一、鈧元素性質：光明之神

一盞加鈧的鈉鹵素燈，它光芒四射，穿雲破霧，且省電長壽命。這使得鈧有了“光明之神”的美譽！

1879年，瑞典的化學教授L.F.Nilson和P.T.Cleve，差不多同時在稀有礦物矽鈹釔礦和黑稀金礦，發現了一種新元素。Nilson用他的故鄉斯堪的納維亞半島給鈧命名為Scandium（縮寫為Sc，鈧）。鈧就是門捷列夫當初所預言的“類硼”元素。

鈧 在元素週期表中，排行21，位於第四週期第三副族。在自然界中，鈧只有一種穩定同位素Sc45，且恒為3+價。原子量為44.956，原子半徑 (1.6641A) , 沒有4f 電子, 其鑭系收縮未能使原子尺寸減小到相應尺寸,從而導致了鈧與稀土元素性質有著顯著的差別, 這個差別幾乎不能使 鈧進入稀土家族。 但由於鈧在自然界與鑭系稀土元素伴生並且有些性質相似, 故習慣上將鈧列入稀土元素。

鈧是一種柔軟、銀白色的過渡性金 屬，質軟。密度2.9890克/釐米3。熔點1541℃。沸點2831℃。常見化合價+3。第一電離能為6.54電子伏特。金屬鈧的化學性質活潑能夠與 氧、氫、氟、碘和酸堿發生反應，分別生成Sc2O3，ScH3，ScF3，ScI3，ScCl3，Sc（OH）3，Sc2（SO4）3 和 Sc2（C2O4）3 等化合物。易溶于水，可與熱水作用放出氫氣。鈧在空氣中容易形成一個暗黃色或灰色的氧化層，從而失去閃亮的光澤而變暗。

二、金屬鈧的用途－味精元素

因 為金屬鈧難以制得，在其發現以後的100年裏，鈧的用途一直沒有表現出來。隨著稀土元素分離方法的日益改進，如今用於提純鈧的化合物，已經有了相當成熟的 工藝流程。獲得了純淨的鈧的化合物之後，將其轉化為ScCl3，與KCl、LiCl共熔，用熔融的鋅作為陰極進行電解，使鈧就會在鋅極上析出，然後將鋅蒸 去可以得到金屬鈧。

近30 年來，金屬鈧在國內外取得了較多的應用實踐，並取得了極好的效果。

目前，金屬鈧已在鐳射 (Gd3Sc2Ga3O12鐳射材料，GSGG，新型雷射器），電光源（鈧鈉鹵素燈），合金（Al－Sc合金，Ga－Sc合金用於航空航太、導彈、汽車和 船舶等的結構部件；加鈧中子篩檢程式）和民用（Ga－Sc合金金屬陶瓷粘結劑和高級塗層材料；ScB2材料用於輕型耐溫合金和電子槍陰極部件，加鈧電池）等 領域有較好的應用。

三、鈧的自然產出狀態：分散但不稀缺

鈧是典型的分散親石元素，但並不稀有。它在地殼中的平均豐度為22～30ppm（即22～30克/噸，換算為三氧化二鈧35～48克/噸），高於Ag，Au，Pb，Sb，Mo，Hg、W和Bi許多，而與B，Br，Sn，Ge和As的豐度相當。

在自然界中，鈧不受氧化還原影響，很難還原為金屬，很少能形成顯著富集體(礦床），而是廣泛地分散於各種造岩礦物中（特別是鎂和鐵的矽酸鹽）和含鈧礦物中。

自 然界中含鈧的礦物多達800種以上，但三氧化二鈧含量>0.05%的礦物很少。目前已知的鈧獨立礦物僅有鈧釔礦 ((Sc,Y)2Si2O7, Sc2O3 含量為33.8%～42.3%)、水磷鈧礦(ScPO4.2H2O, Sc2O3含量為39.22%)、鈹矽 鈧礦(Be3(Sc, Al)2Si6O18,Sc2O3 含量為14.6% )、鋯鈧釔礦（（Sc,Zr)2Si2O7) 和鈦矽酸稀金礦 (Sc( Nb,Ti,Si)2O5, Sc2O3 含量為18.0%～20.0% ) 等少數幾種, 且礦源很少, 在自然界中較為罕見。

