稀土元素鑭及其應(yīng)用

1、稀土元素鑭及其應(yīng)用在稀土元素家族中，錮無疑是個非常重要的成員。論地位和名氣，他居于稀土家族主體“鑭系元素”之首，作為15個元素的代表占據(jù)了化學(xué)元素周期表主表中的一個空格，并以他的名字來命名這個元素族系。論地殼中豐度為32ppm，占稀土總豐度的14.1%，僅次于鈰和釹，居第三位。從發(fā)現(xiàn)年代看，他也僅排在釔和鈰之后，是第三個被發(fā)現(xiàn)的稀土元素?！扳嬐痢睍r，分離并發(fā)現(xiàn)其中還隱藏著一種新元素，于是莫桑德便借用希臘語中“隱藏”一詞把這種元素取名為”鑭”。從此，鑭便登上了被人類認(rèn)識和利用的歷史舞臺。鑭之所以被較早發(fā)現(xiàn)，與他在元素周期表中的位置，也就是原子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)密切相關(guān)。他居鑭系元素之首，4f軌道上電子數(shù)

2、為0，與其他元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時呈正三價。鈧和釔雖然與他同在IIIB族，但不在一個周期，性質(zhì)懸殊。與他緊鄰的鈰又能呈穩(wěn)定正四價狀態(tài)，也造成較大的化學(xué)性質(zhì)差異，易于分離。而他與錯釹等其他稀土元素之間又有鈰相隔，因此鑭比較容易同其他稀土分離并提純。稀土元素作為典型的金屬元素，其金屬活潑性僅次于堿金屬和堿土金屬。在17個稀土元素當(dāng)中，按金屬的活潑次序排列，由鈧、釔到鑭遞增，又由鑭到镥遞減，屬鑭最為活潑。因此作為金屬熱還原工藝的還原劑，他可以用來還原制備其他稀土金屬，而還原制備金屬鑭，則只能采用比他更為活潑的堿金屬和堿土金屬，通常采用金屬鈣作還原劑?；钴S的化學(xué)活性和豐富的儲量，使鑭廣泛應(yīng)用于冶金、石油、

3、玻璃、陶瓷、農(nóng)業(yè)、紡織和皮革等傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域。盡管生產(chǎn)鑭并不困難，但為了降低成本，在充分發(fā)揮鑭及稀土共性的前提下，經(jīng)常以混合輕稀土或富鑭稀土的產(chǎn)品形式使用。稀土作為金屬材料的凈化和變質(zhì)劑，通常以混合稀土金屬或中間合金的形態(tài)來使用。而鑭作為最活潑的一員，在去除氧、硫、磷等非金屬雜質(zhì)和鉛、錫等低熔點金屬雜質(zhì)，以及細(xì)化晶粒等方面自然會發(fā)揮首當(dāng)其沖的作用。只是他經(jīng)常和鈰錯釹等輕稀土弟兄們一起協(xié)同作戰(zhàn)。當(dāng)然，也能同其他金屬協(xié)同作戰(zhàn)，如在鉛中加入富鑭稀土金屬 （0.010.2）和鐵（0.005 0.1），可明顯提高抗折拉性能，使鉛板機(jī)械強(qiáng)度提高上百倍。不僅改善了鉛板防輻射性能，還擴(kuò)大了合金基材的應(yīng)用范圍。以

4、銀-氧化鑭復(fù)合鍍層取代純銀作為電接觸材料，可節(jié)約用銀70%90%，有很大經(jīng)濟(jì)效益。 20世紀(jì)80年代，石泊裂化催化劑曾經(jīng)是稀土最大應(yīng)用領(lǐng)域，因為稀土用作Y型沸石催化劑，以鑭的催化活性最強(qiáng)。在美國一直采用富鑭稀土作為石油裂化催化劑，曾占美國稀土總消費(fèi)量的40%以上。為了從原油中獲得更多的汽油、柴油等輕質(zhì)油，必須在石油精煉加工中對重質(zhì)油采用催化裂化處理，就需要使用裂化催化劑。稀土分子篩裂化催化劑比不含稀土的催化劑催化活性和熱穩(wěn)定性均有明顯提高，可使輕質(zhì)油收率提高4%，使催化劑壽命延長2倍，煉油成本降低20%，并使裂化裝置生產(chǎn)能力提高30%50%。但由于稀土的加入也造成輕質(zhì)油辛烷值降低，而不得不加入

5、四乙基鉛作抗爆劑，進(jìn)而導(dǎo)致鉛污染?；谌祟悓Νh(huán)保要求越來越高，1985年后超穩(wěn)Y 型分子篩逐步取代稀土分子篩，使稀土用量大幅下降。但由于催化活性和選擇性下降，造成汽油產(chǎn)量下降。為此，許多企業(yè)又采用含稀土0.5%2%的部分超穩(wěn)Y型分子篩， 可兼顧催化活性、選擇性和辛烷值均比較理想，使富鑭稀土應(yīng)用又有所回升。在我國，石油化工仍是富鑭輕稀土主要消費(fèi)領(lǐng)域。光學(xué)玻璃中應(yīng)用鑭既是經(jīng)典用途，也是目前主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。鑭系光學(xué)玻璃（含La203 50% 70%），具有高折射率（nD=250） 和低色散（平均色散為3500）的優(yōu)良光學(xué)特性，可簡化光學(xué)儀器鏡頭、消除球差、色差和像質(zhì)畸變，擴(kuò)大視場角，提高鑒辨率和成

