稀土专题研讨
什 么 是 稀 土 ？
稀土便是化学元素周期表中镧系元素—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)，以及与镧系的15个元素密切相关的两个元素—钪（Sc）和钇（Y）共17种元素，称为稀土元素（Rare Earth）。简称稀土（RE或R）。
?稀土元素开端是从瑞典产的比较稀疏的矿藏中发现的，“土”是按其时的习气，称不溶于水的物质，故称稀土。
?根据稀土元素原子电子层结构和物理化学性质，以及它们在矿藏中共生状况和不同的离子半径可发作不同性质的特征，十七种稀土元素一般分为二组。
?轻稀土（又称铈组）包含：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆。
?重稀土（又称钇组）包含：铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇。
?称铈组或钇组，是由于矿藏经别离得到的稀土混合物中，常以铈或钇占优势而得名。
稀土元素的首要物理化学性质
??稀土元素是典型的金属元素。它们的金属生动性仅次于碱金属和碱土金属元素，而比其他金属元素生动。在17个稀土元素傍边，按金属的生动次第摆放，由钪，钇、镧递加，由镧到镥递减，即镧元素最生动。稀土元素能构成化学安稳的氧化物、卤化物、硫化物。稀土元素能够和氮、氢、碳、磷发作反响，易溶于盐酸、硫酸和硝酸中。
??稀土易和氧、硫、铅等元素化合生成熔点高的化合物，因此在钢水中参加稀土，能够起到净化钢的效果。由于稀土元素的金属原子半径比铁的原子半径大，很简单添补在其晶粒及缺点中，并生成能阻止晶粒持续成长的膜，然后使晶粒细化而进步钢的功能。
??稀土元素具有未充溢的4f电子层结构，并由此而发作多种多样的电子能级。因此，稀土能够作为优秀的荧光，激光和电光源资料以及彩色玻璃、陶瓷的釉料。
??稀土离子与羟基、偶氮基或磺酸基等构成结合物，使稀土广泛用于印染职业。而某些稀土元素具有中子抓获截面积大的特性，如钐、铕、钆、镝和铒，可用作原子能反响堆的操控资料和减速剂。而铈、钇的中子抓获截面积小，则可作为反响堆燃料的稀释剂。
??稀土具有类似微量元素的性质，能够促进农作物的种子萌生，促进根系成长，促进植物的光合效果。
17种稀土元素称号的由来及用处浅说
①、镧(La)
“镧”这个元素是1839年被命名的，其时有个叫“莫桑德”的瑞典人发现铈土中含有其它元素，他借用希腊语中“躲藏”一词把这种元素取名为“镧”。从此，镧便登上了历史舞台。 ??
镧的运用十分广泛，如运用于压电资料、电热资料、热电资料、磁阻资料、发光资料（兰粉）、贮氢资料、光学玻璃、激光资料、各种合金资料等。她也运用到制备许多有机化工产品的催化剂中，光转化农用薄膜也用到镧，在国外，科学家把镧对作物的效果赋与“超级钙”的美称。②铈（Ce）
??“铈”这个元素是由德国人克劳普罗斯，瑞典人乌斯伯齐力、希生格尔于1803年发现并命名的，以留念1801年发现的小行星——谷神星。 ??铈广泛运用于：
（1） 铈作为玻璃添加剂，能吸收紫外线与红外线，现已被很多运用于轿车玻璃。不仅能防紫外线，还可下降车内温度，然后节省空调用电。从1997年起，日本轿车玻璃全参加氧化铈，1996年用于轿车玻璃的氧化铈至少有2000吨，美国约一千多吨。
（2） 现在正将铈运用到轿车尾气净化催化剂中，可有用防止很多轿车废气排到空气中。美国在这方面的消费量占稀土总消费量的三分之一强。
