有關稀土的認識與研究

1、關于稀土的認識與研究一、概述稀土就是化學元素周期表中鑭系元素 鑭 (La) 、鈰 (Ce) 、鐠 (Pr) 、釹 (Nd) 、钷(Pm) 、釤(Sm) 、銪(Eu) 、釓(Gd) 、鋱(Tb) 、鏑(Dy) 、鈥(Ho) 、鉺(Er) 、銩(Tm) 、鐿(Yb) 、 镥(Lu) ，以及與鑭系的 15 個元素密切相關的兩個元素鈧(Sc) 和釔 (Y)共 17 種元素，稱為稀土元素 (Rare Earth) 。簡稱稀土 (RE 或 R) 。稀土的分類：1) 輕稀土 (又稱鈰組 )：鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓。2) 重稀土 (又稱釔組 )：鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、鈧、釔。 鈰組與釔組之別，是

2、因為礦物經(jīng)分離得到的稀土混合物中，常以鈰或釔比例多的 而得名。二、17 種稀土元素名稱的由來及用途 稀土一詞是歷史遺留下來的名稱。稀土元素是從 18 世紀末葉開始陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，當 時人們常把不溶于水的固體氧化物稱為土。稀土一般是以氧化物狀態(tài)分離出來的，又 很稀少，因而得名為稀土。通常把鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪稱為輕稀土或鈰組稀 土；把釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥釔稱為重稀土或釔組稀土。也有的根據(jù)稀土 元素物理化學性質的相似性和差異性，除鈧之外(有的將鈧劃歸稀散元素 )，劃分成三組，即輕稀土組為鑭、鈰、鐠、釹、钷；中稀土組為釤、銪、釓、鋱、鏑；重稀土組 為鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔。這些稀土元素的發(fā)

3、現(xiàn)，從 1794 年芬蘭人加多林 (J.Gadolin) 分離出釔到 1947 年 美國人馬林斯基 (J.A.Marinsky) 等制得钷，歷時 150 多年。其部分稀土元素是歐洲的 一些礦物學家、化學家、冶金學家等發(fā)現(xiàn)制取的。钷是美國人馬林斯基、格蘭德寧 (L.E.Glendenin) 和科列爾 (C.D.Coryell) 用離子交換分離，在鈾裂變產(chǎn)物的稀土元素中 獲得的。過去認為自然界中不存在钷，直到 1965 年，芬蘭一家磷酸鹽工廠在處理磷 灰石時發(fā)現(xiàn)了痕量的钷。鑭(La) 鑭 這個元素是 1839 年被命名的，當時有個叫莫桑德 的瑞典人發(fā)現(xiàn)鈰土中含有其它元素，他借用希臘語中隱藏 一詞把

4、這種元素取名為鑭 。鑭的應用非常廣泛，如應用于壓電材料、電熱材料、熱電材料、磁阻材料、發(fā)光 材料 (蘭粉 )、貯氫材料、光學玻璃、激光材料、各種合金材料等。鑭也應用到制備許 多有機化工產(chǎn)品的催化劑中，光轉換農用薄膜也用到鑭，在國外，科學家把鑭對作物 的作用賦與 超級鈣 的美稱。鈰 (Ce) 鈰 這個元素是由德國人克勞普羅斯，瑞典人烏斯伯齊力、希生格爾于1803 年發(fā)現(xiàn)并命名的，以紀念 1801 年發(fā)現(xiàn)的小行星 - 谷神星。 鈰的廣泛應用 :(1) 鈰作為玻璃添加劑，能吸收紫外線與紅外線，現(xiàn)已被大量應用于汽車玻璃。不 僅能防紫外線，還可降低車溫度，從而節(jié)約空調用電。從 1997 年起，日本汽車玻

5、璃 全加入氧化鈰， 1996 年用于汽車玻璃的氧化鈰至少有 2000 噸，美國約 1000 多噸 .(2) 目前正將鈰應用到汽車尾氣凈化催化劑中，可有效防止大量汽車廢氣排到空 氣中美國在這方面的消費量占稀土總消費量的三分之一強。(3) 硫化鈰可以取代鉛、 鎘等對環(huán)境和人類有害的金屬應用到顏料中， 可對塑料著 色，也可用于涂料、油墨和紙等行業(yè)。目前領先的是法國羅納普朗克公司。(4) Ce:LiSAF 激光系統(tǒng)是美國研制出來的固體激光器，通過監(jiān)測色氨酸濃度可用 于探查生物武器，還可用于醫(yī)學。鈰應用領域非常廣泛，幾乎所有的稀土應用領域中 都含有鈰。如拋光粉、儲氫材料、熱電材料、鈰鎢電極、瓷電容器、壓

