將鈰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。美國在這方面的消費量占稀土總消費量的三分之一強。（3）硫化鈰可以取代鉛、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)。目前領(lǐng)先的是法國羅納普朗克公司。（4）Ce:LiSAF激光系統(tǒng)是美國研制出來的固體激光器，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。鈰應用領(lǐng)域非常廣泛，幾乎所有的稀土應用領(lǐng)域中都含有鈰。如拋光粉、儲氫材料、熱電材料、鈰鎢電極、陶瓷電容器、壓電陶瓷、鈰碳化硅磨料、燃料電池原料、汽油催化劑、某些永磁材料、各種合金鋼及有色金屬等。
鐠(Pr)
大約160年前，瑞典人莫桑德從鑭中發(fā)現(xiàn)了一種新的元素，但它不是單一元素，莫桑德發(fā)現(xiàn)這種元素的性質(zhì)與鑭非常相似，便將其定名為“鐠釹”?！扮掆S”希臘語為“雙生子”之意。大約又過了40多年，也就是發(fā)明汽燈紗罩的1885年，奧地利人韋爾斯巴赫成功地從“鐠釹”中分離出了兩個元素，一個取名為“釹”，另一個則命名為“鐠”。這種“雙生子”被分隔開了，鐠元素也有了自己施展才華的廣闊天地。
鐠是用量較大的稀土元素，其主要用于玻璃、陶瓷和磁性材料中。（1）鐠被廣泛應用于建筑陶瓷和日用陶瓷中，其與陶瓷釉混合制成色釉，也可單獨作釉下顏料，制成的顏料呈淡黃色，色調(diào)純正、淡雅。（2）用于制造永磁體。選用廉價的鐠釹金屬代替純釹金屬制造永磁材料，其抗氧性能和機械性能明顯提高，可加工成各種形狀的磁體。廣泛應用于各類電子器件和馬達上。（3）用于石油催化裂化。以鐠釹富集物的形式加入Y型沸石分子篩中制備石油裂化催化劑，可提高催化劑的活性、選擇性和穩(wěn)定性。我國70年代開始投入工業(yè)使用，用量不斷增大。（4）鐠還可用于磨料拋光。另外，鐠在光纖領(lǐng)域的用途也越來越廣。
釹(Nd)
伴隨著鐠元素的誕生，釹元素也應運而生，釹元素的到來活躍了稀土領(lǐng)域，在稀土領(lǐng)域中扮演著重要角色，并且左右著稀土市場。
釹元素憑借其在稀土領(lǐng)域中的獨特地位，多年來成為市場關(guān)注的熱點。金屬釹的最大用戶是釹鐵硼永磁材料。釹鐵硼永磁體的問世，為稀土高科技領(lǐng)域注入了新的生機與活力。釹鐵硼磁體磁能積高，被稱作當代“永磁之王”，以其優(yōu)異的性能廣泛用于電子、機械等行業(yè)。阿爾法磁譜儀的研制成功，標志著我國釹鐵硼磁體的各項磁性能已跨入世界一流水平。釹還應用于有色金屬材料。在鎂或鋁合金中添加1.5～2.5%釹，可提高合金的高溫性能、氣密性和耐腐蝕性，廣泛用作航空航天材料。另外，摻釹的釔鋁石榴石產(chǎn)生短波激光束，在工業(yè)上廣泛用于厚度在10mm以下薄型材料的焊接和切削。在醫(yī)療上，摻釹釔鋁石榴石激光器代替手術(shù)刀用于摘除手術(shù)或消毒創(chuàng)傷口。釹也用于玻璃和陶瓷材料的著色以及橡膠制品的添加劑。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，稀土科技領(lǐng)域的拓展和延伸，釹元素將會有更廣闊的利用空間。
钷(Pm)
1947年，馬林斯基（J.A.Marinsky）、格倫丹寧（L.E.Glendenin）和科里爾（C.E.Coryell）從原子能反應堆用過的鈾燃料中成功地分離出61號元素，用希臘神話中的神名普羅米修斯（Prometheus）命名為钷（Promethium）。