（3） 硫化铈能够替代铅、镉等对环境和人类有害的金属运用到颜猜中，可对塑料上色，也可用于涂料、油墨和纸张等职业。现在抢先的是法国罗纳普朗克公司。
（4） Ce:LiSAF激光体系是美国研宣布来的固体激光器，经过监测色氨酸浓度可用于探查生物武器，还可用于医学。铈运用范畴十分广泛，简直一切的稀土运用范畴中都含有铈。如抛光粉、储氢资料、热电资料、铈钨电极、陶瓷电容器、压电陶瓷、铈碳化硅磨料、燃料电池质料、汽油催化剂、某些永磁资料、各种合金钢及有色金属等。
③、镨(Pr)
??大约160年前，瑞典人莫桑德从镧中发现了一种新的元素，但它不是单一元素，莫桑德发现这种元素的性质与镧十分类似，便将其定名为“镨钕”。“镨钕”希腊语为“双生子”之意。大约又过了40多年，也便是创造汽灯纱罩的1885年，奥地利人韦尔斯巴赫成功地从“镨钕”中别离出了两个元素，一个取名为“钕”，另一个则命名为“镨”。这种“双生子”被分隔开了，镨元素也有了自己施展才华的宽广天地。 ??镨是用量较大的稀土元素，其首要用于玻璃、陶瓷和磁性资猜中：
（1） 镨被广泛运用于修建陶瓷和日用陶瓷中，其与陶瓷釉混合制成色釉，也可独自作釉下颜料，制成的颜料呈淡黄色，色彩纯粹、浓艳。
（2） 用于制作永磁体。选用廉价的镨钕金属替代纯钕金属制作永磁资料，其抗氧功能和机械功能明显进步，可加工成各种形状的磁体。广泛运用于各类电子器材和马达上。
（3） 用于石油催化裂化。以镨钕富集物的方式参加Y型沸石分子筛中制备石油裂化催化剂，可进步催化剂的活性、选择性和安稳性。我国70年代开端投入工业运用，用量不断增大。
（4） 镨还可用于磨料抛光。别的，镨在光纤范畴的用处也越来越广。
④、钕(Nd)
??伴跟着镨元素的诞生，钕元素也应运而生，钕元素的到来活泼了稀土范畴，在稀土范畴中扮演着重要人物，并且左右着稀土商场。 ??钕元素凭仗其在稀土范畴中的共同位置，多年来成为商场重视的热门。金属钕的最大用户是钕铁硼永磁资料。钕铁硼永磁体的面世，为稀土高科技范畴注入了新的生机与生机。钕铁硼磁体磁能积高，被称作今世“永磁之王”，以其优异的功能广泛用于电子、机械等职业。阿尔法磁谱仪的研发成功，标志着我国钕铁硼磁体的各项磁功能已跨入国际一流水平。钕还运用于有色金属资料。在镁或铝合金中添加1.5～2.5%钕，可进步合金的高温功能、气密性和耐腐蚀性，广泛用作航空航天资料。别的，掺钕的钇铝石榴石发作短波激光束，在工业上广泛用于厚度在10mm以下薄型资料的焊接和切削。在医疗上，掺钕钇铝石榴石激光器替代手术刀用于去除手术或消毒创创伤。钕也用于玻璃和陶瓷资料的上色以及橡胶制品的添加剂。跟着科学技能的开展，稀土科技范畴的拓宽和延伸，钕元素将会有更宽广的运用空间。
⑤、钷(Pm)
??1947年，马林斯基（J.A.Marinsky）、格伦丹宁（L.E.Glendenin）和科里尔（C.E.Coryell）从原子能反响堆用过的铀燃猜中成功地别离出61号元素，用希腊神话中的神名普罗米修斯（Prometheus）命名为钷（Promethium）。
??钷为核反响堆出产的人工放射性元素。钷的首要用处有：
（1） 可作热源。为真空勘探和人工卫星供给辅佐能量。
（2） Pm147放出能量低的β射线，用于制作钷电池。作为导弹制导仪器及挂钟的电源。此种电池体积小，能接连运用数年之久。此外，钷还用于便携式X-射线仪、制备荧光粉、衡量厚度以及航标灯中。
⑥、钐（Sm）
