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稀土金属

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稀土金属矿

稀土金属,或称稀土元素,是元素週期表第Ⅲ族副族元素镧系元素共17种化学元素的合称。因为经常与镧系元素在矿床中共生,且具有相似的化学性质,故被认为是稀土元素。

与其名称暗示的不同,稀土元素(除外)在地壳中的豐度相当高,其中在地壳元素豐度排名第25,占0.0068%(与接近)。然而,由于其地球化学性质,稀土元素很少富集到经济上可以开采的程度。稀土元素的名称正是源自其匮乏性。人类第一种发现的稀土矿物是从瑞典伊特比村的矿山中提取出的硅铍钇矿英语Gadolinite,许多稀土元素的名称正源自于此地。

性质[编辑]

釓、釤、釹、鑭、鈰、鐠

多数呈银灰色,有光泽,晶体结构多为HCPFCC。性质较软,在潮湿空气中不易保存,易溶于稀酸。

原子价主要是正三价(正四价较稳定,也有极个别的四价氧化物有二价化合物),能形成稳定的配合物及微溶于水的草酸盐氟化物碳酸盐磷酸盐氢氧化物等。

在三价稀土氧化物中,氧化镧的吸水性和碱性与氧化钙相似,其余则依次转弱。三价稀土的化学性质除的差异较显著外,其余都很相似,所以分离较难。

稀土金属所含元素[编辑]

具体的稀土金属包括:(La)、(Ce)、(Pr)、(Nd)、(Pm)、(Sm)、(Eu)、(Gd)、(Tb)、(Dy)、(Ho)、(Er)、(Tm)、(Yb)、(Lu)以及与镧系的15个元素密切相关的两个元素:(Sc)和(Y),称为稀土元素(Rare Earth),简称稀土(RE)。

分类[编辑]

根据稀土元素原子电子层结构和物理化学性质,以及它们在矿物中共生情况和不同的离子半径可产生不同性质的特征,十七种稀土元素通常分为二组:

轻稀土包括:

重稀土包括:

也可分为铈组(镧、铈、镨、钕、钷、钐)和钇组(铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、钇)。

稀土分類列表[编辑]

Z 化學符號 名稱 英文名 詞源 應用範圍
21 Sc Scandium 源自第一個稀土矿石被發現的半岛斯堪的纳维亚拉丁语名"Scandia"。 合金(用于制造航天器械)、水银灯配件
39 Y Yttrium 源自第一个稀土矿石被发现的地方,瑞典伊特比村之名(Ytterby)。 钇鋁石榴石(YAG)、YBCO高溫超導体、钇铁石榴石(YIG)
57 La Lanthanum 源自希臘語"lanthanon",意為隐藏 折射率玻璃、燧石、氫氣儲藏裝置、電池電極、相機鏡片、石油提煉液體催化過程(FCC)催化劑
58 Ce Cerium 源自矮行星穀神星(Ceres)之名。 氧化剂、拋光粉、玻璃和瓷器的黃色染料、石油提煉液體催化過程(FCC)催化劑
59 Pr Praseodymium 源自希臘語"prasios",意為韭菜綠,以及"didymos",意為双胞胎 稀土磁鐵激光、玻璃和珐琅制品染料、燧石
60 Nd Neodymium 源自希臘語"neo",意為新的,以及"didymos",意為双胞胎 稀土磁鐵激光、玻璃和瓷器的紫色染料、陶瓷電容器
61 Pm Promethium 源自希腊神话中盗火者普罗米修斯(Prometheus)之名。 核電池
62 Sm Samarium 源自俄罗斯矿业工程师Vasili Samarsky-Bykhovets之名。稀土矿石Samarskite就是以他的名字命名的。 稀土磁鐵激光、中子捕獲裝置、激微波
63 Eu Europium 源自歐洲(Europe)一词。 紅色和藍色的荧光粉激光水銀燈部件
64 Gd Gadolinium 源自Johan Gadolin之名,以紀念他對稀土的研究。 稀土磁鐵、高折射指數玻璃、石榴石激光X射線管電腦記憶體、中子捕獲裝置
65 Tb Terbium 源自瑞典伊特比村之名。 綠色荧光粉、激光荧光灯
66 Dy Dysprosium 源自希臘語"dysprositos",意為难以获得. 稀土磁鐵激光
67 Ho Holmium 源自其发现者的故乡斯德哥尔摩之拉丁语名"Holmia"。 激光
68 Er Erbium 源自瑞典伊特比村之名。 激光
69 Tm Thulium 源自希腊神话中的北方神秘之地图勒Thule)。 便携式X射线机
70 Yb Ytterbium 源自瑞典伊特比村之名。 紅外線激光还原剂
71 Lu Lutetium 源自法國村鎮Lutetia之名(现为巴黎)。 高折射率玻璃

