稀土元素的应用

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9/12/2013
2、稀土元素在高新技术产业中应用 显示器的发光材料:稀土元素中钇、 铕是红色荧光粉的主要原料,广泛应用 于彩色电视机、计算机及各种显示器。 目前,我国年产彩电红粉300—400吨, 计算机显示器红粉50—100吨,以满足国 产3 500万支彩显管和近百万支显示器的 需求。
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稀土元素铈可作催化剂、电弧电极、特种玻璃等。 铈的合金耐高热,可以用来制造喷气推进器零件。
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爱国者”导弹的防空导弹能力,也来自于制导系统中大 约4公斤的钐钴磁体和钕铁硼磁体。上图为钐钴磁体元件。
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在海湾战争中,加入稀土元素镧的夜视仪成为美 军坦克压倒性优势的来源。上图为氯化镧粉末。
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玻璃脱色剂: CeO2 ,Nd2O3 CeO 2 可将玻璃中的Fe 2+ 氧化Fe 3+ 而脱 色。(玻璃有色是由于Fe 2+吸收可见光, 透过绿色光,使玻璃显绿色,人的眼睛对 绿色敏感。若被氧化为Fe3+,它的浅黄色 可与Nd3+的紫红色互补,使颜色消失,同 时人眼对浅黄色不敏感。
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核反应堆工业材料: (1)核反应堆控制材料: Sm,Eu,Gd,La具有高的热中子捕获截面,可 吸收中子,控制核反应的速度,作控制材 料。 (2)核反应堆结构材料:Y合金可做 核反应堆结构材料,改善核反应堆结构材 料的机械性能。
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稀土核材料:稀土金属由于具有不 同的热中子俘获截面和许多其他特殊性 能,使其在核工业中也得到了广泛的应 用。如铕具有最佳的核性能,一些稀土 氧化物、硫化物可以用作耐高辐射坩埚 用于熔炼金属等,铈玻璃抗辐射性能好, 已广泛应用于放射性极强的操作环境中 等。
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1、稀土元素在传统产业领域中应用 农业领域:稀土作为植物的生长、生理 调节剂,对农作物具有增产、改善品质和抗 逆性三大特征;同时稀土属低毒物质,对人 畜无害,对环境无污染;合理使用稀土,可 使农作物增强抗旱、抗涝和抗倒伏能力。稀 土元素可以提高植物的叶绿素含量,增强光 合作用,促进根系发育,增加根系对养分吸 收。稀土还能促进种子萌发,提高种子发芽 率,促进幼苗生长。
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稀土磁性材料 稀土磁性材料包括稀土永磁材料、稀土磁
致伸缩材料、稀土磁光材料、稀土巨磁阻材料
和磁致冷材料等。
磁性材料:钕、钐、镨、镝等是制造现代
超级永磁材料的主要原料,其磁性高出普通永
磁材料4—10倍,广泛应用于电视机、电声、医
疗设备、磁悬浮列车及军事工业等高新技术领
域。
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稀土特种玻璃:镧玻璃具有高折射、低色散
的良好光学稳定性,广泛应用于各种透镜和镜头材
料。铈玻璃在核辐射下保持透明、不变暗的特点, 可用作防辐射材料及电视工业中。钕玻璃可以制成 很大的尺寸,是巨大功率激光装置的激光材料。 激光材料:稀土离子是固体激光材料和无机液 体激光材料的最主要的激活剂,其中以掺Nd3+的激 光材料研究得最多,除钇铝石榴石(YAG)、铝酸钇 (YAP)玻璃等基质外,高稀土浓度激光材料可能称 为特殊应用的材料。
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石油化工领域中的应用: (1)石油裂化催化剂:稀土沸石 催化剂用于石油裂化,可大大提高汽油 柴油的收率,降低炼油成本。 (2)有机合成催化剂:稀土化合 物可用于顺丁橡胶、异戊橡胶及合成氨 工业的催化剂。 (3)汽车尾气燃烧催化剂:使汽 车尾气中CO含量减小,有利于环境保护。
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• (2)6063稀土铝合金及应用 这是一种最常用的变形合金,多用于工业 和民用建筑,其成份(%)为Mg0.67~0.70, Si0.45~0.48,Fe0.20~0.21,余为铝。在该 合金熔炼过程中加入0.20~0.25%的稀土金属, 抗拉强度提高24%,挤压速度提高0.5倍,成材 率提高3%,并改善了表面质量。增加了耐蚀性 和着色性。另外还有添加稀土的Al-SiM(M=Cu,Mg,Mn)合金用于制造汽缸缸体和活塞。
