我國是舉世公認(rèn)的
稀土資源大國。稀土
工業(yè)和稀土應(yīng)用是從本世紀(jì)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(yīng)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(yīng)用園地），就是和讀者共同學(xué)習(xí)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(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展展望，探討稀土在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要作用和宣傳國家對開發(fā)稀土及應(yīng)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(jì)末被發(fā)現(xiàn)時而得名，當(dāng)時認(rèn)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(yīng)用也隨著科技的發(fā)展從初級到高級，從19世紀(jì)末應(yīng)用稀土制造汽汽燈紗罩、打火石和弧光燈碳棒等初級應(yīng)用產(chǎn)品發(fā)展到現(xiàn)在把稀土廣泛應(yīng)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(qiáng)。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(xué)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(xué)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(dāng)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(xué)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(yīng)，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(xì)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(yīng)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(yīng)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(jìn)農(nóng)作物的種子萌發(fā)，促進(jìn)根系生長，促進(jìn)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 |
0.00 |
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 |
68.0 |
3.62 |
11.2 |
|
60 |
|
144.27 |
1.15 |
7.007 |
1024±5 |
3180 |
2270 |
64.3 |
3.68 |
46 |
|
61 |
Pm |
147.00 |
1.14 |
－ |
－ |
－ |
－ |
－ |
2.83 |
－ |
|
62 |
|
150.35 |
1.13 |
7.504 |
1052±5 |
1630 |
2350 |
88.0 |
1.55～1.65 |
5500 |
|
63 |
Eu |
152.00 |
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 |
56.0 |
10.6 |
1100 |
|
67 |
Ho |
164.94 |
1.05 |
8.799 |
1490 |
2330 |
2360 |
87.0 |
10.6 |
64 |
|
68 |
Er |
167.27 |
1.04 |
9.058 |
1500～1550 |
2630 |
2355 |
107.0 |
9.6 |
166 |
|
69 |
Tm |
168.94 |
1.04 |
9.318 |
1500～1600 |
2130 |
2400 |
79.0 |
7.6 |
118 |
|
70 |
Yb |
173.04 |
1.00 |
6.959 |
824±5 |
1530 |
2346 |
27.0 |
4.5 |
36 |
|
71 |
Lu |
174.99 |
0.99 |
9.849 |
1650～1750 |
1930 |
2400 |
79.0 |
0.00 |
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(dāng)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(yīng)用非常廣泛，如應(yīng)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(xué)玻璃、激光材料、各種合金材料等。她也應(yīng)用到制備許多有機(jī)
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(xué)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(jì)念1801年發(fā)現(xiàn)的小行星——谷神星。
鈰廣泛應(yīng)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(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。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(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。美國在這方面的
消費量占稀土總消費量的三分之一強(qiáng)。（3）硫化鈰可以取代鉛、鎘等對環(huán)境和人類有害的金屬應(yīng)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(xué)。鈰應(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(yīng)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(jī)械性能明顯提高，可加工成各種形狀的磁體。廣泛應(yīng)用于各類電子器件和馬達(dá)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(yīng)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(jī)與活力。釹鐵硼磁體磁能積高，被稱作當(dāng)代“永磁之王”，以其優(yōu)異的性能廣泛用于電子、機(jī)械等行業(yè)。阿爾法磁譜儀的研制成功，標(biāo)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(yīng)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(xué)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(yīng)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(yīng)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(dǎo)彈制導(dǎo)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(biāo)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(yīng)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(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。
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（Euro
PE）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(lán)色熒光粉。現(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(jìn)，故正在被廣泛應(yīng)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(xué)濾光片，用于磁泡貯存器件，在原子反應(yīng)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 Marign
AC）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(rèn)，1886年，馬里格納克為了紀(jì)念釔元素的發(fā)現(xiàn)者 研究稀土的先驅(qū)荷
蘭化學(xué)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(luò)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(yīng)級別的抑制劑，以保證核反應(yīng)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(yīng)用，現(xiàn)已取得突破性進(jìn)展，室溫下采用超導(dǎo)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(yīng)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(jì)效益的項目，有著誘人的發(fā)展前景。主要應(yīng)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(dá)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(jī)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(yīng)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(dāng)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(jī)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(yīng)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(jī)械致動器、太空望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和
飛機(jī)機(jī)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(lán)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(jī)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(xué)技術(shù)的發(fā)展，鏑的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)粩嗟耐卣购脱由臁?/DIV>
鈥(Ho)
十九世紀(jì)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(xué)分離工藝的進(jìn)展，更加促進(jìn)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(yīng)用領(lǐng)域目前還有待于進(jìn)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?zé)籼砑觿�，金屬鹵素?zé)羰且环N氣體放電燈，它是在高壓
汞燈基礎(chǔ)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(jìn)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(dá)到國際水平，應(yīng)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(xué)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(xué)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(dāng)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(dāng)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(luò)中，摻鉺光纖放大器是必不可少的光學(xué)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(yīng)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(qiáng)，保密性好，不易被敵人探測，照射軍事目標(biāo)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(yīng)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(jī)射線源，銩在核反應(yīng)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(xì)胞下降，而正是這些白細(xì)胞引起器官移植排異反應(yīng)的，從而減少器官的早期排異反應(yīng)。（2）銩元素還可以應(yīng)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(lán)色），達(dá)到增強(qiáng)光學(xué)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(xué)應(yīng)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?zé)糇鎏砑觿＃?）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(xì)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(biāo)定的壓力范圍內(nèi)靈敏度高，同時為鐿在壓力測定應(yīng)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(xué)者成功地完成了摻鐿釓鎵石榴石埋置線路波導(dǎo)激光器的制備工作，這一工作的完成對激光技術(shù)的進(jìn)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(jī)記憶元件（磁泡）添加劑、和
玻璃纖維助熔劑以及光學(xué)玻璃添加劑等。
镥（Lu）
1907年，韋爾斯巴赫和尤貝恩（G.Urbain）各自進(jìn)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(C
ASSiopeium)，尤貝恩根據(jù)巴黎的舊名lutece將其命名為Lu(Lute
tium)。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(yīng)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(fù)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(xué)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(dǎo)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(xué)和礦物學(xué)、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(dāng)?shù)氐牡孛麨橐撂乇氐V（Ytterb
ITe）。1794年芬蘭化學(xué)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(xué)家�？素惛瘢ˋnders Gus
Taf Ekeberg）確認(rèn)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。Fe
CR合金通常含0.5-4%釔，釔能夠增強(qiáng)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(qiáng)鋁合金用于飛機(jī)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(dǎo)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(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)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(jī)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(jìn)行鉆孔、切削和焊接等機(jī)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(jī)械磨損性能好。（5）含釔達(dá)90%的高釔結(jié)構(gòu)合金，可以應(yīng)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(dǎo)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(yīng)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(xué)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(dāng)初所預(yù)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(yuǎn)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(yīng)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(jìn)行分離，由于硝酸鈧最容易分解，從而達(dá)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、L
ICl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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度和耐熱性。
在電子工業(yè)中，鈧可用作各種半導(dǎo)體器件，如鈧的亞硫酸鹽在半導(dǎo)體中的應(yīng)用已引起了國內(nèi)外的注意，含鈧的鐵氧體在計算機(jī)磁芯中也頗有前途。
在化學(xué)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(xué)等方面使用。在醫(yī)學(xué)上，國外還有人研究用46Sc來醫(yī)治癌癥。鈧的性質(zhì)及用途。
相關(guān)資訊
發(fā)表評論
今日最新導(dǎo)讀
快速搜索
當(dāng)前位置：