稀土元素的应用

一、镧元素的应用现状及存在问题

镧的应用非常广泛，应用于各种合金材料、贮氢材料、热电材料、磁阻材料、发光材料、屏蔽涂料、光学玻璃等。它也应用到制备许多有机化工产品的催化剂中。在农业上，有科学家把镧对农作物的作用赋与“超级钙”的美称。

1、传统应用

（1）钢铁改质剂

金属镧加入钢中可脱硫和脱氧，可细化晶粒，形成微合金并改变夹杂物的形态及分布，提高抗氢脆和抗腐蚀能力；加入到铁中可净化铁水，改变石墨形态，防止杂质元素破坏球化作用。由于钢铁在各个领域应用广泛，金属镧在钢、铸铁等高性能产品发展过程中均扮演着重要的色。

（2）还原剂

金属镧与氧在高温下发生还原反应，利用蒸气压差可真空蒸馏分离提纯制备金属钐、金属铥等高蒸气压金属，该工艺简单，污染少。

（3）石油炼制催化剂

为了从原油中获得更多的汽油、柴油等轻质油, 必须在石油精炼加工中对重质油采用催化裂化处理, 就必需使用石油裂化催化剂, 稀土分子筛裂化催化剂比不含稀土的催化剂催化活性和热稳定性均有明显提高, 可使轻质油收率

提高4%, 使催化剂寿命延长2倍, 炼油成本降低20%, 并使裂化装置生产能力提高30%-50%。

（4）功能陶瓷

镧在功能陶瓷材料中具有特别好的应用前景；如在钛酸钡(BaTiO3)电容器陶瓷中加入氧化镧,可明显提高电容器的

稳定性和使用寿命,加入1%氧化镧,可延长使用寿命400-500倍。镧作为固体电解质可用于固体氧化物燃料电池。他们都具有良好的抗断裂韧性、热稳定性和抗循环疲劳性。把镧作为主成分加入锆钛酸铅制备(Pb, La)(Zr,Ti)O3, 即电光陶瓷, 可用于强核辐射护目镜、光通讯调制器、全息记录等。

2、应用于新型材料

（1）光学玻璃

光学玻璃中应用镧既是经典用途，也是目前主要应用领域之一。镧系光学玻璃具有高折射率和低色散的优良光学特性，可简化光学仪器镜头、消除球差、色差和像质畸变，扩大视场角，提高鉴辨率和成像质量，已广泛用于航空摄像机、高档相机、高档望远镜、高倍显微镜、变焦镜头、广角镜头和潜望镜头等方面，已成为光学精密仪器和设备不可缺少的镜头材料。

（2）储氢材料

La-Ni系列合金储氢能力好，不易粉化。每公斤可贮存

氢约160升，可使高压贮氢钢瓶体积缩小到1/4。利用其可以“呼吸”氢气的特性，可以把纯度为99.999%的氢气提纯到99.99999%，也可用作有机合成的加氢或脱氢反应的催化剂。利用其吸氢放热、呼氢吸热的本领可以把热量从低温向高温传送。目前这种贮氢材料的最大用途是用于稀土镍氢电池的负极材料。电池容量高，寿命长，可反复充放电500次以上，属于环保型绿色电池。稀土镍氢电池目前已广泛用于手提电脑、便携式办公设备和电动工具等方面。最有发展前景的是用于汽车、摩托车的动力电池。

（3）磁致冷材料

磁致冷是指以磁性材料为介质的一种全新的制冷技术，其中La-Fe系化合物具有优良的磁致冷效应，是目前最有希望实现实用化的室温磁致冷材料，但其二元合金不稳定。国内外研究重点是该系列合金的制备工艺，期望制备出经济适用的磁致冷材料。

（4）屏蔽涂料

电磁辐射是信息化社会的一个重要污染源，屏蔽是抗电磁干扰最有效的方法之一。铜系电磁屏蔽涂料对电磁波屏蔽效能高，但阻抗比银系列的高，而添加稀土可调节其电磁参数，降低阻抗，提高屏蔽性。在铜系电磁屏蔽涂料中添加镧，制备Ｃｕ－Ｌa系涂料，提高了涂层的导电性和电磁屏蔽性