6、電瓷、鈰碳化 硅磨料、燃料電池原料、汽油催化劑、某些永磁材料、各種合金鋼及有色金屬等。鐠 (Pr) 大約 160 年前，瑞典人莫桑德從鑭中發(fā)現(xiàn)了一種新的元素，但它不是單 一元素，莫桑德發(fā)現(xiàn)這種元素的性質與鑭非常相似，便將其定名為鐠釹 。 鐠釹 希臘語為 雙生子 之意。大約又過了 40 多年，也就是發(fā)明汽燈紗罩的 1885 年，奧地利 人韋爾斯巴赫成功地從 鐠釹 中分離出了兩個元素，一個取名為釹 ，另一個則命名為 鐠 。這種 雙生子 被分隔開了，鐠元素也有了自己施展才華的廣闊天地。鐠是用 量較大的稀土元素，其用于玻璃、瓷和磁性材料中。鐠的廣泛應用 :(1) 鐠被廣泛應用于建筑瓷和日用瓷中， 其與

7、瓷釉混合制成色釉， 也可單獨作釉下 顏料，制成的顏料呈淡黃色，色調純正、淡雅。(2) 用于制造永磁體。 選用廉價的鐠釹金屬代替純釹金屬制造永磁材料， 其抗氧性 能和機械性能明顯提高，可加工成各種形狀的磁體。廣泛應用于各類電子器件和馬達 上。(3) 用于石油催化裂化。以鐠釹富集物的形式加入 Y 型沸石分子篩中制備石油裂 化催化劑，可提高催化劑的活性、選擇性和穩(wěn)定性。我國 70 年代開始投入工業(yè)使用， 用量不斷增大。(4) 鐠還可用于磨料拋光。另外，鐠在光纖領域的用途也越來越廣。釹 (Nd) 伴隨著鐠元素的誕生，釹元素也應運而生，釹元素的到來活躍了稀土領 域，在稀土領域中扮演著重要角色，并且左右著

8、稀土市場。釹元素憑借其在稀土領域中的獨特地位，多年來成為市場關注的熱點。金屬釹的 最大用戶是釹鐵硼永磁材料。釹鐵硼永磁體的問世，為稀土高科技領域注入了新的生 機與活力。釹鐵硼磁體磁能積高，被稱作當代永磁之王 ，以其優(yōu)異的性能廣泛用于電子、機械等行業(yè)。阿爾法磁譜儀的研制成功，標志著我國釹鐵硼磁體的各項磁性能 已跨入世界一流水平。 釹還應用于有色金屬材料。 在鎂或鋁合金中添加 1.5 2.5% 釹， 可提高合金的高溫性能、氣密性和耐腐蝕性，廣泛用作航空航天材料。另外，摻釹的 釔鋁石榴石產(chǎn)生短波激光束， 在工業(yè)上廣泛用于厚度在 10mm 以下薄型材料的焊接和 切削。在醫(yī)療上，摻釹釔鋁石榴石激光器代替

9、手術刀用于摘除手術或消毒創(chuàng)傷口。釹 也用于玻璃和瓷材料的著色以及橡膠制品的添加劑。隨著科學技術的發(fā)展，稀土科技 領域的拓展和延伸，釹元素將會有更廣闊的利用空間。钷 (Pm) 1947 年，馬林斯基 (J.A.Marinsky) 、格倫丹寧 (L.E.Glendenin) 和科里爾 (C.E.Coryell) 從原子能反應堆用過的鈾燃料中成功地分離出 61 號元素，用希臘神話 中的神名普羅米修斯 (Prometheus) 命名為钷 (Promethium) 。钷為核反應堆生產(chǎn)的人造 放射性元素。钷的主要用途有 :(1) 可作熱源。為真空探測和人造衛(wèi)星提供輔助能量。(2) Pm147 放出能量低的