钷為核反應堆生產(chǎn)的人造放射性元素。钷的主要用途有（1）可作熱源。為真空探測和人造衛(wèi)星提供輔助能量。（2）Pm147放出能量低的β射線，用于制造钷電池。作為導彈制導儀器及鐘表的電源。此種電池體積小，能連續(xù)使用數(shù)年之久。此外，钷還用于便攜式X-射線儀、制備熒光粉、度量厚度以及航標燈中。
釤（Sm）
1879年，波依斯包德萊從鈮釔礦得到的“鐠釹”中發(fā)現(xiàn)了新的稀土元素，并根據(jù)這種礦石的名稱命名為釤。
釤呈淺黃色，是做釤鈷系永磁體的原料，釤鈷磁體是最早得到工業(yè)應用的稀土磁體。這種永磁體有SmCo5系和Sm2Co17系兩類。70年代前期發(fā)明了SmCo5系，后期發(fā)明了Sm2Co17系。現(xiàn)在是以后者的需求為主。釤鈷磁體所用的氧化釤的純度不需太高，從成本方面考慮，主要使用95%左右的產(chǎn)品。此外，氧化釤還用于陶瓷電容器和催化劑方面。另外，釤還具有核性質(zhì)，可用作原子能反應堆的結(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。
銪（Eu）
1901年，德馬凱（Eugene-Antole Demarcay）從“釤”中發(fā)現(xiàn)了新元素，取名為銪（Europium）。這大概是根據(jù)歐洲（EuroPE）一詞命名的。氧化銪大部分用于熒光粉。Eu3+用于紅色熒光粉的激活劑，Eu2+用于藍色熒光粉?，F(xiàn)在Y2O2S:Eu3+是發(fā)光效率、涂敷穩(wěn)定性、回收成本等最好的熒光粉。再加上對提高發(fā)光效率和對比度等技術(shù)的改進，故正在被廣泛應用。近年氧化銪還用于新型X射線醫(yī)療診斷系統(tǒng)的受激發(fā)射熒光粉。氧化銪還可用于制造有色鏡片和光學濾光片，用于磁泡貯存器件，在原子反應堆的控制材料、屏敝材料和結(jié)構(gòu)材料中也能一展身手。
釓(Gd)
1880年，瑞士的馬里格納克（G.de MarignAC）將“釤”分離成兩個元素，其中一個由索里特證實是釤元素，另一個元素得到波依斯包德萊的研究確認，1886年，馬里格納克為了紀念釔元素的發(fā)現(xiàn)者 研究稀土的先驅(qū)荷蘭化學家加多林（Gado Linium），將這個新元素命名為釓。
釓在現(xiàn)代技革新中將起重要作用。它的主要用途有：（1）其水溶性順磁絡合物在醫(yī)療上可提高人體的核磁共振（NMR）成像信號。（2）其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)。（3）在釓鎵石榴石中的釓對于磁泡記憶存儲器是理想的單基片。（4）在無Camot循環(huán)限制時，可用作固態(tài)磁致冷介質(zhì)。（5）用作控制核電站的連鎖反應級別的抑制劑，以保證核反應的安全。（6）用作釤鈷磁體的添加劑，以保證性能不隨溫度而變化。另外，氧化釓與鑭一起使用，有助于玻璃化區(qū)域的變化和提高玻璃的熱穩(wěn)定性。氧化釓還可用于制造電容器、x射線增感屏。
在世界上目前正在努力開發(fā)釓及其合金在磁致冷方面的應用，現(xiàn)已取得突破性進展，室溫下采用超導磁體、金屬釓或其合金為致冷介質(zhì)的磁冰箱已經(jīng)問世。
鋱(Tb)