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冶金工业上的应用: (1)净化钢液,提高强度。(稀土元素对 S,O亲和力强,可起到净化钢液的作用。减少有害 元素,改善钢的性能。如:提高抗热强度、抗腐蚀 性能,减少表面缺损、裂纹,改善加工性能,消除 热脆性等) (2)提高球墨铸铁的耐磨耐腐蚀性。(因稀 土加到铸铁中,使铸铁中的石墨成球状结构,使它 们能深入到基体内部,石墨球间相互独立,器件表 面不易剥落,寿命提高) (3)生产稀土合金。(有色金属中加入稀土, 生产稀土合金。该类合金高温抗氧化性能提高,材 料的性能提高,加工工艺提高)

稀土抛光粉:稀土抛光粉主要应用于电 视玻壳、阴极射线管、显示屏、玻璃光学仪 器、集成线路板、眼镜片、光掩膜的抛光, 它的最大传统市场是彩电阴极射线管。近年 来,随着液晶平面显示技术、电子光学工业 的不断发展,高性能稀土抛光粉在液晶显示 屏、平面直角大屏幕彩电等平面显示产品、 计算机、文字处理器以及汽车导航系 统、 光掩膜、汽车工业等方面得到了广泛应用, 尤其欧美、日本、韩国等发达国家和地区对 用于液晶显示屏、大屏幕高清晰度彩电、光 掩膜的高性能稀土抛光粉需求增加。
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陶瓷工业领域:稀土可以加入陶瓷和瓷釉 之中,减少釉和破裂并使其具有光泽。稀土更 主要用做陶瓷的颜料,由于稀土元素有未充满 的4f电子,可以吸收或发射从紫外、可见到红 外光区不同波长的光,发射每种光区的范围小, 导致陶瓷的颜色更柔和、纯正,色调新颖,光 洁度好。如黄色、紫罗兰色、绿色、桃红色、 橙色、棕色、黑色等。稀土氧化物可以制造耐 高温透明陶瓷(应用于激光等领域)、耐高温坩 埚(冶金)。
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轻纺工业的应用: 毛线染色:稀土元素与染料中的N,O原子 配位,使吸收峰向长波方向移动,颜色加深。 因此,稀土染色,色泽浓艳,起到节约染料的 作用。 稀土锅:耐高温抗氧化,使用寿命长。 医药工业的应用: 稀土是有效的杀菌物。稀土化合物对于改 善药物的性能、提高药效找到了新的途径。许 多含稀土的化合物,可用于治疗各种肿瘤,结 核病,麻风病,湿疹,关节炎,糖尿病等。
稀土磁致冷材料 磁致冷材料是用于磁致冷系统的具有磁热效
应的物质。磁致冷首先是给磁体加磁场,使磁矩 按磁场方向整齐排列,然后再撤去磁场,使磁矩 的方向变得杂乱,这时磁体从周围吸收热量,通 过热交换使周围环境的温度降低,达到致冷的目 的。磁致冷材料是指用于磁致冷系统的具有磁热 效应的一类材料,磁致冷材料是磁致冷机的核心 部分,即一般称谓的制冷剂或制冷工质。
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储氢材料:稀土与过渡元素的金 属间化合物MMNi5(MM为混合稀土金属) 和LaNi5是优良的吸氢材料,被称为氢 海绵。其最为成功的应用是制造二次 电池——金属氢化物电池,即镍氢电 池。其等体积充电容量是目前广泛使 用的镍镉电池的2倍,充放电循环寿命 和输出电压与镍镉电池一样,但没有 了镉污染。
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纳米陶瓷:纳米陶瓷虽然还有许多关键技 术需要解决,但是在显微结构中,晶粒、晶界 及其结合都处于纳米级水平,晶粒的细化,晶 界数量大幅度增加,使其室温和高温力学性能、 抗弯强度、断裂韧性等大幅度提高,在切削刀 具、轴承、汽车发动机部件等方面都有广泛用 途;并在超高温、强腐蚀等苛刻的环境下起着 其他材料不可替代 的作用;还对陶瓷的电学、 热学、磁学、光学性能产生重要影响,为陶瓷 的利用开拓了一个崭新领域。
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航空航天领域:稀土材料由于其独特 的耐高温、硬度高等性能正日益受到广ຫໍສະໝຸດ Baidu 关注。如La与B组成的化合物LaB 6具有耐高 温性能,可以用作航空飞机中耐高温喷嘴 材料。此外,由于LaB6还具有电阻恒定、抗 热辐射性好、耐离子轰击性好等许多特殊 性能,因此在真空或氮气氛围条件下用LaB6 作阴极材料时,可为军工、航空航天等高 科技领域提供纯度接近于100 %的单一硼离 子,形成强大而且稳定的离子源。
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3 稀土在有色金属中的应用