相關英文缩写[编辑]

  • RE = 稀土(Rare Earth)
  • REM = 稀土金屬(Rare Earth Metals)
  • REE = 稀土元素(Rare Earth Elements)
  • REO = 稀土氧化物(Rare Earth Oxides)
  • LREE = 輕稀土元素(Light Rare Earth Elements,La-Sm)
  • HREE = 重稀土元素(Heavy Rare Earth Elements,Eu-Lu)

分布[编辑]

地球地殼各元素相對豐度
1950-2000年的三大產國消漲
的加工形態

各种稀土元素常以差别很大的含量存在于同一矿石中,如独居石及氟碳铈矿中以轻稀土为主,钪钇矿石以钪和钇为主,黑稀金矿以钇及重稀土为主。

全世界已知有约9261万吨稀土矿,其中有约占36%储藏在中国内蒙古包头市白云鄂博江西广东四川等地混合矿储量巨大。中国是目前世界第一大稀土矿生产国,也是稀土矿第一大出口国,约占世界出口额总量的90%。2009年中国开始管控和限制稀土矿石出口,此举有利于保护资源环境和遏制过度开发,但同时也引起美日欧等国家的不满。2012年3月美国表示将就中国限制稀土矿出口问题向世贸组织(WTO)提起诉讼,欧盟和日本将会支持并参与其中[1]。中国报道称美国和其它国家虽有大量稀土矿资源,但因其国内工资远高于中国,开采经济效益不高,故长期向中国廉价进口。各国普遍认为中国限制稀土出口与中日领土争端有关,而中国则指责美国和其它国家为战略储备和保护珍贵资源的目的长期向中国廉价进口,中国以此为理由限制稀土出口规模[2]

其它拥有稀土资源的国家和地区有独联体国家(19%)、美国(13%)、澳大利亚(5%)、印度(3.14%)、加拿大南非巴西马来西亚越南等,而欧盟日本基本没有稀土资源。它们的稀土来源主要从中国进口[3]

日本科學家於2011年7月4日聲稱,在太平洋海底發現巨大的稀土蘊藏,可開採量約是全球陸地上已證實藏量的一千倍。[4]又2012年6月28日東京大學研究團隊在日本最東端的南鳥島周邊海域,發現含大量稀土的泥礦床,其蘊藏量相當於日本約230年的消費量。[5]但目前并无任何国家到太平洋海底开采出稀土矿资源,而从经济角度来讲,相较于目前稀土矿价格,自海底开采并不符合经济效益。

稀土金屬礦之開採[编辑]

由週期表特性可知稀土元素不易形成大規模礦區,必以大量挖掘後再予以過濾。副作用是損失大量土方及飛塵污染,容易引發居民抗議,因此多被課徵鉅額環保稅。

扣除上列因素,原則上能挖掘的古大陸地形都能開採稀土,早期伴隨煤鐵石油鑽石礦區一起挖掘,例如:近北極圈各國與中歐;機械工具發達後便不受限制,多半由運輸成本及出口稅率而定,例如前蘇聯、中國與澳洲等。

迄2010年底為止主要稀土出口地為中國(約佔97%),以鉛、鋅、高嶺土等初級品為主;可精鍊治金品目前由大型礦業或鋼鐵公司掌握專利,例如:必和必拓(BHP Billiton)、力拓(Rio Tinto)、淡水河谷(Vale)...等等。此外為增加工作人口,澳洲、中國、巴西等地都有意提高原料出口價格,以吸引礦商與金屬業者到地主國投資先進冶金技術。

应用[编辑]

稀土已被广泛应用于國防工業冶金机械石油化工玻璃陶瓷纺织皮革农牧养殖等各传统方面领域,在社会生活中几乎随处可见。

作为改性添加元素在钢铁有色金属中加入极少量稀土就能明显改善金属材料性能,提高钢材的强度及耐磨性抗腐蚀性能力。[6]

“稀土金属”一词存在的争议[编辑]

“稀土”中的“土”字实际上指的是氧化物。这些元素被发现时人们以为它们在地球上分布非常稀少。实际上它们在地壳内的含量并不算太低,最高的是地壳中第25丰富的元素,比还要高,而“稀土金属”中稳定元素里丰度最低的在地壳中的含量比甚至还要高出200倍。因此,國際純粹與應用化學聯合會现在已经废弃了“稀土金属”这个称呼。[來源請求]

參見[编辑]

  • 克里普礦物:一種只在月球發現含有多種稀土金屬的礦物。
  • 伊特比:發現17種稀土金属的瑞典小村落。

参考文献[编辑]

外部链接[编辑]