??1879年，波依斯包德莱从铌钇矿得到的“镨钕”中发现了新的稀土元素，并根据这种矿石的称号命名为钐。 ??钐呈浅黄色，是做钐钴系永磁体的质料，钐钴磁体是最早得到工业运用的稀土磁体。这种永磁体有SmCo5系和Sm2Co17系两类。70年代前期创造了SmCo5系，后期创造了Sm2Co17系。现在是以后者的需求为主。钐钴磁体所用的氧化钐的纯度不需太高，从本钱方面考虑，首要运用95%左右的产品。此外，氧化钐还用于陶瓷电容器和催化剂方面。别的，钐还具有核性质，可用作原子能反响堆的结构资料，屏敝资料和操控资料，使核裂变发作巨大的能量得以安全运用。
⑦、铕（Eu）
??1901年，德马凯（Eugene-Antole Demarcay）从“钐”中发现了新元素，取名为铕（Europium）。这大概是根据欧洲（Europe）一词命名的。氧化铕大部分用于荧光粉。Eu3+用于赤色荧光粉的激活剂，Eu2+用于蓝色荧光粉。现在Y2O2S:Eu3+是发光功率、涂敷安稳性、收回本钱等最好的荧光粉。再加上对进步发光功率和对比度等技能的改进，故正在被广泛运用。近年氧化铕还用于新式X射线医疗确诊体系的受激起射荧光粉。氧化铕还可用于制作有色镜片和光学滤光片，用于磁泡储存器材，在原子反响堆的操控资料、屏敝资料和结构资猜中也能一展身手。
⑧、钆(Gd)
??1880年，瑞士的马里格纳克（G.de Marignac）将“钐”别离成两个元素，其间一个由索里特证实是钐元素，另一个元素得到波依斯包德莱的研讨承认，1886年，马里格纳克为了留念钇元素的发现者 研讨稀土的前驱荷兰化学家加多林（Gado Linium），将这个新元素命名为钆。
??钆在现代技改造中将起重要效果。它的首要用处有：
（1）其水溶性顺磁络合物在医疗上可进步人体的核磁共振（NMR）成像信号。
（2）其硫氧化物可用作特别亮度的示波管和x射线荧光屏的基质栅网。
（3）在钆镓石榴石中的钆关于磁泡回忆存储器是抱负的单基片。
（4）在无Camot循环约束时，可用作固态磁致冷介质。
（5）用作操控核电站的连锁反响等级的抑制剂，以确保核反响的安全。
（6）用作钐钴磁体的添加剂，以确保功能不随温度而改变。别的，氧化钆与镧一同运用，有助于玻璃化区域的改变和进步玻璃的热安稳性。氧化钆还可用于制作电容器、x射线增感屏。
在国际上现在正在尽力开发钆及其合金在磁致冷方面的运用，现已获得突破性开展，室温下选用超导磁体、
金属钆或其合金为致冷介质的磁冰箱现已面世。
⑨、铽(Tb)
??1843年瑞典的莫桑德（Karl G.Mosander）经过对钇土的研讨，发现铽元素（Terbium）。铽的运用大多触及高技能范畴，是技能密集、常识密集型的顶级项目，又是具有明显经济效益的项目，有着诱人的开展前景。首要运用范畴有：
（1） 荧光粉用于三基色荧光粉中的绿粉的激活剂，如铽激活的磷酸盐基质、铽激活的硅酸盐基质、铽激活的铈镁铝酸盐基质，在激起状态下均宣布绿色光。
（2） 磁光储存资料，近年来铽系磁光资料已到达很多出产的规划，用Tb-Fe非晶态薄膜研发的磁光光盘，作计算机存储元件，存储才能进步10～15倍。
（3） 磁光玻璃，含铽的法拉第旋光玻璃是制作在激光技能中广泛运用的旋转器、隔离器和环形器的要害资料。特别是铽镝铁磁致弹性合金（TerFenol）的开发研发，更是拓荒了铽的新用处，Terfenol是70年代才发现的新式资料，该合金中有一半成份为铽和镝，有时参加钬，其他为铁，该合金由美国依阿华州阿姆斯实验室首要研发，当Terfenol置于一个磁场中时，其尺度的改变比一般磁性资料改变大，这种改变能够使一些精细机械运动得以完成。铽镝铁开端首要用于声纳，现在已广泛运用于多种范畴，从燃料喷发体系、液体阀门操控、微定位到机械致动器、太空望远镜的调理安排和飞机机翼调理器等范畴。
