稀土发展史

稀土发展史

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摘要：稀土已成为21世纪全球现代工业化建设中不可或缺的资源，有着重要的战略价值。研究我国稀土现状，发现其中的问题和潜力，实现稀土产业可持续发展，具有重要意义。本文介绍了稀土的发现史和发展史概况，提出了我国稀土战略可持续发展对策。

关键词：发现史；新材料；可持续发展

引言

稀土元素于18世纪末首次被发现，当时人们把不溶于水的固体氧化物称为土，例如，氧化铝被称为“陶土”，氧化钙被称为”碱土“等。虽然实际上稀土在自然界的储量巨大，但是由于稀土一般是以氧化物状态分离出来的，冶炼提纯在当时来说是非常困难的，所以显得比较稀少，因而得名为稀土（Rare Earth，简称RE或R）。从1794年第一个稀土元素钇被发现，到1947年最后一个稀土元素钷被发现，历时整整153年。

1稀土发现史

1794年芬兰化学家加多林（J.Gadolin）在一种名叫Yteerite的黑色矿石中发现了新元素钇，其实，加多林发现的“钇土”是“钇组稀土”混合氧化物，后来科学家们在其中发现了镱、铒、铽等重稀土元素。而1803年瑞典化学家伯采利乌斯（J.J.Berzelius）和他的老师黑新格尔（W.Hisingerr）发现新元素“铈土”，这里的“铈土”也是“铈组稀土”的混合氧化物。从中可以分离出镧、镨、钕等轻稀土元素。1839年，瑞典化学家莫桑德尔（Carl Mosander）发现了新元素镧（希腊语中意为隐藏者），1841年，他又从铈土中发现了镨钕化合物，命名为“迪迪姆”（希腊语中意为孪生子）。直到1885年，奥地利化学家韦尔斯巴克（C.F.Auer Von Welsbach）才发现“迪迪姆”并非镨钕化合物而是单一的镨和钕元素，很难想象，从镨钕化合物的发现到真正发现单一的镨钕元素竟然历时44年。直到1947年，美国人马林斯克（J.A.Marinsky）和他的同事们格兰德宁（L。E。Glendenin）和科列尔（C。D。Coryell）从原子反应堆铀裂变产物中用离子交换分离出最后一个稀土元素钷，才算完成了17个稀土元素的发展历史，这17种元素分别是镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥钇、钪。

事实上，化学元素周期表的创始人门捷列夫在世时，化学家只发现了钇、镧、铈、铒和镨钕化合物，但是门捷列夫已经意识到稀土元素对元素周期表的深远影响，他曾经写道：“（稀土）这是周期表中最难的问题之一”，所以他为稀土元素在周期表上留下了位置。

2稀土的应用及发展

2.1稀土贮氢材料

贮氢材料是在一般温和条件下，能反复可逆地（通常在一万次以上）吸入和放出氢的材料，这种材料的开发使得氢作为能源被实用化成为可能。在能源短缺和环境污染日益严重的今天，贮氢材料的开发与应用自然成为研究的热点。稀土与过渡族元素的金属间化合物MMNi5(MM为混合稀土金属)及LaNi5是优良的吸氢材料，可用作氢的提纯、分离和回收。稀土贮氢材料的另一项重要应用是可以被用作Ni/MH电池的阴极材料。镍氢电池与传统的镍镉电池相比，其能量密度提高两倍，且无污染，被称为绿色能源。Ni/MH电池应用十分广泛，如笔记本电脑、计算机、摄像机、收录机、数码相机、通讯器材等，还有一项潜在的重要用途为电动汽车。2.2稀土发光和激光材料

稀土元素无论被用作发光材料的基质成分，还是被用作激活剂，共激活剂，敏化剂或掺杂剂，所制成的发光材料一般统称为稀土发光材料。它的优点是吸收能力强，转换率高，可发射从紫外到红外的光谱，在可见光区域，有很强的发射能力，且物理化学性质稳定。

稀土发光材料因其激发方式不同又可分为稀土阴极射线发光材料、稀土光致发光材料、X射线稀土发光材料、稀土闪烁体、稀土上转换发光材料及其它稀土功能发光材料。目前，稀土发光材料主要用于彩电显像管、计算机显示器、照明、医疗设备

等方面。稀土发光材料用量最大的是彩电显像管、计算机显示器、稀土三基色节能灯、PDP等离子显示屏。

稀土发光材料的另一项重要应用是稀土三基色节能灯，它使用的稀土三基色荧光粉是光致发光材料，稀土节能灯发光效率高，节约电力，其开发应用受到世界各国重视。此外，还有稀土上转换发光材料，广泛用于红外探测。例如，某些上转换稀土发光材料如BaYF5∶Yb,Er可将红外线转换成可见光，夜视镜中使用的就是这种材料。

