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稀土在各领域中的应用与现状

作者:管理员 来源:本站 浏览数:5021 发布时间:2012-8-3 14:43:17

“我们将告别现代生活的诸多方面——不再有电视屏幕、电脑硬盘、光纤电缆 、数码相机和大多数医疗成像设备,还得告别航天发射和卫星,全球的炼油系统也会停转。”出版集团Agora Financial旗下刊物《Energy & Scarcity Investors》编辑金(Byron King)为人们描述了一个如果没有稀土的世界。事实上,金并没有夸张,稀土或许并不在大多数投资者的视野之内,但我们的现代生活确实离不开稀土。

“稀土”一词是十八世纪沿用下来的名称,因为当时用于提取这类元素的矿物比较稀少,而且获得的氧化物难以熔化,也难以溶于水,也很难分离,其外观酷似“土壤”,而称之为稀土。

稀土元素是镧系元素系稀土类元素群的总称,它是一种重要的战略资源,具有优异的光、电、磁、超导、催化等物理特性,能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料,因此有“工业味精”、“新材料之母”的美誉。在军事领域,其最显着的作用就是能大幅提高制造坦克、飞机、导弹和卫星的钢材及合金的战斗性能。

稀土在传统领域中的应用

医疗

研究稀土对环境和人体健康的作用与影响,是一个被广泛涉猎的重要课题。例如,我国70年代就开展的稀土毒理学研究,并明确指出稀土属低毒性物质,其毒性与铁差不多,适量摄人,有助于提高机体的免疫力;但是,大量补充则会造成对机体的危害…。

(1)大量的实验表明,稀土可促进细胞的活性;对胰岛素细胞的分泌有调节作用,对胃粘膜起保护作用;(2)从大量的动物实验中可以看出REC13对鼠腺垂体细胞有作用,对甲状腺结构变化有影响;(3)目前,稀土对动物的神经系统影响的研究正在逐渐展开,特别是对动物的脑、脊髓的神经细胞以及神经纤维的形态及功能的作用;(4)对人体皮肤的作用:稀土是有效的杀菌物,稀土化合物在医药方面的应用显示其特点及优越性,对于改善药物的性能、提高药效找到了新的途径;(5)适量的稀土元素或化合物对防御一些疾病是有利的。

农业

稀土作为植物的生长、生理调节剂,对农作物具有增产、改善品质和抗逆性三大特征;同时稀土属低毒物质,对人畜无害,对环境无污染;合理使用稀土,可使农作物增强抗旱、抗涝和抗倒伏能力。国际稀土界公认稀土农用是中国首创成功的一个稀土应用新领域。

目前经过鉴定、可大面积推广使用的粮食作物如小麦、水稻、玉米、谷子等7种;经济作物如茶叶、油菜、大豆、棉花、甘蔗、烟草、橡胶等共12种;蔬菜水果如大白菜、黄瓜、苹果、荔枝、柑桔等18种;花卉药材如水仙、胡椒、人参等共8种,总计约50种。稀土在林业上应用的树种近20种,在牧草上应用的品种如苜蓿、老麦芒等共10种。稀土饲料在养殖业的应用如猪、羊、鸡、兔、鱼、虾等约10类。

美国著名稀土科学家曾经预言:“中国稀土农用取得的成功,将成为本世纪稀土产业发展的里程碑。”

冶金

稀土在冶金工业中应用量很大,约占稀土总用量的1/3。稀土元素由于其特殊的原子结构和活性,作为添加剂用于钢铁材料中,能产生消除杂质、细化晶粒和改善组成的神奇功效,从而能够改善钢铁材料的机械、物理和加工性能,提高其强度、硬度、韧性和耐腐蚀性。

我国用稀土处理钢达到81个品种,但大量应用的只有10余种。全国稀土钢年产量仅为100万吨左右。当前应大力宣传、普及开发新的含稀土钢种。用稀土铝合金生产的高压电缆,具有强度高、重量轻、耐腐蚀等特点。稀土在铸铁中作为石墨球化剂、形核剂核对有害元素的控制剂,提高铸件质量,对铸件的机械性能有很大改善,主要用于钢锭模、轧锟、铸管和异型件四个方面。在有色合金方面应用,对以有色金属为基的各种合金都有良好的作用,改善合金的物理和机械性能。

石油化工

石油炼制与化工是稀土应用的一个重要领域,也是使用并消耗稀土的大户之一。在石化工业中,催化技术占有极其重要的地位,稀土主要被用于制备含稀土的催化剂,应用在各种催化反应过程之中。

催化技术一直是炼油技术进步的核心之一。由于采用了高硅铝的分子筛,以及稀土型抗钒组分,现已成功开发了具有抗高污染能力的重油裂化催化剂。实践证明,采用稀土型石油催化剂,在保持优良的重油裂化能力和产品选择能力的同时,在高钒污染下,仍可表现出高的结构及活性、稳定性。

