我国的稀土工业 我国的稀土工业是五十年代后期才建立起来,发展迅速,已拥有世界上人数最多的科技队伍,建立了较先进的分析检测手段,形成了科研、设计、生产、开发应用较完整的工业体系。目前,我国已经建成几十座稀土工厂,其中有亚洲最大的稀土工厂——甘肃稀土公司;有分离手段齐全、技术水平较高的上海跃龙有色金属有限公司;有巨大的稀土精矿生产基地——包头钢铁稀土公司。1986年以后我国的稀土生产跃居世界第一位。
稀土产品,从精矿、富集物等各类初级产品至各种单一高纯稀土化合物、金属、合金及各种延伸产品共400多种,上千个规格。除满足国内需求外,还大量销往日本、美国和欧洲,每年为国创汇颇丰,是我国有色金属主要出口产品之一。 稀土 稀土是元素周期表中镧系元素和与其性质相近的钪和钇等17种元素的总称,常用英文字母RE表示。 17种稀土元素是:镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、钪(Sc)、钇(Y)。通常把镧、铈、镨、钕、钷、钐、肴称为轻稀土或铈组稀土;把钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇称为重稀土或钇组稀土。钷元素十分稀少。过去认为在自然界中不存在,到1947年,最初由美国人从轴裂变产物产获得放射性元素钷Pm147。1965年,芬兰某磷酸厂处理磷灰石时才发现痕量的钷。
稀土金属名称的由来 稀土金属是从十八世纪末开始陆续发现的。当时人们常把不溶于水的固体氧化物称为土(例如把氧化铝称为陶土)。稀土意即“稀少的土”,一般是以氧化物状态从矿物中分离出来,又很稀少,因而得名。随着科技水平的不断发展,对稀土元素认识的不断深化,发现原以为稀少难得的稀土金属,实际上并不稀少,如铈、钇等稀土金属,在地壳中的含量就高于常见的金属锌、铜、铅、锡等。因此可以说,稀土是历史遗留的名称,今天只是沿用其名而已。
稀土金属的主要性质由于稀土金属的物化性质极相似,故不易获得单一稀土。稀土金属化学活性很强,在较低温度下也能和氢、碳、氮、磷等作用,都溶于盐酸、硫酸和硝酸。但在氢氟酸和磷酸中是稳定的。室温下,稀土金属在干或湿空气中的稳定性,决定于所形成的氧化物的结构及性质。稀土金属(铈除外)的熔点均在800-1700℃之间,而其氧化物熔点大都在2000℃以上。稀土金属及其化合物多具有顺磁性。纯稀土金属的导电性好,但随着金属纯度的下降,又会变为不良导体;而在超低温下(-263℃)却具有超导性。
纯稀土金属的塑性好,易于加工;而机械性能的好坏,主要取决于杂质(特别是氧、氮、硫和碳)含量的高低。 稀土在冶金中的应用稀土金属广泛的用于冶金工业。钢中加入稀土,可起到脱氧、脱硫、细化晶粒作用,提高了机械性能和抗氧化性能,是精密合金重要添加剂;稀土高强低合金钢已广泛应用;稀土硅镁合金是优良球化剂,使铸铁韧性和强度显著提高,已获得大量应用;稀土镍铬合金使用温度提高到1400℃,是重要的电热合金;稀土火石合金50多年来一直成功的延用。稀土铝、镁合金已有十几个品种,提高了合金强度和抗氧化温度。钕、钇镁合金使飞机蒙皮抗氧化使用温度提高到250℃以上。稀土铝电缆合金提高了强度,改善了导电性能,用于高压输电。另外,稀土铜、钛、镍合金也有重要应用。
稀土催化剂在石油化学工业,稀土主要用于制造各种催化剂。其中,石油裂化催化剂是稀土的主要用途,它不但能改善催化剂的性质,而且能使催化剂再生复用。我国首创的合成橡胶稀土催化剂,能够长期使用不必脱灰,既简化了后处理工序,且减少了催化剂用量。尾气净化稀土催化剂,具有活性大、稳定性好等优点,可用于汽车尾气和工业废气的净化,如混合稀土氧化物用作内燃机的尾气净化剂,可将尾气中的一氧化碳、碳氢化合物等转化生成无害的二氧化碳和水蒸气,还可将有害的氮氧化物还原为无害的氮和氧,对控制环境污染,具有重要意义。 玻璃和陶瓷工业中稀土的妙用玻璃和陶瓷工业是稀土用量日益增多的部门,稀土主要用于抛光、脱色、着色,以及制造特种光学玻璃和陶瓷。
氧化铈等抛光材料与其它抛光材料相比,有磨得快、质量好、无污染等优点。某些稀土氧化物具有强的氧化能力,是优良的玻璃脱色剂;与此相反,因其良好的光学特性,又可使玻璃着色。添加剂稀土可使玻璃具有特殊性能,如含铈的防辐射玻璃、显像管玻璃,含铈、钕的激光玻璃等。
一些稀土氧化物是陶瓷的着色颜料,具有色彩鲜艳、稳定、色匀和耐高温等特点,可配制成各种色釉和亮度都好的高温陶瓷颜料(如镨黄)。稀土氧化物还可制作能反射红外线的透明陶瓷(含氧化钇)或不透明的陶瓷釉(含氧化铈),以及耐火制品、现代精密陶瓷、压电陶瓷、消音瓷釉、汽车尾气控制系统的传感器和固体测氧电池等。