10、 射線，用于制造钷電池。作為導彈制導儀器及鐘表的 電源。此種電池體積小，能連續(xù)使用數(shù)年之久。此外，钷還用于便攜式X- 射線儀、制備熒光粉、度量厚度以及航標燈中。釤 (Sm) 1879 年，波依斯包德萊從鈮釔礦得到的鐠釹 中發(fā)現(xiàn)了新的稀土元素，并根據(jù)這種礦石的名稱命名為釤。釤呈淺黃色，是做釤鈷系永磁體的原料，釤鈷磁體是最早得到工業(yè)應用的稀土磁 體。這種永磁體有 SmCo5 系和 Sm2Co17 系兩類。 70 年代前期發(fā)明了 SmCo5 系， 后期發(fā)明了 Sm2Co17 系?，F(xiàn)在是以后者的需求為主。釤鈷磁體所用的氧化釤的純度 不需太高，從成本方面考慮，主要使用 95% 左右的產(chǎn)品。此外，氧化釤還

11、用于瓷電容 器和催化劑方面。另外，釤還具有核性質，可用作原子能反應堆的結構材料，屏敝材 料和控制材料，使核裂變產(chǎn)生巨大的能量得以安全利用。銪 (Eu) 1901 年，德馬凱 (Eugene-Antole Demarcay)從 釤 中發(fā)現(xiàn)了新元素，取名為銪 (Europium) 。這大概是根據(jù)歐洲 (Europe) 一詞命名的。氧化銪大部分用于熒光 粉。 Eu3+ 用于紅色熒光粉的激活劑， Eu2+ 用于藍色熒光粉。現(xiàn)在 Y2O2S:Eu3+ 是發(fā) 光效率、涂敷穩(wěn)定性、回收成本等最好的熒光粉。再加上對提高發(fā)光效率和對比度等 技術的改進， 故正在被廣泛應用。 近年氧化銪還用于新型 X 射線醫(yī)療診斷

12、系統(tǒng)的受激 發(fā)射熒光粉。氧化銪還可用于制造有色鏡片和光學濾光片，用于磁泡貯存器件，在原 子反應堆的控制材料、屏敝材料和結構材料中也能一展身手。釓(Gd) 1880 年，瑞士的馬里格納克 (G.de Marignac) 將釤分離成兩個元素，其 中一個由索里特證實是釤元素，另一個元素得到波依斯包德萊的研究確認， 1886 年， 馬里格納克為了紀念釔元素的發(fā)現(xiàn)者 研究稀土的先驅荷蘭化學家加多林 (Gado Linium) ，將這個新元素命名為釓。釓在現(xiàn)代技革新中將起重要作用。它的主要用途有：(1) 其水溶性順磁絡合物在醫(yī)療上可提高人體的核磁共振 (NMR) 成像信號。(2) 其硫氧化物可用作特殊亮度

13、的示波管和x 射線熒光屏的基質柵網(wǎng)。(3) 在釓鎵石榴石中的釓對于磁泡記憶存儲器是理想的單基片。(4) 在無 Camot 循環(huán)限制時，可用作固態(tài)磁致冷介質。(5) 用作控制核電站的連鎖反應級別的抑制劑，以保證核反應的安全。(6) 用作釤鈷磁體的添加劑，以保證性能不隨溫度而變化。另外，氧化釓與鑭一起使用，有助于玻璃化區(qū)域的變化和提高玻璃的熱穩(wěn)定性。 氧化釓還可用于制造電容器、 x 射線增感屏。 在世界上目前正在努力開發(fā)釓及其合 金在磁致冷方面的應用，現(xiàn)已取得突破性進展，室溫下采用超導磁體、金屬釓或其合 金為致冷介質的磁冰箱已經(jīng)問世。鋱 (Tb) 1843 年瑞典的莫桑德 (Karl G.Mosa

14、nder) 通過對釔土的研究，發(fā)現(xiàn)鋱元素 (Terbium) 。鋱的應用大多涉及高技術領域，是技術密集、知識密集型的尖端項目， 又是具有顯著經(jīng)濟效益的項目，有著誘人的發(fā)展前景。主要應用領域有：(1) 熒光粉用于三基色熒光粉中的綠粉的激活劑， 如鋱激活的磷酸鹽基質、 鋱激活 的硅酸鹽基質、鋱激活的鈰鎂鋁酸鹽基質，在激發(fā)狀態(tài)下均發(fā)出綠色光。(2) 磁光貯存材料，近年來鋱系磁光材料已達到大量生產(chǎn)的規(guī)模，用 Tb-Fe 非晶 態(tài)薄膜研制的磁光光盤，作計算機存儲元件，存儲能力提高 10 15 倍。(3) 磁光玻璃， 含鋱的法拉第旋光玻璃是制造在激光技術中廣泛應用的旋轉器、 隔 離器和環(huán)形器的關鍵材料。特

