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稀土在各領域中的應用與現狀

發布時間:2018-06-13 點擊量:210

“我們將告別現代生活的諸多方面——不再有電視屏幕、電腦硬盤、光纖電纜 、數碼相機和大多數醫療成像設備,還得告別航天發射和衛星,全球的煉油系統也會停轉。”出版集團Agora Financial旗下刊物《Energy & Scarcity Investors》編輯金(Byron King)為人們描述了一個如果沒有稀土的世界。事實上,金并沒有夸張,稀土或許并不在大多數投資者的視野之內,但我們的現代生活確實離不開稀土。

“稀土”一詞是十八世紀沿用下來的名稱,因為當時用于提取這類元素的礦物比較少,而且獲得的氧化物難以熔化,也難以溶于水,也很難分離,其外觀酷似“土壤”,而稱之為稀土。

稀土元素是鑭系元素系稀土類元素群的總稱,它是一種重要的戰略資源,具有優異的光、電、磁、超導、催化等物理特性,能與其他材料組成性能各異、品種繁多的新型材料,因此有“工業味精”、“新材料之母”的美譽。在軍事領域,其至顯著的作用就是能大幅提高制造坦克、飛機、導彈和衛星的鋼材及合金的戰斗性能。

稀土在傳統領域中的應用

醫療

研究稀土對環境和人體健康的作用與影響,是一個被廣泛涉獵的重要課題。例如,我國70年代就開展的稀土毒理學研究,并明確指出稀土屬低毒性物質,其毒性與鐵差不多,適量攝人,有助于提高機體的免疫力;但是,大量補充則會造成對機體的危害…。

(1)大量的實驗表明,稀土可促進細胞的活性;對胰島素細胞的分泌有調節作用,對胃粘膜起保護作用;(2)從大量的動物實驗中可以看出REC13對鼠腺垂體細胞有作用,對甲狀腺結構變化有影響;(3)目前,稀土對動物的神經系統影響的研究正在逐漸展開,特別是對動物的腦、脊髓的神經細胞以及神經纖維的形態及功能的作用;(4)對人體皮膚的作用:稀土是有效的殺菌物,稀土化合物在醫藥方面的應用顯示其特點及優越性,對于改善藥物的性能、提高藥效找到了新的途徑;(5)適量的稀土元素或化合物對防御一些疾病是有利的。

農業

稀土作為植物的生長、生理調節劑,對農作物具有增產、改善品質和抗逆性三大特征;同時稀土屬低毒物質,對人畜無害,對環境無污染;合理使用稀土,可使農作物增強抗旱、抗澇和抗倒伏能力。國際稀土界公認稀土農用是中國首創成功的一個稀土應用新領域。

目前經過鑒定、可大面積推廣使用的糧食作物如小麥、水稻、玉米、谷子等7種;經濟作物如茶葉、油菜、大豆、棉花、甘蔗、煙草、橡膠等共12種;蔬菜水果如大白菜、黃瓜、蘋果、荔枝、柑桔等18種;花卉藥材如水仙、胡椒、人參等共8種,總計約50種。稀土在林業上應用的樹種近20種,在牧草上應用的品種如苜蓿、老麥芒等共10種。稀土飼料在養殖業的應用如豬、羊、雞、兔、魚、蝦等約10類。

美國稀土科學家曾經預言:“中國稀土農用取得的成功,將成為本世紀稀土產業發展的里程碑。”

冶金

稀土在冶金工業中應用量很大,約占稀土總用量的1/3。稀土元素由于其特殊的原子結構和活性,作為添加劑用于鋼鐵材料中,能產生消除雜質、細化晶粒和改善組成的神奇功效,從而能夠改善鋼鐵材料的機械、物理和加工性能,提高其強度、硬度、韌性和耐腐蝕性。

我國用稀土處理鋼達到81個品種,但大量應用的只有10余種。全國稀土鋼年產量僅為100萬噸左右。當前應大力宣傳、普及開發新的含稀土鋼種。用稀土鋁合金生產的高壓電纜,具有強度高、重量輕、耐腐蝕等特點。稀土在鑄鐵中作為石墨球化劑、形核劑核對有害元素的控制劑,提高鑄件質量,對鑄件的機械性能有很大改善,主要用于鋼錠模、軋錕、鑄管和異型件四個方面。在有色合金方面應用,對以有色金屬為基的各種合金都有良好的作用,改善合金的物理和機械性能。

石油化工

石油煉制與化工是稀土應用的一個重要領域,也是使用并消耗稀土的大戶之一。在石化工業中,催化技術占有極其重要的地位,稀土主要被用于制備含稀土的催化劑,應用在各種催化反應過程之中。

催化技術一直是煉油技術進步的核心之一。由于采用了高硅鋁的分子篩,以及稀土型抗釩組分,現已成功開發了具有抗高污染能力的重油裂化催化劑。實踐證明,采用稀土型石油催化劑,在保持優良的重油裂化能力和產品選擇能力的同時,在高釩污染下,仍可表現出高的結構及活性、穩定性。

