稀土催化材料种类用途及其生产现状与发展分析(一)

稀土催化材料种类用途及其生产现状与发展分析(一)

一、稀土催化材料的种类

众所周知，我国稀土矿以轻稀土组分为主，其中镧、铈等组分约占60%以上。随着我国稀土永磁材料、稀土发光材料、稀土抛光粉、稀土在冶金工业中等应用领域逐年扩大，国内市场对中重稀土的需求量也快速增加。造成了高丰度的铈、镧、镨等轻稀土的大量积压，导致我国稀土资源的开采和应用之间存在着严重的不平衡。

研究发现，轻稀土元素由于其独特的4f电子层结构，使其在化学反应过程中表现出良好的助催化性能与功效。因此，将轻稀土用作催化材料是一条很好的稀土资源综合利用出路。催化剂是一种能够加速化学反应，且在反应前后自身不被消耗的物质；加强稀土催化的基础研究既提高生产效率，又节约资源和能源，减少环境污染，符合可持续发展的战略方向。到目前为止，能够在工业中获得应用的稀土催化材料主要有3类，包括分子筛稀土催化材料、稀土钙钛矿催化材料、以及铈锆固溶体催化材料等，见表1所示。其中分子筛稀土催化材料又可细分为中孔、微孔、介孔、以及纳孔稀土催化材料等几大类，且目前主要用于炼油催化剂。

稀土钙钛矿催化材料由于其制备简单、耐高温、抗中毒等性能优越，目前主要用作环保催化剂，也广泛用于光催化分解水制氢、以及石油化工行业的碳氢化合物重整反应等方面。目前已开发并应用的主要有钙钛矿型稀土复合氧化物催化剂、以及掺杂微量贵金属的稀土钙钛矿型催化剂等。

铈锆固溶体催化材料是应汽车尾气净化市场的需求发展起来的一种稀土催化材料。早期主要利用铈的储氧性能来调节汽车尾气中的氧化还原反应。后来发现单一的铈储氧材料其持久性耐高温性能并不能满足日益发展的汽车尾气催化剂的寿命要求，而添加一些锆可明显改善储氧材料的抗高温性能，从而改善催化剂的耐久性。目前，铈锆固溶体催化材料不仅用于石油化工领域的各种催化过程，也广泛用于汽车尾气净化、以及其它环保领域。

与传统的贵金属催化剂相比，稀土催化材料在资源丰度、成本、制备工艺、以及性能等方面都具有较强的优势。目前不仅大量用于汽车尾气净化，还扩展到工业有机废气、室内空气净化、催化燃烧、以及燃料电池等领域。自20世纪90年代末以来，发达国家的环保催化剂市场一直以20%速度增长。因此，稀土催化材料在环保催化剂产品市场，特别是在有毒、有害气体的净化方面，具有巨大的应用市场和发展潜力。

二、汽车尾气净化

近年来，随着我国汽车产量及保有量一直呈高速增长势态。自2002年10月以来，我国汽车产量平均增长率超过37%。2002年产量为325万辆，2003年已达440余万辆。预计2004年汽车产量将超过510万辆。继美国、日本、德国之后，中国2003年汽车产量已超过法国，已成为世界第四大汽车制造国。

汽车的大量使用，使我国许多城市产生了严重的大气污染。治理机动车的排气污染，主要依靠安装含催化剂的三元净化器。由于稀土催化材料可以扩大三效催化剂的操作窗口，提高净化效率和稳定性，在汽车尾气净化方面已获得广泛应用。在全球范围内，仅汽车尾气净化方面的稀土年消耗量可达1.5万吨REO。

目前，稀土用于汽车尾气净化方面包括在活性层中主要用作储氧材料、替代部分主催化剂、以及作为催化助剂等。在分散层中主要用作改善γ-Al2O3的高温稳定性。在载体中主要用于改善机械强度和热稳定性。另外，汽车的电子燃油喷射系统需要的氧传感器也是由含稀土的陶瓷材料制造的。

除汽车外，我国自1999年以来，一直是世界最大的摩托车制造国，摩托车的年产量早已超过1000万辆。目前对发达国家出口的摩托车要求必须安装尾气净化器，国内一些大中型城市已开始要求治理摩托车的排气污染，这是稀土催化材料应用的一个重要方面。

在柴油车的尾气污染治理中，目前主要依靠安装一个氧化净化器来对柴油车排放的碳烟以及部分气体污染物进行氧化净化治理。这是稀土催化材料应用的又一个方面

2002年以来，我国固定式小型燃油发动机的产量也快速增长。目前主要用于家用发电机、庭院剪草机、小型灌溉设备、水上动力设备、以及许多其它方面。2003年仅出口的小型燃油发动机就达1500余万台。其中部分厂商已要求安装净化器，这又开拓了稀土催化材料的应用新领域。

从上述稀土催化材料的应用领域看，我国稀土催化材料的用量正逐年增大。2003年，我国国内生产的汽车尾气净化器产量已达320余万套。包括催化剂、载体、以及氧传感器所消耗的各类稀土，总稀土用量达910余吨。预计到2005年，我国汽车尾气净化器的市场需求将超过550万套，总稀土消耗量将达1560余吨。