稀土激光材料是与激光同时诞生的，稀土是激光工作物质中的重要元素，90%的激光材料都与稀土有关。稀土激光材料广泛用于通讯、医疗、信息储存、切割和焊接等方面，可分为固液气三大类，稀土固体激光材料的应用最广。稀土固体激光材料又可以分为晶体、玻璃、光纤及化学计量激光材料。稀土光纤激光材料在现代光纤通讯中起着重要作用，虽然稀土在光纤中用量很少，世界总用量仅为公斤级，但所起的作用是决定性的。光信号直接放大技术是为补偿长距离传送过程中光衰减而开发的。掺铒光纤放大器(EDFA)的开发应用及其它高技术的发展，使现代光纤通信取得了长足的进步。

2.3 稀土永磁材料

稀土永磁材料因其合金成份不同，目前可分为三类:

(1)稀土-钴永磁材料：SmCo5、Sm2Co17;

(2)稀土-铁永磁材料：Nd2Fe14B;

(3)稀土铁氮(RE-Fe-N系)或稀土铁碳(RE-Fe-C 系)永磁材料。

Sm2Co17开发时间最早，具有较高的磁性能和稳定性，得到了广泛的应用。80年代Nd2Fe14B型稀土永磁体问世，因其优异的性能和低廉的价格在许多领域取代了Sm2Co17型稀土永磁体，并很快实现了工业化生产。NdFeB永磁体已广泛地用于能源、交通、机械、医疗、计算机、家电等领域。中国NdFeB产量较高，但中国NdFeB产业仍未形成规模化经营，产品多为中低档产品，磁能积（衡量磁体所储存能量大小的重要参数之一）一般小于45MGOe，多为40MGOe以下产品，因而多用于音响器材、磁化器、磁选机等中低档领域；而日本NdFeB生产只集中于几个大厂，其产品多为40MGOe以上产品，多用于计算机VCM、新型电机、MRI等高技术领域。

2.4稀土功能陶瓷

稀土陶瓷材料中稀土元素是以掺杂的形式出现的，微量的稀土掺杂可以极大地改变陶瓷材料的烧结性能、微观结构、致密度、相组成及物理和机械性能。

稀土功能陶瓷包括绝缘材料(电、热)、电容器介电材料、半导体材料、超导材料、热电陶瓷材料、化学吸附材料等，还有固体电解质材料。在传统的压电陶瓷材料如PbTiO3、PbZr x Ti1-x O3(PZT)中掺杂微量稀土氧化物如Y2O3、La2O3等可以大大改善这些材料的介电性和压电性，使它们更适应实际需要。现在PZT压电陶瓷已广泛地用于电声、水声、超声器件、信号处理、红外技术、引燃引爆、微型马达等方面。由压电陶瓷制成的传感器已成功用于汽车空气囊保护系统。在移动电话和计算机中使用了大量的多层陶瓷电容器，稀土元素如La、Ce、Nd在其中发挥着重要作用。对稀土半导体陶瓷的研究十分活跃，这种材料主要有BaTiO3基掺杂稀土和SrTiO3基掺杂稀土，稀土掺杂在这种效应中发挥着关键作用，PTC热敏半导材料可用作过电过热保护元件、温度补偿器、温度传感器、延时元件、消磁元件等。稀土高温超导材料也是国际热门研究课题，其应用十分广泛，可用作超导电磁体用于磁悬浮列车，可用于发电机、发动机、动力传输、微波等方面。

3世界及中国稀土资源现状

世界上主要稀土储藏国有中国、俄罗斯、美国、澳大利亚和印度，在已探明的稀土储量中，中国约占31%；美国的稀土储量至少有 1300万t，占总储量的15%；以俄罗斯为中心的独联体有 1900 万t，占总储量的 22%；澳大利亚约占 6%；其他国家约占25% 。这个比例只限于已经勘探并探明的矿区，而对于尚未勘探的世界大部分地区，稀土储量依然是个未知数。其中，巴西、蒙古、澳大利亚、印度、越南、哈萨克斯坦等国不断传来新的稀土矿探明的消息。

我国是世界第一稀土资源大国，储量大、分布广、品种全，基础储量8900万t （以稀土氧化物计，下同），资源量6780万t，约占世界55%，广泛分布于全国22 个省区稀土矿产品产量逐年增长。现在，我国已经成为世界最大稀土资源、生产、出口国和最大稀土应用消费国。

4稀土发展中的问题及可持续发展策略