1843年瑞典的莫桑德（Karl G.Mosander）通過對釔土的研究，發(fā)現(xiàn)鋱元素（Terbium）。鋱的應用大多涉及高技術(shù)領(lǐng)域，是技術(shù)密集、知識密集型的尖端項目，又是具有顯著經(jīng)濟效益的項目，有著誘人的發(fā)展前景。主要應用領(lǐng)域有：（1）熒光粉用于三基色熒光粉中的綠粉的激活劑，如鋱激活的磷酸鹽基質(zhì)、鋱激活的硅酸鹽基質(zhì)、鋱激活的鈰鎂鋁酸鹽基質(zhì)，在激發(fā)狀態(tài)下均發(fā)出綠色光。（2）磁光貯存材料，近年來鋱系磁光材料已達到大量生產(chǎn)的規(guī)模，用Tb-Fe非晶態(tài)薄膜研制的磁光光盤，作計算機存儲元件，存儲能力提高10～15倍。（3）磁光玻璃，含鋱的法拉第旋光玻璃是制造在激光技術(shù)中廣泛應用的旋轉(zhuǎn)器、隔離器和環(huán)形器的關(guān)鍵材料。特別是鋱鏑鐵磁致伸縮合金（TerFenol）的開發(fā)研制，更是開辟了鋱的新用途，Terfenol是70年代才發(fā)現(xiàn)的新型材料，該合金中有一半成份為鋱和鏑，有時加入鈥，其余為鐵，該合金由美國依阿華州阿姆斯實驗室首先研制，當Terfenol置于一個磁場中時，其尺寸的變化比一般磁性材料變化大，這種變化可以使一些精密機械運動得以實現(xiàn)。鋱鏑鐵開始主要用于聲納，目前已廣泛應用于多種領(lǐng)域，從燃料噴射系統(tǒng)、液體閥門控制、微定位到機械致動器、太空望遠鏡的調(diào)節(jié)機構(gòu)和飛機機翼調(diào)節(jié)器等領(lǐng)域。
鏑（Dy）
1886年，法國人波依斯包德萊成功地將鈥分離成兩個元素，一個仍稱為鈥，而另一個根據(jù)從鈥中“難以得到”的意思取名為鏑（dysprosium）。鏑目前在許多高技術(shù)領(lǐng)域起著越來越重要的作用，鏑的最主要用途是（1）作為釹鐵硼系永磁體的添加劑使用，在這種磁體中添加2~3%左右的鏑，可提高其矯頑力，過去鏑的需求量不大，但隨著釹鐵硼磁體需求的增加，它成為必要的添加元素，品位必須在95～99.9%左右，需求也在迅速增加。（2）鏑用作熒光粉激活劑，三價鏑是一種有前途的單發(fā)光中心三基色發(fā)光材料的激活離子，它主要由兩個發(fā)射帶組成，一為黃光發(fā)射，另一為藍光發(fā)射，摻鏑的發(fā)光材料可作為三基色熒光粉。（3）鏑是制備大磁致伸縮合金鋱鏑鐵（Terfenol）合金的必要的金屬原料，能使一些機械運動的精密活動得以實現(xiàn)。（4）鏑金屬可用做磁光存貯材料，具有較高的記錄速度和讀數(shù)敏感度。（5）用于鏑燈的制備，在鏑燈中采用的工作物質(zhì)是碘化鏑，這種燈具有亮度大、顏色好、色溫高、體積小、電弧穩(wěn)定等優(yōu)點，已用于電影、印刷等照明光源。（6）由于鏑元素具有中子俘獲截面積大的特性，在原子能工業(yè)中用來測定中子能譜或做中子吸收劑。（7）Dy3Al5O12還可用作磁致冷用磁性工作物質(zhì)。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，鏑的應用領(lǐng)域?qū)粩嗟耐卣购脱由臁?
鈥(Ho)
十九世紀后半葉，由于光譜分析法的發(fā)現(xiàn)和元素周期表的發(fā)表，再加上稀土元素電化學分離工藝的進展，更加促進了新的稀土元素的發(fā)現(xiàn)。1879年，瑞典人克利夫發(fā)現(xiàn)了鈥元素并以瑞典首都斯德哥爾摩地名命名為鈥（holmium）。
