重稀土
重稀土
【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(gè)元素。稀土一詞是十八世紀(jì)沿用下來(lái)的名稱，因?yàn)楫?dāng)時(shí)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】輕稀土（又稱鈰組）：鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓。
【重稀土元素】重稀土（又稱釔組）：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。
【釓（Gd）】1880年，瑞士的馬里格納克（G.de Marignac）將"釤"分離成兩個(gè)元素，其中一個(gè)由索里特證實(shí)是釤元素，另一個(gè)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(gè)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(hào)。
�。�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(duì)于磁泡記憶存儲(chǔ)器是理想的單基片。
（4）在無(wú)Camot循環(huán)限制時(shí)，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(jí)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(kāi)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(wèn)世。
【鋱（Tb）】1843年瑞典的莫桑德（Karl G.Mosander）通過(guò)對(duì)釔土的研究，發(fā)現(xiàn)鋱?jiān)兀?/SPAN>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(shí)密集型的尖端項(xiàng)目，又是具有顯著經(jīng)濟(jì)效益的項(xiàng)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(lái)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(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件，存儲(chǔ)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(kāi)發(fā)研制，更是開(kāi)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(shí)加入鈥，其余為鐵，該合金由美國(guó)依阿華州阿姆斯實(shí)驗(yàn)室首先研制，當(dāng)Terfenol置于一個(gè)磁場(chǎng)中時(shí)，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(yùn)動(dòng)得以實(shí)現(xiàn)。鋱鏑鐵開(kāi)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(dòng)器、機(jī)構(gòu)和飛機(jī)太空望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié) 機(jī)翼調(diào)節(jié)器等領(lǐng)域。
【鏑（Dy）】1886年，法國(guó)人波依斯包德萊成功地將鈥分離成兩個(gè)元素，一個(gè)仍稱為鈥，而另一個(gè)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(lái)越重要的作用.
主要應(yīng)用領(lǐng)域有：
�。�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(guò)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(jià)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(gè)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(yùn)動(dòng)的精密活動(dòng)得以實(shí)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(diǎn)，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(lái)測(cè)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)?huì)不斷的拓展和延伸。
【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(kāi)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%。
主要應(yīng)用領(lǐng)域有：
(1)用作金屬鹵素?zé)籼砑觿饘冫u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(lái)的，其特點(diǎn)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(shí)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(duì)2μm激光吸收率高，幾乎比Hd:YAG高3個(gè)數(shù)量級(jí)。所以用Ho:YAG激光器進(jìn)行醫(yī)療手術(shù)時(shí)，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(huì)產(chǎn)生過(guò)大的熱量，從而減少對(duì)健康組織產(chǎn)生的熱損傷，據(jù)報(bào)道美國(guó)用鈥激光治療青光眼，可以減少患者手術(shù)的痛苦。我國(guó)2μm激光晶體的水平已達(dá)到國(guó)際水平，應(yīng)大力開(kāi)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(chǎng)。
(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(wèn)題。
主要應(yīng)用領(lǐng)域有：
（1）Er3+在1550nm處的光發(fā)射具有特殊意義，因?yàn)樵摬ㄩL(zhǎng)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(zhǎng)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(shí)發(fā)射出1550nm波長(zhǎng)的光，石英光纖可傳送各種不同波長(zhǎng)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(shí)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(hào)光時(shí)，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(bǔ)償通訊系統(tǒng)中的損耗，因此在需要放大波長(zhǎng)1550nm光信號(hào)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(shí)現(xiàn)商業(yè)化。據(jù)報(bào)道，為避免無(wú)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(kāi)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(duì)人的眼睛安全，大氣傳輸性能較好，對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)的硝煙穿透能力較強(qiáng)，保密性好，不易被敵人探測(cè)，照射軍事目標(biāo)的對(duì)比度較大，已制成軍事上用的對(duì)人眼安全的便攜式激光測(cè)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）。
主要應(yīng)用領(lǐng)域有：
�。�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(lái)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?yàn)樗鼘?duì)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(duì)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(shí)的意義。
�。�4）銩還可在新型照明光源 金屬鹵素?zé)糇鎏砑觿?/SPAN>
�。�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(gè)元素由伊特必（Ytterby）命名為鐿（Ytterbium）。
主要應(yīng)用領(lǐng)域有：
�。�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(chǎng)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(cè)定壓力的鐿元件，試驗(yàn)證明，鐿元件在標(biāo)定的壓力范圍內(nèi)靈敏度高，同時(shí)為鐿在壓力測(cè)定應(yīng)用方面開(kāi)辟了一個(gè)新途徑。
（4）磨牙空洞的樹(shù)脂基填料，以替換過(guò)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(duì)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(wú)線電陶瓷、電子計(jì)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(gè)新元素，韋爾斯巴赫把這個(gè)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(lái)發(fā)現(xiàn)Cp和Lu是同一元素，便統(tǒng)一稱為镥。
主要應(yīng)用領(lǐng)域有：
�。�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(zhǎng)晶體的技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)驗(yàn)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(guó)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。
〖儲(chǔ)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(méi)有發(fā)現(xiàn)它的天然金屬無(wú)水或硫化物，最常見(jiàn)的是以復(fù)雜氧化物、含水或無(wú)水硅酸鹽、含水或無(wú)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(guó)稀土資源占世界稀土資源的80%，以氧化物(REO)計(jì)達(dá)3 600萬(wàn)噸，遠(yuǎn)景儲(chǔ)量實(shí)際是1億噸。
我國(guó)重稀土資源主要分布在江西、廣東、廣西、福建、湖南等南方地區(qū)，以罕見(jiàn)的離子態(tài)賦存與花崗巖風(fēng)化殼層中，主要含釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔和鑭、釹等元素。
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