能。

（5）过共晶合金变质剂

铝、镁等有色金属一般不用于摩擦大、温度高等恶劣条件，但与其他元素形成的过共晶合金则具有高耐磨性、低热膨胀系数及优良的铸造性能等。稀土镧作为变质剂加入这一类过共晶合金中，可有效细化晶粒，大幅度提高材料的耐磨及耐温性，拓宽铝、镁合金的应用领域。

（6）农业

镧元素在促进种子萌发，增加作物产量、改良作物品质、提高作物抗逆性等方面起作用。富镧稀土无机和有机盐应该是农用和饲料添加剂用稀土的理想材料。

（7）医疗

镧用于医药也有广阔的前景。英国舍勒制药集团公司研制的新药—磷酸盐结合剂主成份为碳酸镧，可用于治疗肾病患者透析时伴发的高磷血症，则具有良好的安全性，适合长期使用。我国研究员陈兴安等人进行的小鼠实验表明：柠檬酸镧可明显提高免疫力，抑癌率高达62.7，很有希望用作防治癌症和艾滋病的药物。

4、存在问题

我国镧资源丰富，价格相对便宜，但金属镧制备及高纯化工艺报道较少，且高纯金属镧尚未大规模开发，影响其进

一步的应用研究。目前我国面临着经济结构的转型，对新的高性能功能材料和结构材料的需求将不断增加。未来稀土金属的制备和开发研究应着重于开发高纯稀土金属新的应用领域，加强表面抛光、电磁屏蔽等材料的研究。

二、铈元素的应用及存在问题

铈应用领域非常广泛，几乎所有的稀土应用领域中都含有铈。如抛光粉、储氢材料、荧光粉、颜料、压电陶瓷、铈碳化硅磨料、铈钨电极、某些永磁材料、各种合金钢及有色金属等。

1、玻璃添加剂

铈作为玻璃添加剂，能吸收紫外线与红外线，现已被大量应用于汽车玻璃。不仅能防紫外线，还可降低车内温度，从而节约空调用电。氧化铈用于玻璃脱色、玻璃着色、澄清剂、抛光剂，高纯氧化铈也用于生产稀土发光材料。

2、汽车尾气净化剂

目前正将铈应用到汽车尾气净化催化剂中，可有效防止大量汽车废气排到空气中。氧化铈还能于氧化钛制成光催化剂，用于抗菌陶瓷和富氧离子环保涂料。

3、硫化铈颜料

硫化铈可以取代铅、镉等对环境和人类有害的金属应用

到颜料中，可对塑料着色，也可用于涂料、油墨和纸张等行业。富铈轻稀土盐还用于油漆催干剂、PVC塑料稳定剂和MC 尼龙改性剂。

4、冶金领域球化剂

用铈处理铸铁可以获得球墨铸铁，稀土硅铁镁合金用作球化剂，应用于球墨铸铁及硅墨铸铁，铈混合稀土金属还广泛用于稀土处理钢（脱硫、脱氧、变形)、稀土电工铝和稀土铸造镁合金（净化变质、细化晶粒、合金化）。

5、特殊功能材料

荧光剂氧化铈用于制造灯用三基色荧光粉的铝粉；美国研制的Ce:LiSAF 激光系统固体激光器，通过监测色氨酸浓度可用于探查生物武器，还可用于医学。金属铈还可以制造永磁材料，铈钨电极代替放射性电极等。

6、农用

铈作为植物生长调节剂，可以改善农作物品质，增加产量并提高作物抗逆性；用作饲料添加剂，可以提高禽类的产蛋率和鱼虾养殖的成活率，还可改善羊的羊毛质量。

7、存在的问题

在生产铈中，需进一步提高和完善电解铈生产技术装备水平，创新大型化电解槽；提高产品质量，降低成本推动应用发展；加强铈的应用研究，开拓应用新领域，增加国内用