鈥的應用領(lǐng)域目前還有待于進一步開發(fā)，用量不是很大，最近，包鋼稀土研究院采用高溫高真空蒸餾提純技術(shù)，研制出非稀土雜質(zhì)含量很低的高純金屬鈥Ho/ΣRE>99.9%。目前鈥的主要用途有：用作金屬鹵素燈添加劑，金屬鹵素燈是一種氣體放電燈，它是在高壓汞燈基礎上發(fā)展起來的，其特點是在燈泡里充有各種不同的稀土鹵化物。目前主要使用的是稀土碘化物，在氣體放電時發(fā)出不同的譜線光色。在鈥燈中采用的工作物質(zhì)是碘化鈥，在電弧區(qū)可以獲得較高的金屬原子濃度，從而大大提高了輻射效能。（2）鈥可以用作釔鐵或釔鋁石榴石的添加劑；（3）摻鈥的釔鋁石榴石（Ho:YAG）可發(fā)射2μm激光，人體組織對2μm激光吸收率高，幾乎比Hd:YAG高3個數(shù)量級。所以用Ho:YAG激光器進行醫(yī)療手術(shù)時，不但可以提高手術(shù)效率和精度，而且可使熱損傷區(qū)域減至更小。鈥晶體產(chǎn)生的自由光束可消除脂肪而不會產(chǎn)生過大的熱量，從而減少對健康組織產(chǎn)生的熱損傷，據(jù)報道美國用鈥激光治療青光眼，可以減少患者手術(shù)的痛苦。我國2μm激光晶體的水平已達到國際水平，應大力開發(fā)生產(chǎn)這種激光晶體。（4）在磁致伸縮合金Terfenol-D中，也可以加入少量的鈥，從而降低合金飽和磁化所需的外場。（5）另外用摻鈥的光纖可以制作光纖激光器、光纖放大器、光纖傳感器等等光通訊器件在光纖通信迅猛的今天將發(fā)揮更重要的作用。
鉺（Er）
1843年，瑞典的莫桑德發(fā)現(xiàn)了鉺元素（Erbium）。鉺的光學性質(zhì)非常突出，一直是人們關(guān)注的問題：（1）Er3+在1550nm處的光發(fā)射具有特殊意義，因為該波長正好位于光纖通訊的光學纖維的最低損失，鉺離子（Er3+）受到波長980nm、1480nm的光激發(fā)后，從基態(tài)4I15/2躍遷至高能態(tài)4I13/2，當處于高能態(tài)的Er3+再躍遷回至基態(tài)時發(fā)射出1550nm波長的光，石英光纖可傳送各種不同波長的光，但不同的光光衰率不同，1550nm頻帶的光在石英光纖中傳輸時光衰減率最低（0.15分貝/公里），幾乎為下限極限衰減率。因此，光纖通信在1550nm處作信號光時，光損失最小。這樣，如果把適當濃度的鉺摻入合適的基質(zhì)中，可依據(jù)激光原理作用，放大器能夠補償通訊系統(tǒng)中的損耗，因此在需要放大波長1550nm光信號的電訊網(wǎng)絡中，摻鉺光纖放大器是必不可少的光學器件，目前摻鉺的二氧化硅纖維放大器已實現(xiàn)商業(yè)化。據(jù)報道，為避免無用的吸收，光纖中鉺的摻雜量幾十至幾百PPm。光纖通信的迅猛發(fā)展，將開辟鉺的應用新領(lǐng)域。（2）另外摻鉺的激光晶體及其輸出的1730nm激光和1550nm激光對人的眼睛安全，大氣傳輸性能較好，對戰(zhàn)場的硝煙穿透能力較強，保密性好，不易被敵人探測，照射軍事目標的對比度較大，已制成軍事上用的對人眼安全的便攜式激光測距儀。（3）Er3+加入到玻璃中可制成稀土玻璃激光材料，是目前輸出脈沖能量最大，輸出功率最高的固體激光材料。（4）Er3+還可做稀土上轉(zhuǎn)換激光材料的激活離子。（5）另外鉺也可應用于眼鏡片玻璃、結(jié)晶玻璃的脫色和著色等。
銩（Tm）
銩元素是1879年瑞典的克利夫發(fā)現(xiàn)的，并以斯堪迪那維亞（Scandinavia）的舊名Thule命名為銩（Thulium）。
