稀土材料的研究和应用现状
摘 要：阐述了稀土元素的概念、分布和特性，并在此基础上分析了稀土在传统领域和新材料领域中的应用。
关键词：稀土元素；稀土分布；稀土特性；稀土应用
- 稀土材料的研究
- 稀土元素的介绍
稀土（Rare Earth简称RE或R）是元素周期表中铜系元素鯛(La)、铺（Ce）、错(Pr)、钗（Nd）、（Pm）、初（Sm）、钥（Eu）、包（Gd）、钺（Tb）、铜（Dy）,钦（Ho）、铝（Er）、钥（Tm）、镜（Yb）、错（Lu）,加上与其同族的铳（Sc）（也有定义该金属为稀散金属）和钮（Y）,共17种元素的总称[[1]]。它们都处在元素周期表中的IDB族,常用R或RE表示。稀土其实非“土”,它们都是典型的金属，其金属光泽介于铁和银之间。大多数稀土金属都呈现铁磁性[[2]]。
- 稀土资源的地域分布
世界稀土资源在地壳中含量相对丰富，但已发现的可开釆稀土矿比其他矿种相对要少，世界稀土矿主要是氟碳铺和独居石。具有开采价值的氟碳铺矿主要源自中国和美国，占世界稀土资源的大部分；独居石储量次之，主要产于澳大利亚、巴西、中国、印度和马来西亚；其余的稀土资源主要是磷灰石、异性石、富针独居石、二级独居石等。美国稀土储量约占世界13%,其中的MountainPass矿为世界上品味最高的稀土矿。中国是世界上稀土资源较为丰富的国家之一。中国稀土矿床在地域分布上具有面广而又相对集中的特点。全国稀土资源总量的98%分布在内蒙、江西、广东、四川、山东等地区，形成北、南、东、西的分布格局和“北轻南重”的分布特点，具体表现为北方以内蒙古白云鄂博为代表，独居石矿和氟碳舖矿为主的轻稀土资源和中国特有的以离子型稀土矿为主的南方中重稀土资源。
- 稀土特性的简单介绍
- 稀土材料的磁特性
材料的磁性来源于物质内部的电子和核的电性能。稀土元素具备独特的4f 电子结构，较大的原子磁距，很强的自旋轨道耦合性能，形成化合物后，配位数可在3～12进行组合，因此在制造磁性材料时得到了广泛的应用[[3]]，比如，在有关研究中我们发现：“Cerium-based intermetallics often reveal at low tempera-tures unusual physical properties due to the presence of an unstable electronic 4f shell. Depending on the strength of f-ligand hybridization1 one observes in these com-pounds phenomena such as long-range magnetic ordering, Kondo effect, heavy-fermion behavior, valence fluctu-ations, or/and superconductivity.”[[4]]
- 稀土材料的物理特性
稀土元素的物理性质相似并且异常活泼，很容易同氧、硫、铅等元素生成熔点较高的化合物，在钢水中加入稀土，可以起到净化钢的作用。稀土元素具有未充满的f4电子层结构，可以产生多种多样的电子能级，因此可以作为优良的荧光，激光和电光源材料以及彩色玻璃、陶瓷的材料。另外稀土形成的化合物可以应用于印染行业，同时具备微量元素的特点，广泛应用于农业领域。
- 稀土材料的化学特性
稀土元素具有相似且异常活泼的化学性质，极易同氧、氢、硫、氮等作用生成相应的稳定化合物，稀土金属可用作还原剂，在冶金工业中作脱氧剂和脱硫剂; 稀土金属(铈等)的燃点低，并在燃烧时放出大量的热，利用这一特性可制造打火石和军用发火合金材料；某些稀土元素具有变价的性质，其氧化还原性质可以用作脱色剂、防辐射材料等。稀土材料可以用于稀土镁合金、稀土钛合金、稀土铝合金以及稀土非金属材料的制造，广泛应用于航天航空、汽车制造等领域。稀土元素制成催化剂可以将石油提炼工业中的副产品乙烯、丙烯、丁烯和芳香烃等迅速聚合成各种性能的合成橡胶，达到甚至超越天然橡胶的性能。
- 稀土的应用
- 传统领域的应用
- 稀土在农轻工中的应用
早在20世纪五六十年代，稀土就在农业、纺织业、石油化学工业等传统领域得到了广泛的应用。稀土元素作为微量元素用于农业主要有２个优点：一是作为植物的生长、生理调节剂，使农作物具有高产量、优品质和抗逆性３大特性；二是稀土属低毒、非致畸、非致癌物质，合理使用稀土对人畜无害，对环境无污染。在纺织业中，铈组元素（Eu以前的镧系元素）的氯化物或醋酸盐可提高纺织品的耐水性，并使织物具有防腐、防蛀、防酸等性能。某些稀土化合物还可以作为皮革的着色剂或媒染剂，La、Ce、Nd的一些化合物可用作油漆的干燥剂，增强油漆的耐腐蚀性[[5]]。
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