15、別是鋱鏑鐵磁致伸縮合金(TerFenol) 的開發(fā)研制，更是開辟了鋱的新用途， Terfenol 是 70 年代才發(fā)現(xiàn)的新型材料，該合金中有一半成份為 鋱和鏑，有時加入鈥，其余為鐵，該合金由美國依阿華州阿姆斯實驗室首先研制，當 Terfenol 置于一個磁場中時， 其尺寸的變化比一般磁性材料變化大這種變化可以使一 些精密機械運動得以實現(xiàn)。鋱鏑鐵開始主要用于聲納，目前已廣 泛應用于多種領域， 從燃料噴射系統(tǒng)、液體閥門控制、微定位到機械致動器、機構和飛機太空望遠鏡的調 節(jié) 機翼調節(jié)器等領域。鏑 (Dy) 1886 年，法國人波依斯包德萊成功地將鈥分離成兩個元素，一個仍稱為 鈥，而另一個根據(jù)從鈥中難

16、以得到 的意思取名為鏑 (dysprosium) 。鏑目前在許多高技術領域起著越來越重要的作用 .鏑的最主要用途是 :(1) 作為釹鐵硼系永磁體的添加劑使用，在這種磁體中添加 23% 左右的鏑，可提 高其矯頑力，過去鏑的需求量不大，但隨著釹鐵硼磁體需求的增加，它成為必要的添 加元素，品位必須在95 99.9% 左右，需求也在迅速增加。(2) 鏑用作熒光粉激活劑， 三價鏑是一種有前途的單發(fā)光中心三基色發(fā)光材料的激 活離子，它主要由兩個發(fā)射帶組成，一為黃光發(fā)射，另一為藍光發(fā)射，摻鏑的發(fā)光材 料可作為三基色熒光粉。(3) 鏑是制備大磁致伸縮合金鋱鏑鐵 (Terfenol) 合金的必要的金屬原料，能使

17、一些 機械運動的精密活動得以實現(xiàn)。(4) 鏑金屬可用做磁光存貯材料，具有較高的記錄速度和讀數(shù)敏感度。(5) 用于鏑燈的制備，在鏑燈中采用的工作物質是碘化鏑，這種燈具有亮度大、顏 色好、色溫高、體積小、電弧穩(wěn)定等優(yōu)點，已用于電影、印刷等照明光源。(6) 由于鏑元素具有中子俘獲截面積大的特性， 在原子能工業(yè)中用來測定中子能譜 或做中子吸收劑。(7) Dy3Al5O12 還可用作磁致冷用磁性工作物質。隨著科學技術的發(fā)展，鏑的應 用領域將會不斷的拓展和延伸。鈥 (Ho) 十九世紀后半葉，由于光譜分析法的發(fā)現(xiàn)和元素周期表的發(fā)表，再加上 稀土元素電化學分離工藝的進展，更加促進了新的稀土元素的發(fā)現(xiàn)。 187

18、9 年，瑞典 人克利夫發(fā)現(xiàn)了鈥元素并以瑞典首都斯德哥爾摩地名命名為鈥 (holmium) 。鈥的應用領域目前還有待于進一步開發(fā)，用量不是很大，最近，包鋼稀土研究院 采用高溫高真空蒸餾提純技術，研制出非稀土雜質含量很低的高純金屬鈥 Ho/ RE99.9% 。目前鈥的主要用途有：(1) 用作金屬鹵素燈添加劑， 金屬鹵素燈是一種氣體放電燈， 它是在高壓汞燈基礎 上發(fā)展起來的，其特點是在燈泡里充有各種不同的稀土鹵化物。目前主要使用的是稀 土碘化物，在氣體放電時發(fā)出不同的譜線光色。在鈥燈中采用的工作物質是碘化鈥， 在電弧區(qū)可以獲得較高的金屬原子濃度，從而大大提高了輻射效能。(2) 鈥可以用作釔鐵或釔鋁石