• (1)稀土在铝电线、电缆中的应用 目前我国的稀土铝导线主要有高强度稀土 铝合金电缆,成份为Al-Mg-Si-RE,用于高压 输电线路,它的抗拉强度达到26kg/mm 2 ,弧 垂性能和弯曲性能好,使用寿命长。高导电铝 电线,成份为Al-RE,稀土的加入量为0.15~ 0.3%。在较高温度下(<150℃)使用的高导 电稀土铝导线其成份为Al-Zr-RE,其载流量为 纯铝线的1.6~2.0倍,用作大电流导线 。
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低温磁致冷所使用的磁致冷材料主要是 稀土石榴石单晶。 磁致冷是使用无害、无环境污染的稀土 材料作为制冷工质,若取代目前使用氟里昂 制冷剂的冷冻机、电冰箱、冰柜及空调器等, 可以消除由于生产和使用氟里昂类制冷剂所 造成的环境污染和大气臭氧层的破坏,因而 能保护人类的生存环境,具有显著的环境和 社会效益。
掺钕的 yvo4 晶体
加入稀土元素钇(y)锯片
添加少量镝(dy) 的金属材料1
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添加少量镝(dy)的金属材料2
永磁材料,添加少量镝((Dy)、 铽(Tb)、铌(Nb)、等元素
加入稀土的彩色玻璃 装饰品
完美稀宝(稀土) 植物营养液
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KONA KULA SUPREME 09款顶级鈧合金越野竞技山地车架
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精密陶瓷:氧化钇部分稳定的氧化镐是性能 十分优异的结构陶瓷,可制作各种特殊用途的 刀剪;可以制作汽车发动机,因其具有高导热、 低膨胀系数、热稳定性能好、在1 650℃下工作 强度不降低,导致发动机马力大、省燃料等优 点。 催化剂:稀土除用于制造石油裂化催化剂 外,广泛应用于很多化学反应,如稀土氧化物 LaO 3 、Nd 2 O 3 和Sm 2 O 3 用于环己烷脱氢制苯,用 LnCoO3代替铂催化氧化氨制硝酸。并在合成异戊 橡胶、顺丁橡胶的生产中作为催化剂。
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汽车尾气需要将CH X 、CO氧化,对 NOX进行还原处理,以解决目前城市空 气污染问题。稀土元素是汽车尾气净 化催化剂的主要原料。我市化工研究 院在这方面有很强的优势,可推动形 成一个汽车尾气净化器产品。
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高温超导材料:近几年研究表明, 许多单一稀土氧化物及其某些混合稀土 氧化物是高温超导材料的重要原料。一 旦高温超导材料进入实用,整个世界将 起翻天覆地的变化。目前,我国在稀土 超导材料的成材研究方面取得了有意义 的突破。
稀土发光激光材料: 稀土元素具有未充满的4f电子使一些稀土离子 在可见光区有类线性的吸收和发射光谱,可用于制 备发光材料,电光原材料和激光材料。 (1)稀土荧光材料: 彩色电视机红粉:Y2O2S:Eu 彩色电视机蓝粉:Mg2Al16O27:Ba,Eu ; 彩色电视机绿粉:LaF3:Yb,Er ; (2)稀土卤化物新型电光原材料:用于广场照明, 摄影灯等。如:镝钬灯,钠钪灯等,体积小轻,亮 度大。 (3)激光材料:Nd,Y稀土化合物是重要的固体激 光器制作材料,这些激光材料在国防工业中得到了 应用。
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电光源工业领域:稀土作为荧光灯 的发光材料,是节能性的光源,特点是 光效好、光色好、寿命长。比白炽灯可 节电75—80%。 在有色合金方面应用,对以有色金 属为基的各种合金都有良好的作用,改 善合金的物理和机械性能。应用最多的 是铝、镁、铜三个系列。
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玻璃工业领域:稀土在玻璃工业中有三 个应用:玻璃着色、玻璃脱色和制备特种性 能的玻璃。用于玻璃着色的稀土氧化物有钕 (粉红色并带有紫色光泽)、镨玻璃为绿色 (制造滤光片)等;二氧化铈可将玻璃中呈黄 绿色的二价铁氧化为三价而脱色,避免了过 去使用砷氧化物的毒性,还可以加入氧化钕 进行物理脱色;稀土特种玻璃如铈玻璃(防 辐射玻璃)、镧玻璃(光学玻璃)。
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稀土元素的应用
稀土元素独特的物理化学性质为其广 泛的应用提供了基础。随着科学的发展, 对材料提出各种要求。稀土元素的应用从 早期的主要利用它们的共性,扩展到利用 单一稀土的特性,已深入到现代科技的各 个领域。目前,稀土合金及化合物已成为 发展现代尖端科技不可少的特殊材料。
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