玻璃工业

稀土在玻璃工业中有三个应用:玻璃着色、玻璃脱色和制备特种性能的玻璃。

用于玻璃着色的稀土氧化物有钕(粉红色并带有紫色光泽)、镨玻璃为绿色(制造滤光片)等;二氧化铈可将玻璃中呈黄绿色的二价铁氧化为三价而脱色,避免了过去使用砷氧化物的毒性,还可以加入氧化钕进行物理脱色;稀土特种玻璃如铈玻璃(防辐射玻璃)、镧玻璃(光学玻璃) ,在玻璃中加入铈可作防辐射玻璃,除了军事工业和核工业用外,也可作电视机和计算机显示屏玻璃防止辐射危害。

陶瓷工业

稀土可以加入陶瓷和瓷釉之中,减少釉和破裂并使其具有光泽。稀土更主要用作陶瓷的颜料,由于稀土元素有未充满的4f电子,可以吸收或发射从紫外、可见到红外光区不同波长的光,发射每种光区的范围小,导致陶瓷的颜色更柔和、纯正,色调新颖,光洁度好。如黄色、紫罗兰色、绿色、桃红色、橙色、棕色、黑色等。稀土氧化物可以制造耐高温透明陶瓷(应用于激光等领域)、耐高温坩埚(冶金)。

近年的研究已发现稀土在陶瓷中有一系列精妙的应用。比如在压电陶瓷中添加稀土,可扩大其在高频区的应用范围;在介电陶瓷中添加稀土,可将其介电常数提高几倍或几十倍;用稀土陶瓷材料制备的氧传感器,用于高温下汽车尾气中氧含量的测定等。

电光源工业

稀土作为荧光灯的发光材料,是节能性的光源,特点是光效好、光色好、寿命长。比白炽灯可节电75%~80%。

稀土在高新技术领域中的应用

稀土在高科技领域有着无可替代的作用,在航天、军事以及新材料合成方面不可或缺。据称当今世界每出现4种新技术,其一必与稀土有关,因此美国、日本等发达国家都将它作为战略元素。

由于具有特殊的光电磁性质,稀土是研制开发各种新型功能材料的“宝库”,正不断派生新的高科技产业。

稀土永磁材料,特别是被称做“一代磁王”的钕铁硼永磁体,是当今磁性最强的永磁材料,它们的出现正带动机电产业发生着革命性的变革。各种高性能稀土永磁电机已被用于汽车、精密机构、计算机、工业自动化系统、航空、航天和军工技术等,使机电产品更加高性能和轻小型化。

稀土镍氢电池作为“绿色能源”,不但被大量用于笔记本电脑、移动电话、摄录像机和收录机等方面,还正被开发用作未来绿色交通工具——电动汽车的动力源。

钇铽铁等稀土磁光存储材料的光记录密度比一般磁盘大10倍以上,具有容量大及存取速度快等优点,用于高存储密度光盘,可擦涂100万次,是电子信息存储技术的重要材料。

稀土掺铒石英光纤放大器,已大量用于无须中间放大的光通讯系统,使光纤通讯更加方便快捷。目前大约90%的激光材料都涉及稀土,在国际上已商品化的45种激光材料中,稀土激光材料就占30多种,已被广泛用于光通讯、精密加工、医疗和军事技术等领域。

近几年研究表明,许多单一稀土氧化物及其某些混合稀土氧化物是高温超导材料的重要原料。一旦高温超导材料进入实用,整个世界将起翻天覆地的变化。

此外,还有稀土超磁致伸缩材料,稀土磁制冷材料,稀土功能陶瓷材料、稀土复合肥和稀土药物等,都不断有新的科技成果出现并逐步得以产业化。

中国的稀土应用之路还很长

就全球范围而言,稀土消费的国家主要有中国、日本、美国。

稀土元素对中国的重要价值早在邓小平时代就被认识到了,邓小平同志1992年讲过:“中东有石油,中国有稀土。”

中国目前几乎占据了全球“稀土元素”产量93%的份额——有两种稀土元素的产量更是占据了全球99%的份额。中国的稀土工业分为南北两大生产体系:北方以包钢稀土高科公司和甘肃稀土公司为轴心,构成了以包头稀土资源为主,四川资源为辅的轻稀土产品生产体系。南方以上海跃龙有色金属有限公司为龙头,构成了以江西、广东两省离子型稀土资源为主的中重稀土生产体系。

中国已成为世界上稀土消费量和出口量最多的国家,产品结构也从早期的初级矿产品转变为目前的高附加值单一高纯产品,功能材料的开发和生产初具规模,稀土永磁、发光等功能材料的产量也居世界第一。

但是,稀土资源优势并不等于产业优势和经济优势,我国只是稀土资源大国和生产大国,还不是应用大国,更不是稀土强国。在稀土应用方面,中国与美国、日本等发达国家相比,差距很大。日本是一个没有稀土资源的国家,但却是全球最大的稀土消费国之一,占世界稀土应用总量近30%的份额,同时,日本也是目前世界上应用稀土实现附加值最高的国家,用于高新技术领域的稀土占到其总用量的90%以上;美国也是世界上的稀土应用大国,用于高新技术领域的稀土占到其总用量的77%。而我国稀土主要是应用在传统领域中,应用在高新技术领域中还不到50%,特别是在稀土新材料领域,我国几乎没有自主知识产权。

此外,先进的冶炼分离技术使中国走出了仅靠出售廉价资源获取利润的窘境,但同时也带来了过度开采、分离产品过剩的困扰。