⑩、镝（Dy）
??1886年，法国人波依斯包德莱成功地将钬别离成两个元素，一个仍称为钬，而另一个根据从钬中“难以得到”的意思取名为镝（dysprosium）。镝现在在许多高技能范畴起着越来越重要的效果，镝的最首要用处是：
（1） 作为钕铁硼系永磁体的添加剂运用，在这种磁体中添加2~3%左右的镝，可进步其矫顽力，曩昔镝的需求量不大，但跟着钕铁硼磁体需求的添加，它成为必要的添加元素，档次必须在95～99.9%左右，需求也在敏捷添加。
（2） 镝用作荧光粉激活剂，三价镝是一种有出路的单发光中心三基色发光资料的激活离子，它首要由两个发射带组成，一为黄光发射，另一为蓝光发射，掺镝的发光资料可作为三基色荧光粉。
（3） 镝是制备大磁致弹性合金铽镝铁（Terfenol）合金的必要的金属质料，能使一些机械运动的精细活动得以完成。
（4） 镝金属可用做磁光存贮资料，具有较高的记载速度和读数敏感度。
（5） 用于镝灯的制备，在镝灯中选用的作业物质是碘化镝，这种灯具有亮度大、色彩好、色温高、体积小、电弧安稳等长处，已用于电影、印刷等照明光源。
（6） 由于镝元素具有中子抓获截面积大的特性，在原子能工业中用来测定中子能谱或做中子吸收剂。
（7） Dy3Al5O12还可用作磁致冷用磁性作业物质。跟着科学技能的开展，镝的运用范畴将会不断的拓宽和延伸。
⑾、钬(Ho)
??十九世纪后半叶，由于光谱分析法的发现和元素周期表的宣布，再加上稀土元素电化学别离工艺的开展，愈加促进了新的稀土元素的发现。1879年，瑞典人克利夫发现了钬元素并以瑞典首都斯德哥尔摩地名命名为钬（holmium）。 ??钬的运用范畴现在还有待于进一步开发，用量不是很大，最近，包钢稀土研讨院选用高温高真空蒸馏提纯技能，研宣布非稀土杂质含量很低的高纯金属钬Ho/ΣRE>99.9%。现在钬的首要用处有：
A、用作金属卤素灯添加剂，金属卤素灯是一种气体放电灯，它是在高压汞灯基础上开展起来的，其特点是在灯泡里充有各种不同的稀土卤化物。现在首要运用的是稀土碘化物，在气体放电时宣布不同的谱线光色。在钬灯中选用的作业物质是碘化钬，在电弧区能够获得较高的金属原子浓度，然后大大进步了辐射效能。
B、钬能够用作钇铁或钇铝石榴石的添加剂；
C、掺钬的钇铝石榴石（HYAG）可发射2μm激光，人体安排对2μm激光吸收率高，简直比Hd:YAG高3个数量级。所以用HYAG激光器进行医疗手术时，不光能够进步手术功率和精度，并且可使热损害区域减至更小。钬晶体发作的自在光束可消除脂肪而不会发作过大的热量，然后削减对健康安排发作的热损害，据报道美国用钬激光医治青光眼，能够削减患者手术的苦楚。我国2μm激光晶体的水平已到达国际水平，应大力开发作产这种激光晶体。
D、在磁致弹性合金Terfenol-D中，也能够参加少数的钬，然后下降合金饱满磁化所需的外场。
E、别的用掺钬的光纤能够制作光纤激光器、光纤扩大器、光纤传感器等等光通讯器材在光纤通信迅猛的今日将发挥更重要的效果。
⑿、铒（Er）
??1843年，瑞典的莫桑德发现了铒元素（Erbium）。铒的光学性质十分杰出，一直是人们重视的问题：