銩的主要用途有以下幾個方面：（1）銩用作醫(yī)用輕便X光機射線源，銩在核反應堆內(nèi)輻照后產(chǎn)生一種能發(fā)射X射線的同位素，可用來制造便攜式血液輻照儀上，這種輻射儀能使銩-169受到高中子束的作用轉(zhuǎn)變?yōu)殇A-170，放射出X射線照射血液并使白血細胞下降，而正是這些白細胞引起器官移植排異反應的，從而減少器官的早期排異反應。（2）銩元素還可以應用于臨床診斷和治療腫瘤，因為它對腫瘤組織具有較高親合性，重稀土比輕稀土親合性更大，尤其以銩元素的親合力最大。（3）銩在X射線增感屏用熒光粉中做激活劑LaOBr:Br（藍色），達到增強光學靈敏度，因而降低了X射線對人的照射和危害，與以前鎢酸鈣增感屏相比可降低X射線劑量50%，這在醫(yī)學應用具有重要現(xiàn)實的意義。（4）銩還可在新型照明光源 金屬鹵素燈做添加劑。（5）Tm3+加入到玻璃中可制成稀土玻璃激光材料，這是目前輸出脈沖量最大，輸出功率最高的固體激光材料。Tm3+也可做稀土上轉(zhuǎn)換激光材料的激活離子。
鐿（Yb）
1878年，查爾斯（Jean Charles）和馬利格納克（G.de Marignac）在“鉺”中發(fā)現(xiàn)了新的稀土元素，這個元素由伊特必（Ytterby）命名為鐿（Ytterbium）。
鐿的主要用途有（1）作熱屏蔽涂層材料。鐿能明顯地改善電沉積鋅層的耐蝕性，而且含鐿鍍層比不含鐿鍍層晶粒細小，均勻致密。（2）作磁致伸縮材料。這種材料具有超磁致伸縮性即在磁場中膨脹的特性。該合金主要由鐿/鐵氧體合金及鏑/鐵氧體合金構(gòu)成，并加入一定比例的錳，以便產(chǎn)生超磁致伸縮性。（3）用于測定壓力的鐿元件，試驗證明，鐿元件在標定的壓力范圍內(nèi)靈敏度高，同時為鐿在壓力測定應用方面開辟了一個新途徑。（4）磨牙空洞的樹脂基填料，以替換過去普遍使用銀汞合金。（5）日本學者成功地完成了摻鐿釓鎵石榴石埋置線路波導激光器的制備工作，這一工作的完成對激光技術(shù)的進一步發(fā)展很有意義。另外，鐿還用于熒光粉激活劑、無線電陶瓷、電子計算機記憶元件（磁泡）添加劑、和玻璃纖維助熔劑以及光學玻璃添加劑等。
镥（Lu）
1907年，韋爾斯巴赫和尤貝恩（G.Urbain）各自進行研究，用不同的分離方法從“鐿”中又發(fā)現(xiàn)了一個新元素，韋爾斯巴赫把這個元素取名為Cp(CASSiopeium)，尤貝恩根據(jù)巴黎的舊名lutece將其命名為Lu(Lutetium)。后來發(fā)現(xiàn)Cp和Lu是同一元素，便統(tǒng)一稱為镥。
镥的主要用途有（1）制造某些特殊合金。例如镥鋁合金可用于中子活化分析。（2）穩(wěn)定的镥核素在石油裂化、烷基化、氫化和聚合反應中起催化作用。（3）釔鐵或釔鋁石榴石的添加元素，改善某些性能。（4）磁泡貯存器的原料。（5）一種復合功能晶體摻镥四硼酸鋁釔釹，屬于鹽溶液冷卻生長晶體的技術(shù)領(lǐng)域，實驗證明，摻镥NYAB晶體在光學均勻性和激光性能方面均優(yōu)于NYAB晶體。（6）經(jīng)國外有關(guān)部門研究發(fā)現(xiàn)，镥在電致變色顯示和低維分子半導體中具有潛在的用途。此外，镥還用于能源電池技術(shù)以及熒光粉的激活劑等。
釔(Y)
1788年，一位以研究化學和礦物學、收集礦石的業(yè)余愛好者瑞典軍官卡爾·阿雷尼烏斯（Karl Arrhenius）在斯德哥爾摩灣外的伊特必村（Ytterby），發(fā)現(xiàn)了外觀象瀝青和煤一樣的黑色礦物，按當?shù)氐牡孛麨橐撂乇氐V（YtterbITe）。1794年芬蘭化學家約翰·加多林分析了這種伊特必礦樣品。發(fā)現(xiàn)其中除鈹、硅、鐵的氧化物外，還含有約38%的未知元素的氧化物棗“新土”。1797年，瑞典化學家埃克貝格（Anders GusTaf Ekeberg）確認了這種“新土”，命名為釔土（Yttria,釔的氧化物之意）。
