稀土在冶金工业的应用

稀土在冶金工业中的应用

摘要：稀土元素是元素周期表中15种镧系元素，以及与镧系元素化学性质相似的钪（Sc）和钇（Y）共17 种元素。稀土元素在冶金、石油、化工、纺织、陶瓷、玻璃、永磁材料等领域都得到了广泛的应用。正因为稀土元素在工业中应用十分广泛，所以稀土享有“工业维生素”“工业味精”的美称。稀土曾经被作为廉价的物品出口；现如今，国家已把稀土作为重要战略物资储存，减少了出口，防止了国家重要资源的流失。

关键字：稀土元素；冶金；工业

1前言：稀土简介

1.1稀土元素：17个稀土元素分别是门捷列夫周期表中ⅢB族，第四周期原子序数21的钪（Sc）、第五周期原子序数39的钇（Y）、和位于周期表的第六周期的57~71的镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu）。

1.2稀土史略：

1.2.1稀土发现史：1788 年盛夏，瑞典一位名叫卡尔·阿雷尼乌斯的军官在斯德哥尔摩附近的伊特比小镇上，找到一块不常见的黑色石头。1794 年，芬兰的著名化学家加多林研究了阿雷尼乌斯所得到的这块矿石，发现其中含有一种新的土性氧化物。这种氧化物难溶于水，于是发现了第一种稀土元素的氧化物“钇土”。1803年发现了硅铈石，1843年从钇土中分离出来了钇、铒、铽的氧化物。随后更多的稀土元素被陆续发现，最后在l947 年马林斯基等人发现了最后一个稀土元素钷，前后经历了l50 多年的时间，终于找到了全部的稀土元素。

1.2.2稀土发展史：1787-1949被成为稀土发展的摇篮时代；1950-1969被成为稀土发展的启蒙时代；1970- 被成为稀土发展的黄金时代。

1. 3稀土在自然界的分布情况：整体稀土元素在地壳中的丰度比一些常见的元素要多，轻稀土比重稀土的丰度大，稀土元素在自然界分布不均匀，主要集中在岩石圈内，稀土元素主要以类质同晶，吸附矿的状态存在。

1.4我国的稀土资源：中国稀土资源占世界的50%左右，包头的稀土资源占中国的84%，包头矿为混合型稀土矿白云矿（氟碳铈矿）和鄂博矿（独居石矿）比值约

为3：1。包头的稀土主要以轻稀土为主（La-Ga）其中Ce含量最多占50.07%。

除了包头矿还有江西寻乌矿，重稀土（Tb-Lu）居多。主要是离子型吸附矿。

2 我国稀土的应用领域

我国稀土的主要应用领域分为两大类: 一是在传统领域中的应用, 如冶金机械、石油化工、玻璃陶瓷、农轻纺等; 二是在高新技术领域中的应用, 如稀土永磁材料、稀土荧光粉、稀土储氢材料、稀土催化材料等,如图1所示是我国稀土消费领域及消费结构比例图

从图中可以看出来占比例最大的

部分是新材料领域，其次才是冶金

机械领域，出现这样的情况主要有

两方面的原因：一是国内稀土消费

量增长的速度加快; 二是在其它领

域,特别是在高新技术领域中的应用

量增长的更快。稀土的消费趋势正

向着新材料领域发展。

2.1各种稀土元素在工业领域的应用

1.镧(la)镧的应用非常广泛，如应用于

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。

2.铈(Ce) 铈作为玻璃添加剂、汽车尾气

净化催化剂、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，

抛光粉、储氢材料、热电材料、铈钨电极、陶瓷电容器、压电陶瓷、铈碳化硅磨料、燃料电池原料、汽油催化剂、某些永磁材料、各种合金钢及有色金属等。

3.镨(Pr)镨被广泛应用于建筑陶瓷和日用陶瓷中; 用于制造永磁体; 用于石油催化裂化; 镨还可用于磨料抛光。

4.钕(Nd)金属钕的最大用户是钕铁硼永磁材料；钕还应用于有色金属材料。在镁或铝合金中添加1.5～2.5%钕，可提高合金的高性能、气密性和耐腐蚀性，广泛用作航空航天材料；钕也用于玻璃和陶瓷材料的着色以及橡胶制品的添加剂。

5.钷(Pm)可作热源、X-射线仪、制备荧光粉、度量厚度以及航标灯中等。

6. 钐(Sm)钐钴磁体是最早得到工业应用的稀土磁体,还可以做屏敝材料和控制

材料

7.铕(Eu) 氧化铕大部分用于荧光粉。

8. 钆(Gd)钆镓石榴石中的钆对于磁泡记忆存储器是理想的单基片；其硫氧化物可用作特殊亮度的示波管和x射线荧光屏的基质栅网等的应。

9. 铽(Tb)荧光粉用于三基色荧光粉中的绿粉的激活剂；磁光贮存材料；磁光玻璃。

10. 镝(Dy) 作为钕铁硼系永磁体的添加剂; 镝用作荧光粉激活剂是制备大磁致伸缩合金铽镝铁合金的必要的金属原料; 镝金属可用做磁光存贮材料; 用于镝灯的制备。

11. 钬(Ho) 用作金属卤素灯添加剂；钬可以用作钇铁或钇铝石榴石的添加剂；另外用掺钬的光纤可以制作光纤激光器、光纤放大器、光纤传感器等等光通讯器件在光纤通信迅猛的今天将发挥更重要的作用。

12. 铒(Er)铒也可应用于眼镜片玻璃、结晶玻璃的脱色和着色等。

13. 铥(Tm)铥用作医用轻便X光机射线源; 铥元素还可以应用于临床诊断和治疗肿瘤; 铥在X射线增感屏用荧光粉中做激活剂; 加入到玻璃中可制成稀土玻璃激光材料。

14.镱(Yb)作热屏蔽涂层材料, 作磁致伸缩材料, 用于测定压力的镱元件, 磨牙空洞的树脂基填料等。

15.镥(Lu)制造某些特殊合金; 稳定的镥核素在石油裂化、烷基化、氢化和聚合反应中起催化作用; 能源电池技术以及荧光粉的激活剂等。

16. 钇(Y)钢铁及有色合金的添加剂; 掺钇SrZrO3高质子传导材料; 高喷涂材料、原子能反应堆燃料的稀释剂、永磁材料添加剂以及电子工业中作吸气剂等。17. 钪(Sc)在冶金工业中，钪常用于制造合金（合金的添加剂），以改善合金的强度、硬度和耐热和性能。在电子工业中，钪可用作各种半导体器件，如钪的亚硫酸盐在半导体中的应用已引起了国内外的注意，含钪的铁氧体在计算机磁芯中也颇有前途3，在化学工业上，用钪化合物作酒精脱氢及脱水剂，生产乙烯和用废盐酸生产氯时的高效催化剂。4，在玻璃工业中，可以制造含钪的特种玻璃等。

3.稀土在钢铁冶金工业中的应用

将稀土元素运在钢铁冶金这个行业已经有很长一段历史了。早在第一次世界大战时期德国人已经把稀土金属成功地用于镁合金和铝合金, 1920年开始在生铁中试用;七十年代达到了高潮。近二十多年来美、日、西欧等国把稀土研究开发重点转向高新技术应用的新材料。现在国际上把稀土誉为新技术革命中的战略元素、高技术的生长点、新材料的宝库。