A、Er3+在1550nm处的光发射具有特别含义，由于该波长正好坐落光纤通讯的光学纤维的最低丢失，铒离子（Er3+）遭到波长980nm、1480nm的光激起后，从基态4I15/2跃迁至高能态4I13/2，当处于高能态的Er3+再跃迁回至基态时发射出1550nm波长的光，石英光纤可传送各种不同波长的光，但不同的光光衰率不同，1550nm频带的光在石英光纤中传输韶光衰减率最低（0.15分贝/公里），简直为下限极限衰减率。因此，光纤通信在1550nm处作信号光时，光丢失最小。这样，如果把恰当浓度的铒掺入适宜的基质中，可根据激光原理效果，扩大器能够补偿通讯体系中的损耗，因此在需求扩大波长1550nm光信号的电讯网络中，掺铒光纤扩大器是必不可少的光学器材，现在掺铒的二氧化硅纤维扩大器已完成商业化。据报道，为防止无用的吸收，光纤中铒的掺杂量几十至几百ppm。光纤通信的迅猛开展，将拓荒铒的运用新范畴。
B、别的掺铒的激光晶体及其输出的1730nm激光和1550nm激光对人的眼睛安全，大气传输功能较好，对战场的硝烟穿透才能较强，保密性好，不易被敌人勘探，照耀军事目标的对比度较大，已制成军事上用的对人眼安全的便携式激光测距仪。
C、Er3+参加到玻璃中可制成稀土玻璃激光资料，是现在输出脉冲能量最大，输出功率最高的固体激光资料。D、Er3+还可做稀土上转化激光资料的激活离子。
E、别的铒也可运用于眼镜片玻璃、结晶玻璃的脱色和上色等。⒀、铥（Tm）
??铥元素是1879年瑞典的克利夫发现的，并以斯堪迪那维亚（Scandinavia）的旧名Thule命名为铥（Thulium）。 ??铥的首要用处有以下几个方面：
A、铥用作医用简便X光机射线源，铥在核反响堆内辐照后发作一种能发射X射线的同位素，可用来制作便携式血液辐照仪上，这种辐射仪能使铥-169遭到高中子束的效果转变为铥-170，放射出X射线照耀血液并使白血细胞下降，而正是这些白细胞引起器官移植排异反响的，然后削减器官的前期排异反响。
B、铥元素还能够运用于临床确诊和医治肿瘤，由于它对肿瘤安排具有较高亲合性，重稀土比轻稀土亲合性更大，特别以铥元素的亲合力最大。
C、铥在X射线增感屏用荧光粉中做激活剂LaOBr:Br（蓝色），到达增强光学灵敏度，因此下降了X射线对人的照耀和损害，与曾经钨酸钙增感屏比较可下降X射线剂量50%，这在医学运用具有重要实际的含义。
D、铥还可在新式照明光源 金属卤素灯做添加剂。
E、Tm3+参加到玻璃中可制成稀土玻璃激光资料，这是现在输出脉冲量最大，输出功率最高的固体激光资料。Tm3+也可做稀土上转化激光资料的激活离子。
⒁、镱（Yb）
??1878年，查尔斯（Jean Charles）和马利格纳克（G.de Marignac）在“铒”中发现了新的稀土元素，这个元素由伊特必（Ytterby）命名为镱（Ytterbium）。 ??镱的首要用处有：
A、作热屏蔽涂层资料。镱能明显地改进电堆积锌层的耐蚀性，并且含镱镀层比不含镱镀层晶粒细微，均匀细密。
B、作磁致弹性资料。这种资料具有超磁致弹性性即在磁场中胀大的特性。该合金首要由镱/铁氧体合金及镝/铁氧体合金构成，并参加必定份额的锰，以便发作超磁致弹性性。
C、用于测定压力的镱元件，实验证明，镱元件在标定的压力范围内灵敏度高，一起为镱在压力测定运用方面拓荒了一个新途径。
D、磨牙空泛的树脂基填料，以替换曩昔遍及运用银汞合金。
E、日本学者成功地完成了掺镱钆镓石榴石埋置线路波导激光器的制备作业，这一作业的完成对激光技能的进一步开展很有含义。别的，镱还用于荧光粉激活剂、无线电陶瓷、电子计算机回忆元件（磁泡）添加剂、和玻璃纤维助熔剂以及光学玻璃添加剂等。