19、榴石的添加劑；(3) 摻鈥的釔鋁石榴石 (Ho:YAG) 可發(fā)射 2m激光，人體組織對 2m激光吸收率 高，幾乎比 Hd:YAG 高 3 個數(shù)量級。所以用 Ho:YAG 激光器進行醫(yī)療手術時，不但 可以提高手術效率和精度，而且可使熱損傷區(qū)域減至更小。鈥晶體產(chǎn)生的自由光束可 消除脂肪而不會產(chǎn)生過大的熱量，從而減少對健康組織產(chǎn)生的熱損傷，據(jù)報道美國用 鈥激光治療青光眼，可以減少患者手術的痛苦。我國2m 激光晶體的水平已達到國際水平，應大力開發(fā)生產(chǎn)這種激光晶體。(4) 在磁致伸縮合金 Terfenol-D 中，也可以加入少量的鈥，從而降低合金飽和磁 化所需的外場。(5) 另外用摻鈥的光纖可以制作光纖

20、激光器、 光纖放大器、 光纖傳感器等等光通訊 器件在光纖通信迅猛的今天將發(fā)揮更重要的作用。鉺 (Er) 1843 年，瑞典的莫桑德發(fā)現(xiàn)了鉺元素 (Erbium) 。鉺的光學性質非常突出， 一直是人們關注的問題：(1) Er3+ 在 1550nm 處的光發(fā)射具有特殊意義，因為該波長正好位于光纖通訊的 光學纖維的最低損失，鉺離子 (Er3+) 受到波長 980nm 、 1480nm 的光激發(fā)后，從基態(tài) 4I15/2 躍遷至高能態(tài) 4I13/2 ，當處于高能態(tài)的 Er3+ 再躍遷回至基態(tài)時發(fā)射出 1550nm 波長的光，石英光纖可傳送各種不同波長的光，但不同的光光衰率不同， 1550nm 頻 帶的光

21、在石英光纖中傳輸時光衰減率最低 (0.15 分貝 / 公里 )，幾乎為下限極限衰減率。 因此，光纖通信在 1550nm 處作信號光時，光損失最小。這樣，如果把適當濃度的鉺 摻入合適的基質中，可依據(jù)激光原理作用，放大器能夠補償通訊系統(tǒng)中的損耗，因此 在需要放大波長 1550nm 光信號的電訊網(wǎng)絡中， 摻鉺光纖放大器是必不可少的光學器 件，目前摻鉺的二氧化硅纖維放大器已實現(xiàn)商業(yè)化。據(jù)報道，為避免無用的吸收，光 纖中鉺的摻雜量幾十至幾百 ppm 。光纖通信的迅猛發(fā)展，將開辟鉺的應用新領域。(2) 另外摻鉺的激光晶體及其輸出的 1730nm 激光和 1550nm 激光對人的眼睛安 全，大 氣傳輸性能較

22、好，對戰(zhàn)場的硝煙穿透能力較強，性好，不易被敵人探測，照 射軍事目標的對比度較大，已制成軍事上用的對人眼安全的便攜式激光測距儀。(3) Er3+ 加入到玻璃中可制成稀土玻璃激光材料，是目前輸出脈沖能量最大，輸 出功率最高的固體激光材料。(4) Er3+ 還可做稀土上轉換激光材料的激活離子。(5) 另外鉺也可應用于眼鏡片玻璃、結晶玻璃的脫色和著色等。銩 (Tm) 銩元素是 1879 年瑞典的克利夫發(fā)現(xiàn)的， 并以斯堪迪那維亞 (Scandinavia) 的舊名 Thule 命名為銩 (Thulium) 。銩的主要用途有以下幾個方面：(1) 銩用作醫(yī)用輕便 X 光機射線源，銩在核反應堆輻照后產(chǎn)生一種能

23、發(fā)射 X 射線 的同位素， 可用來制造便攜式血液輻照儀上， 這種輻射儀能使銩 -169 受到高中子束的 作用轉變?yōu)殇A -170 ，放射出 X 射線照射血液并使白血細胞下降， 而正是這些白細胞引 起器官移植排異反應的，從而減少器官的早期排異反應。(2) 銩元素還可以應用于臨床診斷和治療腫瘤，因為它對腫瘤組織具有較高親合 性，重稀土比輕稀土親合性更大，尤其以銩元素的親合力最大。(3) 銩在 X 射線增感屏用熒光粉中做激活劑 LaOBr:Br( 藍色 )，達到增強光學靈敏 度，因而降低了 X 射線對人的照射和危害，與以前鎢酸鈣增感屏相比可降低 X 射線 劑量 50% ，這在醫(yī)學應用具有重要現(xiàn)實的意義

