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稀土金屬

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稀土金屬礦

稀土金屬,或稱稀土元素,是元素週期表第Ⅲ族副族元素鑭系元素共17種化學元素的合稱。因為經常與鑭系元素在礦床中共生,且具有相似的化學性質,故被認為是稀土元素。

與其名稱暗示的不同,稀土元素(除外)在地殼中的豐度相當高,其中在地殼元素豐度排名第25,佔0.0068%(與接近)。然而,由於其地球化學性質,稀土元素很少富集到經濟上可以開採的程度。稀土元素的名稱正是源自其匱乏性。人類第一種發現的稀土礦物是從瑞典伊特比村的礦山中提取出的矽鈹釔礦英語Gadolinite,許多稀土元素的名稱正源自於此地。

性質[編輯]

釓、釤、釹、鑭、鈰、鐠

多數呈銀灰色,有光澤,晶體結構多為HCPFCC。性質較軟,在潮濕空氣中不易保存,易溶於稀酸。

原子價主要是正三價(正四價較穩定,也有極個別的四價氧化物有二價化合物),能形成穩定的配合物及微溶於水的草酸鹽氟化物碳酸鹽磷酸鹽氫氧化物等。

在三價稀土氧化物中,氧化鑭的吸水性和鹼性與氧化鈣相似,其餘則依次轉弱。三價稀土的化學性質除的差異較顯著外,其餘都很相似,所以分離較難。

稀土金屬所含元素[編輯]

具體的稀土金屬包括:(La)、(Ce)、(Pr)、(Nd)、(Pm)、(Sm)、(Eu)、(Gd)、(Tb)、(Dy)、(Ho)、(Er)、(Tm)、(Yb)、(Lu)以及與鑭系的15個元素密切相關的兩個元素:(Sc)和(Y),稱為稀土元素(Rare Earth),簡稱稀土(RE)。

分類[編輯]

根據稀土元素原子電子層結構和物理化學性質,以及它們在礦物中共生情況和不同的離子半徑可產生不同性質的特徵,十七種稀土元素通常分為二組:

輕稀土包括:

重稀土包括:

也可分為鈰組(鑭、鈰、鐠、釹、鉕、釤)和釔組(銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、釔)。

稀土分類列表[編輯]

Z 化學符號 名稱 英文名 詞源 應用範圍
21 Sc Scandium 源自第一個稀土礦石被發現的半島斯堪的納維亞拉丁語名"Scandia"。 合金(用於製造太空飛行器械)、水銀燈配件
39 Y Yttrium 源自第一個稀土礦石被發現的地方,瑞典伊特比村之名(Ytterby)。 釔鋁石榴石(YAG)、YBCO高溫超導體、釔鐵石榴石(YIG)
57 La Lanthanum 源自希臘語"lanthanon",意為隱藏 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。 氧化劑、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",意為雙胞胎 稀土磁鐵雷射、玻璃和琺琅製品染料、燧石
60 Nd Neodymium 源自希臘語"neo",意為新的,以及"didymos",意為雙胞胎 稀土磁鐵雷射、玻璃和瓷器的紫色染料、陶瓷電容器
61 Pm Promethium 源自希臘神話中盜火者普羅米修斯(Prometheus)之名。 核電池
62 Sm Samarium 源自俄羅斯礦業工程師Vasili Samarsky-Bykhovets之名。稀土礦石Samarskite就是以他的名字命名的。 稀土磁鐵雷射、中子捕獲裝置、激微波
63 Eu Europium 源自歐洲(Europe)一詞。 紅色和藍色的熒光粉雷射水銀燈部件
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、石榴石雷射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。 綠色熒光粉、雷射熒光燈
66 Dy Dysprosium 源自希臘語"dysprositos",意為難以獲得. 稀土磁鐵雷射
67 Ho Holmium 源自其發現者的故鄉斯德哥爾摩之拉丁語名"Holmia"。 雷射
68 Er Erbium 源自瑞典伊特比村之名。 雷射
69 Tm Thulium 源自希臘神話中的北方神秘之地圖勒Thule)。 攜帶型X射線機
70 Yb Ytterbium 源自瑞典伊特比村之名。 紅外線雷射還原劑
71 Lu Lutetium 源自法國村鎮Lutetia之名(現為巴黎)。 高折射率玻璃

相關英文縮寫[編輯]

  • 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[編輯]

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

各種稀土元素常以差別很大的含量存在於同一礦石中,如獨居石及氟碳鈰礦中以輕稀土為主,鈧釔礦石以鈧和釔為主,黑稀金礦以釔及重稀土為主。

全世界已知有約9261萬噸稀土礦,其中有約佔36%儲藏在中國內蒙古包頭市白雲鄂博江西廣東四川等地混合礦儲量巨大。中國是目前世界第一大稀土礦生產國,也是稀土礦第一大出口國,約佔世界出口額總量的90%。2009年中國開始管控和限制稀土礦石出口,此舉有利於保護資源環境和遏制過度開發,但同時也引起美日歐等國家的不滿。2012年3月美國表示將就中國限制稀土礦出口問題向世貿組織(WTO)提起訴訟,歐盟和日本將會支持並參與其中[1]。中國報導稱美國和其它國家雖有大量稀土礦資源,但因其國內工資遠高於中國,開採經濟效益不高,故長期向中國廉價進口。各國普遍認為中國限制稀土出口與中日領土爭端有關,而中國則指責美國和其它國家為戰略儲備和保護珍貴資源的目的長期向中國廉價進口,中國以此為理由限制稀土出口規模[2]

其它擁有稀土資源的國家和地區有獨立國協國家(19%)、美國(13%)、澳大利亞(5%)、印度(3.14%)、加拿大南非巴西馬來西亞越南等,而歐盟日本基本沒有稀土資源。它們的稀土來源主要從中國進口[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]但目前並無任何國家到太平洋海底開採出稀土礦資源,而從經濟角度來講,相較於目前稀土礦價格,自海底開採並不符合經濟效益。

稀土金屬礦之開採[編輯]

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。

應用[編輯]

稀土已被廣泛應用於國防工業冶金機械石油化工玻璃陶瓷紡織皮革農牧養殖等各傳統方面領域,在社會生活中幾乎隨處可見。

作為改性添加元素在鋼鐵有色金屬中加入極少量稀土就能明顯改善金屬材料性能,提高鋼材的強度及耐磨性抗腐蝕性能力。[6]

「稀土金屬」一詞存在的爭議[編輯]

「稀土」中的「土」字實際上指的是氧化物。這些元素被發現時人們以為它們在地球上分布非常稀少。實際上它們在地殼內的含量並不算太低,最高的是地殼中第25豐富的元素,比還要高,而「稀土金屬」中穩定元素里豐度最低的在地殼中的含量比甚至還要高出200倍。因此,國際純粹與應用化學聯合會現在已經廢棄了「稀土金屬」這個稱呼。[來源請求]

參見[編輯]

  • 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種稀土金屬的瑞典小村落。

參考文獻[編輯]

外部連結[編輯]