6、像質(zhì)量，己廣泛用于航空攝像機(jī)、高檔相機(jī)、高檔望遠(yuǎn)鏡、高倍顯微鏡、變焦鏡頭、廣角鏡頭和潛望鏡頭等方面，已成為光學(xué)精密儀器和設(shè)備不可缺少的鏡頭材料。世界年需要量約為4000噸，并有上升趨勢。我國成都奧格光學(xué)玻璃有限公司的產(chǎn)品已大量銷往國外。1970年發(fā)現(xiàn)的LaNi5合金是一種優(yōu)良的貯氫材料，每公斤可貯存氫約160升，可使高壓貯氫鋼瓶體積縮小到1/4。利用其可以“呼吸”氫氣的特性，可以把純度為99.999%的氫氣提純到99.99999%，也可用作有機(jī)合成脫氫反應(yīng)的催化劑。利用其吸氫放熱、呼氫吸熱的原理可以把熱量從低溫向高溫傳送，用來制作“熱泵”或“磁冰箱”。目前這種貯氫材料的最大用途是用于稀土鎳氫電

7、池的負(fù)極材料。稀土鎳氫電池與鎳鎘電池在構(gòu)造、性能和規(guī)格上具有極大的相似性和取代性，但又不含隔、汞等毒性大的元素，電池容量高，一致性好，使用溫度范圍廣，壽命長（可反復(fù)充放電500次以上），屬于環(huán)保型綠色電池。為了降低成本，這種貯氫合金多用富鑭混合金屬（(La40%)為原料。稀土鎳氫電池目前己廣泛用于手提電腦、便攜式辦公設(shè)備和電動工具等方面。最有發(fā)展前景的是用于汽車、摩托車的動力電池。鑭在功能陶瓷材料中具有特別好的應(yīng)用前景，如在鈦酸鋇（Bam Ti03）電容器陶瓷中加入氧化鑭，可明顯提高電容器的穩(wěn)定性和使用壽命，加入1%氧化鑭，可延長使用壽命400500倍。鑭作為固體電解質(zhì)可用于固體氧化物燃料電池

8、（SOFC），一般采用La0.85Sr0.15MnO3(LSM)作多孔陰極材料，也有的采 用La0.5Ca0.5CoO2代替LSM作陰極。他們都具有良好的抗斷裂韌性、熱穩(wěn)定性和抗循環(huán)疲勞性。把鑭作為主成分加入鋯鈦酸鉛（PZT） 制備（Pb，La）（Zr，Ti）O3，即PLZT 電光陶瓷，可用于強(qiáng)核輻射護(hù)目鏡、光通訊調(diào)制器、全息記錄等方面。有實驗證明，PLZT還具有形狀記憶效應(yīng)，性能甚至優(yōu)于鈦基形狀記憶合金。六硼化鑭（LaB6）是優(yōu)異的電子發(fā)射材料，具有高熔點（>2500）、低蒸氣壓和低功函數(shù)，電子發(fā)射性能比鎢還好，己廣泛用于電子顯微鏡、電視和陰極射線管用作電子槍。鉻酸鑭是新型電熱材料，使

9、用溫度高達(dá)1800，可用作空氣有氧環(huán)境的高溫電爐。硅酸鎵鑭單晶（La3Ga5SiO14）是制作高穩(wěn)定、高頻、大帶寬、低插損、小體積SAW濾波器的理想材料。鈣鈦礦型錳基氧化物L(fēng)a-Ca-Mn-O材料具有巨磁電阻效應(yīng)（CMR），這促進(jìn)了一門新興學(xué)科自旋電子學(xué)的發(fā)展，并開始在許多新型電子器件上得到應(yīng)用。澳氧化鑭（LaBrO）對X射線有很強(qiáng)的吸收特性并能非常有效地將X射線轉(zhuǎn)化為可見光，用他制作醫(yī)用X熒光增感屏，比傳統(tǒng)用的鎢酸鈣(CaWO4)增感屏大大提高了成像清晰度，并減少X射線輻照劑量，尤其適用于腦部敏感部位和兒童、孕婦的透視檢查。富鑭稀土無機(jī)和有機(jī)鹽應(yīng)該是農(nóng)用和飼料添加劑用稀土的理想材料。用于醫(yī)藥也有廣闊前景。英國希雷（Shire）制藥集團(tuán)公司研制的新藥一磷酸鹽結(jié)合劑fosrenol主成份為碳酸鑭，可用于治療腎病患者透析時伴發(fā)的高磷血癥。由于透析病人