24、。(4) 銩還可在新型照明光源 金屬鹵素燈做添加劑。(5) Tm3+ 加入到玻璃中可制成稀土玻璃激光材料，這是目前輸出脈沖量最大，輸 出功率最高的固體激光材料。 Tm3+ 也可做稀土上轉換激光材料的激活離子。鐿(Yb) 1878 年，查爾斯 (Jean Charles) 和馬利格納克 (G.de Marignac) 在 鉺 中 發(fā)現(xiàn)了新的稀土元素，這個元素由伊特必 (Ytterby) 命名為鐿 (Ytterbium) 。鐿的主要用途有：(1) 作熱屏蔽涂層材料。 鐿能明顯地改善電沉積鋅層的耐蝕性， 而且含鐿鍍層比不 含鐿鍍層晶粒細小，均勻致密。(2) 作磁致伸縮材料。 這種材料具有超磁致伸縮性

25、即在磁場中膨脹的特性。 該合金 主要由鐿 / 鐵氧體合金及鏑 /鐵氧體合金構成，并加入一定比例的錳，以便產(chǎn)生超磁致 伸縮性。(3) 用于測定壓力的鐿元件，試驗證明，鐿元件在標定的壓力圍靈敏度高，同時為 鐿在壓力測定應用方面開辟了一個新途徑。(4) 磨牙空洞的樹脂基填料，以替換過去普遍使用銀汞合金。(5) 日本學者成功地完成了摻鐿釓鎵石榴石埋置線路波導激光器的制備工作， 這一 工作的完成對激光技術的進一步發(fā)展很有意義。另外，鐿還用于熒光粉激活劑、無線 電瓷、 電子計算機記憶元件 ( 磁泡 )添加劑、 和玻璃纖維助熔劑以及光學玻璃添加劑等。镥 (Lu) 1907 年，韋爾斯巴赫和尤貝恩 (G.Ur

26、bain) 各自進行研究，用不同的分離 方法從 鐿 中又發(fā)現(xiàn)了一個新元素， 韋爾斯巴赫把這個元素取名為 Cp(Cassiopeium) ， 尤貝恩根據(jù)巴黎的舊名 lutece 將其命名為 Lu(Lutetium) 。后來發(fā)現(xiàn) Cp 和 Lu 是同一 元素，便統(tǒng)一稱為镥。镥的主要用途有：(1) 制造某些特殊合金。例如镥鋁合金可用于中子活化分析。(2) 穩(wěn)定的镥核素在石油裂化、烷基化、氫化和聚合反應中起催化作用。(3) 釔鐵或釔鋁石榴石的添加元素，改善某些性能。(4) 磁泡貯存器的原料。(5) 一種復合功能晶體摻镥四硼酸鋁釔釹，屬于鹽溶液冷卻生長晶體的技術領域， 實驗證明，摻镥 NYAB 晶體在光

27、學均勻性和激光性能方面均優(yōu)于 NYAB 晶體。(6) 經(jīng)國外有關部門研究發(fā)現(xiàn)， 镥在電致變色顯示和低維分子半導體中具有潛在的 用途。此外，镥還用于能源電池技術以及熒光粉的激活劑等。釔 (Y) 1788 年，一位以研究化學和礦物學、收集礦石的業(yè)余愛好者瑞典軍官卡 爾 阿雷尼烏斯 (Karl Arrhenius) 在斯德哥爾摩灣外的伊特必村 (Ytterby) ，發(fā)現(xiàn)了外觀 象瀝青和煤一樣的黑色礦物，按當?shù)氐牡孛麨橐撂乇氐V (Ytterbite) 。1794 年芬蘭 化學家約翰 加多林分析了這種伊特必礦樣品。發(fā)現(xiàn)其中除鈹、硅、鐵的氧化物外， 還含有 38% 的未知元素的氧化物棗 新土 。 17

28、97 年，瑞典化學家?？素惛?(Anders Gustaf Ekeberg) 確認了這種 新土 ，命名為釔土 (Yttria, 釔的氧化物之意 )。釔是一種用途廣泛的金屬，主要用途有 :(1) 鋼鐵及有色合金的添加劑。 FeCr 合金通常含 0.5-4% 釔， 釔能夠增強這些不銹 鋼的抗氧化性和延展性； MB26 合金中添加適量的富釔混合稀土后，合金的綜合性能 得到明顯的改善，可以替代部分中強鋁合金用于飛機的受力構件上；在 Al-Zr 合金中 加入少量富釔稀土，可提高合金導電率；該合金已為國大多數(shù)電線廠采用；在銅合金 中加入釔，提高了導電性和機械強度。(2) 含釔 6% 和鋁 2%的氮化硅瓷材

