稀土元素—镧

简述稀土元素—镧

稀土，曾称稀土金属，或称稀土元素，是元素周期表第Ⅲ族副族元素钪、钇和镧系元素共17种化学元素的合称。因其天然丰度小，又以氧化物或含氧酸盐矿物共生形式存在，故叫“稀土”。稀土材料具有优异的磁、光、电性能,不仅在传统材料领域,而且在现代高新技术领域中都有着广泛的应用。

从元素周期表来看，稀土家族是来自镧系的15个元素，加上与镧系相关密切的钪和钇共17种元素。它们是：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇。在科技高速发展的今天，稀土元素在国民经济以及高新科学技术的发展中扮演着不可或缺的角色。无论是航天、航空、军事等高科技领域，还是人们的日常生活用品，无论工业、农牧业、还是化学、生物学、医药，稀土的应用及其作用几乎是无所不在，无所不能。

作为是稀土元素中含量第二最丰富元素（第一丰富为铈，地壳中的含量约0.0046%），镧在地壳中的含量为0.00183%，镧的元素名来源于希腊文，原意是“隐蔽”。于1839年被瑞典化学家莫桑德尔从粗硝酸铈中发现，并确认为一种新元素。

镧是银白色的软金属，有延展性。其化学性质活泼，易溶于稀酸。在空气中易氧金属镧化;加热能燃烧，生成氧化物和氮化物。在氢气中加热生成氢化物，在热水中反映强烈并放出氢气。镧存在于独居石沙和氟碳铈镧矿中。易溶于稀酸。镧为可锻压、可延展的银白色金属，质软可用刀切开。其熔点921°C，沸点为3457°C，密度6.174克/厘米3。镧化学性质活泼，在干燥空气中迅速变暗，在冷水中缓慢腐蚀，热水中加快;镧可直接与碳、氮、硼、硒、硅、磷、硫、卤素等反应;镧的化合物呈反磁性。高纯氧化镧可用于制造精密透镜;镧镍合金可做储氢材料，六硼化镧广泛用作大功率电子发射阴极。

镧的外围电子层排布4f15d16s2。第一电离能5.47电子伏特。化学性质活泼，用刀刮即可在空气中燃烧（纯的铈不易自燃，但稍氧化或与铁生成合金时，极易自燃）；加热时，在空气中燃烧生成二氧化铈。能与沸水作用，溶于酸，不溶于碱。受低温和高压时，出现一种反磁性体，比普通形式的铈致密18%。铈是稀土元素中最丰富的金属元素。有四种同位素：136Ce、138Ce、140Ce、142Ce。142Ce是放射性的α放射体，半衰期为5×10^15年。

提炼镧、铈元素来源之一是镧石，为斜方晶系。其晶体呈板状;通常成细粒状及土状集合体。颜色灰白、淡红或淡黄色。莫氏硬度2.5～3。相对密度2.605。珍珠光泽，土状者光泽暗淡。偶尔与其他稀土碳酸盐矿物相伴，产于某些蚀变石灰岩内。

此外，镧还以氧化镧、多氢化镧和碳酸镧等形式存在：

氧化镧的分子量325.84，是白色无定形粉末。密度6.51g/cm3。熔点2217℃。沸点4200℃。微溶于水，易溶于酸而生成相应的盐类。露置空气中易吸收二氧化碳和水，逐渐变成碳酸镧。灼烧的氧化镧与水化合放出大量的热。

氢化镧中二氢化镧具有立方结构、三氢化镧为面心立方结构LaH2的磁性比金属镧略下降，而三氢化镧为抗磁性。二氢化镧，三氢化镧导电性能低于金属镧。

用金属镧和氢气直接反应可制取镧的氢化物。镧与铁、镍、钴形成的合金和氢形成的化合物可以制备贮氢材料。

碳酸镧一般均含有一定的水合水分子。是斜方晶系，能和大多数酸反应，在25℃水中溶解度2.38×10^-7mol/L。在900℃时可热分解为三氧化二镧。在热分解过程可产生碱式盐。碳酸镧可与碱金属碳酸盐生成可溶于水的碳酸复盐。向可溶性的镧盐的稀溶液中加入略过量碳酸铵即可制得碳酸镧沉淀。

镧的用途广泛且开发前景广阔。目前氧化镧广泛运用于高折射率玻璃、燧石、氢气储藏装置、电池电极、相机镜片、石油提炼液体催化过程（FCC）催化剂。而138La是放射性的，半衰期为1.1×1011年，曾被试用来治疗癌症。而作为改性添加元素在钢铁和有色金属中加入极少量稀土就能明显改善金属材料性能，提高钢材的强度及耐磨性和抗腐蚀性能力，如果将其运用到材料涂层上，例如锆酸镧热障涂层，将达到良好的隔热和抗氧化效果，并是目前最为先进的高温防护涂层之一，广泛应用在航空、航天、汽车和大型火力发电等行业。

此外，镧还能应用于压电材料、电热材料、热电材料、磁阻材料、发光材料(兰粉)、贮氢材料、光学玻璃、激光材料、各种合金材料等。镧也应用到制备许多有机化工产品的催化剂中，光转换农用薄膜也用到镧，在国外，科学家把镧对作物的作用赋与"超级钙"的美称。

同时，镧等稀土元素在未来稀土生物学效应研究和开发应用也初步呈现，其生理效应体现在龋齿的预防，消化系统的保护以及抗细胞突变和抗癌的作用。并且卤化镧系闪烁晶体由于其高发光效率、快衰减和高的能量分辨率等优异性能而在医学成像技术-单光子发射计算机层析扫描和正电子发射层析扫描中存在巨大的应用前景.

其他方面，锰酸锶镧材料因其独特的结构特征和电子结构特征使其在在燃料电池、氧化还原催化和微波磁性材料等方面也有着广泛应用。

至于稀土的产量，虽然单一种类的稀土元素产量不易统计，但赛迪投资顾问发布的《中国稀土产业投融资与并购战略研究（2012）》显示：稀土资源主要集中在中国、澳大利亚、俄罗斯、美国、巴西、加拿大和印度，近年来在越南也发现了大型稀土矿床。由于稀土开采的高污染性及资源稀缺性 很多国家通过进口满足本国稀土需求，这与我国形成了鲜明的对比。2011年，我国稀土储量为3600万吨，占全球的36%。产量则为12万吨，占全球产量的97%。而美国2011年的稀土储量为1300万吨，占全球的13%，而产量为零；俄罗斯的稀土储量为1900万吨，占全球的19%，产量为零；澳大利亚的稀土储量为540万吨，产量为零；印度的稀土储量为310万吨，占全球的3%，产量为2700吨，占全球的2%。

虽然我国是名副其实的世界第一大稀土资源国，已探明的稀土资源量约6588万吨。我国稀土资源不但储量丰富，而且还具有矿种和稀土元素齐全、稀土品位及矿点分布合理等优势，为我国稀土工业的发展奠定了坚实的基础。中国稀土资源成矿条件十分有利、矿床类型齐全、分布面广而有相对集中。并且中国稀土占据着几个世界第一：储量占世界总储量的第一，尤其是在军事领域拥有重要意义且相对短缺的中重稀土；生产规模第一。但正因为此，便造就了一些国家的贪婪。以制造业和电子工业起家的日本、韩国自身资源短缺，对稀土的依赖不言而喻。中国出口量的近70%都去了这两个国家。至于稀土储量世界第二的美