玻璃工業

稀土在玻璃工業中有三個應用:玻璃著色、玻璃脫色和制備特種性能的玻璃。

用于玻璃著色的稀土氧化物有釹(粉紅色并帶有紫色光澤)、鐠玻璃為綠色(制造濾光片)等;二氧化鈰可將玻璃中呈黃綠色的二價鐵氧化為三價而脫色,避免了過去使用砷氧化物的毒性,還可以加入氧化釹進行物理脫色;稀土特種玻璃如鈰玻璃(防輻射玻璃)、鑭玻璃(光學玻璃) ,在玻璃中加入鈰可作防輻射玻璃,除了軍事工業和核工業用外,也可作電視機和計算機顯示屏玻璃防止輻射危害。

陶瓷工業

稀土可以加入陶瓷和瓷釉之中,減少釉和破裂并使其具有光澤。稀土更主要用作陶瓷的顏料,由于稀土元素有未充滿的4f電子,可以吸收或發射從紫外、可見到紅外光區不同波長的光,發射每種光區的范圍小,導致陶瓷的顏色更柔和、純正,色調新穎,光潔度好。如黃色、紫羅蘭色、綠色、桃紅色、橙色、棕色、黑色等。稀土氧化物可以制造耐高溫透明陶瓷(應用于激光等領域)、耐高溫坩堝(冶金)。

近年的研究已發現稀土在陶瓷中有一系列精妙的應用。比如在壓電陶瓷中添加稀土,可擴大其在高頻區的應用范圍;在介電陶瓷中添加稀土,可將其介電常數提高幾倍或幾十倍;用稀土陶瓷材料制備的氧傳感器,用于高溫下汽車尾氣中氧含量的測定等。

電光源工業

稀土作為熒光燈的發光材料,是節能性的光源,特點是光效好、光色好、壽命長。比白熾燈可節電75%~80%。

稀土在高新技術領域中的應用

稀土在高科技領域有著無可替代的作用,在航天、軍事以及新材料合成方面不可或缺。據稱當今世界每出現4種新技術,其一必與稀土有關,因此美國、日本等發達國家都將它作為戰略元素。

由于具有特殊的光電磁性質,稀土是研制開發各種新型功能材料的“寶庫”,正不斷派生新的高科技產業。

稀土永磁材料,特別是被稱做“一代磁王”的釹鐵硼永磁體,是當今磁性至強的永磁材料,它們的出現正帶動機電產業發生著革命性的變革。各種高性能稀土永磁電機已被用于汽車、精密機構、計算機、工業自動化系統、航空、航天和軍工技術等,使機電產品更加高性能和輕小型化。

稀土鎳氫電池作為“綠色能源”,不但被大量用于筆記本電腦、移動電話、攝錄像機和收錄機等方面,還正被開發用作未來綠色交通工具——電動汽車的動力源。

釔鋱鐵等稀土磁光存儲材料的光記錄密度比一般磁盤大10倍以上,具有容量大及存取速度快等優點,用于高存儲密度光盤,可擦涂100萬次,是電子信息存儲技術的重要材料。

稀土摻鉺石英光纖放大器,已大量用于無須中間放大的光通訊系統,使光纖通訊更加方便快捷。目前大約90%的激光材料都涉及稀土,在國際上已商品化的45種激光材料中,稀土激光材料就占30多種,已被廣泛用于光通訊、精密加工、醫療和軍事技術等領域。

近幾年研究表明,許多單一稀土氧化物及其某些混合稀土氧化物是高溫超導材料的重要原料。一旦高溫超導材料進入實用,整個世界將起翻天覆地的變化。

此外,還有稀土超磁致伸縮材料,稀土磁制冷材料,稀土功能陶瓷材料、稀土復合肥和稀土藥物等,都不斷有新的科技成果出現并逐步得以產業化。

中國的稀土應用之路還很長

就全球范圍而言,稀土消費的國家主要有中國、日本、美國。

稀土元素對中國的重要價值早在鄧小平時代就被認識到了,鄧小平同志1992年講過:“中東有石油,中國有稀土。”

中國目前幾乎占據了全球“稀土元素”產量93%的份額——有兩種稀土元素的產量更是占據了全球99%的份額。中國的稀土工業分為南北兩大生產體系:北方以包鋼稀土高科公司和甘肅稀土公司為軸心,構成了以包頭稀土資源為主,四川資源為輔的輕稀土產品生產體系。南方以上海躍龍有色金屬有限公司為龍頭,構成了以江西、廣東兩省離子型稀土資源為主的中重稀土生產體系。

中國已成為世界上稀土消費量和出口量至多的國家,產品結構也從早期的初級礦產品轉變為目前的高附加值單一高純產品,功能材料的開發和生產初具規模,稀土永磁、發光等功能材料的產量也居世界前列。

但是,稀土資源優勢并不等于產業優勢和經濟優勢,我國只是稀土資源大國和生產大國,還不是應用大國,更不是稀土強國。在稀土應用方面,中國與美國、日本等發達國家相比,差距很大。日本是一個沒有稀土資源的國家,但卻是全球至大的稀土消費國之一,占世界稀土應用總量近30%的份額,同時,日本也是目前世界上應用稀土實現附加值至高的國家,用于高新技術領域的稀土占到其總用量的90%以上;美國也是世界上的稀土應用大國,用于高新技術領域的稀土占到其總用量的77%。而我國稀土主要是應用在傳統領域中,應用在高新技術領域中還不到50%,特別是在稀土新材料領域,我國幾乎沒有自主知識產權。

此外,冶煉分離技術使中國走出了僅靠出售廉價資源獲取利潤的窘境,但同時也帶來了過度開采、分離產品過剩的困擾。


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