29、料，可用來研制發(fā)動機部件。(3) 用功率 400 瓦的釹釔鋁石榴石激光束來對大型構件進行鉆孔、切削和焊接等 機械加工。(4) 由 Y-Al 石榴石單晶片構成的電子顯微鏡熒光屏，熒光亮度高，對散射光的吸 收低，抗高溫和抗機械磨損性能好。(5) 含釔達 90% 的高釔結構合金，可以應用于航空和其它要求低密度和高熔點的 場合。(6) 目前倍受人們關注的摻釔 SrZrO3 高溫質子傳導材料，對燃料電池、電解池和 要求氫溶解度高的氣敏元件的生產(chǎn)具有重要的意義。此外， 釔還用于耐高溫噴涂材料、原子能反應堆燃料的稀釋劑、永磁材料添加劑以及電子工業(yè)中作吸氣劑等。鈧 (Sc) 1879 年，瑞典的化學教授尼爾森

30、 (L.F.Nilson, 18401899) 和克萊夫 (P.T.Cleve, 18401905)差不多同時在稀有的礦物硅鈹釔礦和黑稀金礦中找到了一種新元素。 他們給這一元素定名為 Scandium( 鈧 )，鈧就是門捷列夫當初所預言的類硼元素。他們的發(fā)現(xiàn)再次證明了元素周期律的正確性和門捷列夫的遠見卓識。鈧比起釔和鑭系元素來， 由于離子半徑特別小， 氫氧化物的堿性也特別弱， 因此， 鈧和稀土元素混在一起時，用氨( 或極稀的堿 )處理，鈧將首先析出，故應用分級沉淀法可比較容易地把它從稀土元素中分離出來。另一種方法是利用硝酸鹽的分極分解 進行分離，由于硝酸鈧最容易分解，從而達到分離的目的。用電解

31、的方法可制得金屬鈧，在煉鈧時將 ScCl3 、KCl 、LiCl 共熔，以熔融的鋅 為陰極電解之，使鈧在鋅極上析出，然后將鋅蒸去可得金屬鈧。另外，在加工礦石生 產(chǎn)鈾、釷和鑭系元素時易回收鈧。鎢、錫礦中綜合回收伴生的鈧也是鈧的重要來源之 一。 鈧在化合物中主要呈 3 價態(tài)， 在空氣中容易氧化成 Sc2O3 而失去金屬光澤變成 暗灰色。鈧的主要用途有 :(1) 鈧能與熱水作用放出氫，也易溶于酸，是一種強還原劑。(2) 鈧的氧化物及氫氧化物只顯堿性， 但其鹽灰?guī)缀醪荒芩狻?鈧的氯化物為白色 結晶，易溶于水并能在空氣中潮解。(3) 在冶金工業(yè)中，鈧常用于制造合金(合金的添加劑 ) ，以改善合金的強度

32、、硬度和耐熱和性能。如，在鐵水中加入少量的鈧，可顯著改善鑄鐵的性能，少量的鈧加入 鋁中，可改善其強度和耐熱性。(4) 在電子工業(yè)中， 鈧可用作各種半導體器件， 如鈧的亞硫酸鹽在半導體中的應用 已引起了國外的注意，含鈧的鐵氧體在計算機磁芯中也頗有前途。(5) 在化學工業(yè)上， 用鈧化合物作酒精脫氫及脫水劑， 生產(chǎn)乙烯和用廢鹽酸生產(chǎn)氯 時的高效催化劑。(6) 在玻璃工業(yè)中，可以制造含鈧的特種玻璃。(7) 在電光源工業(yè)中，含鈧和鈉制成的鈧鈉燈，具有效率高和光色正的優(yōu)點。(8) 自然界中鈧均以 45Sc 形式存在，另外，鈧還有 9 種放射性同位素，即 40 44Sc 和 46 49Sc 。其中， 46Sc 作為示蹤劑，已在化工、冶金及海洋學等方面使用。 在醫(yī)學上，國外還有人研究用 46Sc 來醫(yī)治癌癥。三、稀土的工業(yè)用途在冶金工業(yè)方面 : 稀土金屬或氟化物，硅化物加入鋼中，能起到精煉、脫硫、中和低熔