釔是一種用途廣泛的金屬，主要用途有:（1）鋼鐵及有色合金的添加劑。FeCR合金通常含0.5-4%釔，釔能夠增強這些不銹鋼的抗氧化性和延展性；MB26合金中添加適量的富釔混合稀土后，合金的綜合性能得到明顯的改善，可以替代部分中強鋁合金用于飛機的受力構(gòu)件上；在Al-Zr合金中加入少量富釔稀土，可提高合金導電率；該合金已為國內(nèi)大多數(shù)電線廠采用；在銅合金中加入釔，提高了導電性和機械強度。（2）含釔6%和鋁2%的氮化硅陶瓷材料，可用來研制發(fā)動機部件。（3）用功率400瓦的釹釔鋁石榴石激光束來對大型構(gòu)件進行鉆孔、切削和焊接等機械加工。（4）由Y-Al石榴石單晶片構(gòu)成的電子顯微鏡熒光屏，熒光亮度高，對散射光的吸收低，抗高溫和抗機械磨損性能好。（5）含釔達90%的高釔結(jié)構(gòu)合金，可以應用于航空和其它要求低密度和高熔點的場合。（6）目前倍受人們關(guān)注的摻釔SrZrO3高溫質(zhì)子傳導材料，對燃料電池、電解池和要求氫溶解度高的氣敏元件的生產(chǎn)具有重要的意義。此外，釔還用于耐高溫噴涂材料、原子能反應堆燃料的稀釋劑、永磁材料添加劑以及電子工業(yè)中作吸氣劑等。
鈧(Sc)
1879年，瑞典的化學教授尼爾森（L.F.Nilson, 1840~1899）和克萊夫（P.T.Cleve, 1840~1905）差不多同時在稀有的礦物硅鈹釔礦和黑稀金礦中找到了一種新元素。他們給這一元素定名為“Scandium”（鈧），鈧就是門捷列夫當初所預言的“類硼”元素。他們的發(fā)現(xiàn)再次證明了元素周期律的正確性和門捷列夫的遠見卓識。
鈧比起釔和鑭系元素來，由于離子半徑特別小，氫氧化物的堿性也特別弱，因此，鈧和稀土元素混在一起時，用氨（或極稀的堿）處理，鈧將首先析出，故應用“分級沉淀”法可比較容易地把它從稀土元素中分離出來。另一種方法是利用硝酸鹽的分極分解進行分離，由于硝酸鈧最容易分解，從而達到分離的目的。
用電解的方法可制得金屬鈧，在煉鈧時將ScCl3、KCl、LICl共熔，以熔融的鋅為陰極電解之，使鈧在鋅極上析出，然后將鋅蒸去可得金屬鈧。另外，在加工礦石生產(chǎn)鈾、釷和鑭系元素時易回收鈧。鎢、錫礦中綜合回收伴生的鈧也是鈧的重要來源之一。
鈧在化合物中主要呈3價態(tài)，在空氣中容易氧化成Sc2O3而失去金屬光澤變成暗灰色。
鈧能與熱水作用放出氫，也易溶于酸，是一種強還原劑。
鈧的氧化物及氫氧化物只顯堿性，但其鹽灰?guī)缀醪荒芩?。鈧?a target="_new">氯化物為白色結(jié)晶，易溶于水并能在空氣中潮解。
在冶金工業(yè)中，鈧常用于制造合金（合金的添加劑），以改善合金的強度、硬度和耐熱和性能。如，在鐵水中加入少量的鈧，可顯著改善鑄鐵的性能，少量的鈧加入鋁中，可改善其強度和耐熱性。
在電子工業(yè)中，鈧可用作各種半導體器件，如鈧的亞硫酸鹽在半導體中的應用已引起了國內(nèi)外的注意，含鈧的鐵氧體在計算機磁芯中也頗有前途。
在化學工業(yè)上，用鈧化合物作酒精脫氫及脫水劑，生產(chǎn)乙烯和用廢鹽酸生產(chǎn)氯時的高效催化劑。
在玻璃工業(yè)中，可以制造含鈧的特種玻璃。
在電光源工業(yè)中，含鈧和鈉制成的鈧鈉燈，具有效率高和光色正的優(yōu)點。
自然界中鈧均以45Sc形式存在，另外，鈧還有9種放射性同位素，即40～44Sc和46～49Sc。其中，46Sc作為示蹤劑，已在化工、冶金及海洋學等方面使用。在醫(yī)學上，國外還有人研究用46Sc來醫(yī)治癌癥。鈧的性質(zhì)及用途。