鈧 主要以類質同象的形式存在於如鈦鐵礦、鋯鐵礦、鋯英石、鋁土礦、稀土礦、鈦輝石、釩鈦磁鐵礦、鎢礦、錫礦、鈾礦和煤等礦物中。Goldschmidt 等 在1930年代 認為，Sc3+的富集於與岩石礦物中，與類質同象置換極為有關, 尤其是Sc3+ 與Fe3+、Mg2+、Al3+的類質同晶置換。後 來，Ringwood 又補充認為，是生成含氧或羥基配合物, 特別是在結晶岩和雲英岩中富集鈧更是如此。鈧與其所共生元素的離子半徑和配位數以及電負性 等性質的綜合相似性, 決定了它可與許多其他離子進行類質同象置換。

鈧在各類岩石中的含量，岩漿岩以輝石岩（含三氧化二鈧200～300克/噸)和輝長岩最高（76克/噸）。交代蝕變岩以花崗偉晶岩、含鎢錫的雲英岩、鈉長石化岩、雲母化岩最為富集，鋁土礦和煤含鈧也相當高。特別是煤灰，含三氧化二鈧可達40～600克/噸。

原礦石含鈧量（三氧化二鈧，克/噸）如下：鋁土礦石40～150；磷礦石10～25；鎢礦石78～337；釩鈦磁鐵礦石13～40；鐵鈮稀土礦石50；貧錳礦石181；離子型稀土礦石20～50；氟碳鈰礦，鉭鈮礦和鈾礦石等也含有鈧(據林河成，2010）。

精礦物含鈧量（三氧化二鈧，克/噸）分別為：黑鎢礦＞500；鈦鐵礦60；鋁土礦95；選鈦尾礦77；錫石100（據林河成，2010）。

提鈧原料含鈧量（三氧化二鈧，克/噸）為：煉鎢的鎢渣150～600；煉鋁的赤泥40～150；選鈦的尾礦77；煉鈦白的水解母液25－100；高鈦渣氯化的煙塵 736（據林河成，2010）。

全球鈧的資源極為豐富，工業儲量約200萬噸（以金屬鈧計，統計不完全）。中國的鈧資源也很豐富，工業儲量約65萬噸（據不完全統計），占世界總工業儲量的33%。

四、鈧的生產：冶煉副產品

由 於含鈧礦物很多，從礦物直接提取鈧製品較複雜又困難。目前，我國主要以廢渣、廢水、煙塵等為原料先提取三氧化二鈧，再提煉金屬鈧。最主要是從鈦鐵礦生產鈦 白的廢液、氯化物煙塵、生產氧化鋁的赤泥中回收鈧。國外，還有從鈾礦石生產加工過程中回收鈧。至今，還未能從精礦（含鈧）直接提取三氧化二鈧。

從長遠看，今後我國用於提取鈧的原料主要是四川的釩鈦磁鐵礦和煉鋁的赤泥。其主要原因是它們的礦物量很大，鈧的總含量多，適合用於長期的開發利用，且提取鈧的技術可以實現。當然，也可以從中國火電廠的巨量粉煤灰中提取。

五、鈧的產銷：市場容量有限

1970～1980 年代，我國鈧產量較少，主要出口日本，美國和歐洲。出口量約40公斤，國內銷量約20公斤。1990年代初，歐洲及日本急需鈧且需量較大，我國近10個廠生產鈧，產能猛增至700公斤左右，產量達150公斤，出口130公斤，國內銷量約20公斤。

2000 年以來，因俄羅斯大量生產的鈧產品，衝擊市場，造成我國一些生產廠家關閉或停產。目前全世界鈧的總銷量約450公斤，中國總銷量約占世界總銷量的14%。

近 30 多年來，金屬鈧的市場價格變化很快。1990 年初99.99%鈧的市場價7.5萬美元/公斤。後因俄羅斯低價拋售鈧，99.99%鈧市場價狂跌為 0.81萬美元/公斤。2002年市價2.0萬美元/公斤。2007年市價降為1.25萬美元/公斤。99.99%鈧的長期價格趨勢將維持在 1.3～1.5萬美元/公斤的水準上，主因是世界鈧產量與消費量接近平衡。2011年，99.99%的鈧價格在600～700美元/公斤之間 （Scandium Metal 7440-20-2;Unit Price:US $686.60 / piece; Unit Type:piece;Package Weight:1.0kg (2.20lb.);Package Size:11cm x 11cm x 11cm (4.33in x 4.33in x 4.33in);Place of Origin:Inner Mongolia China ；Content(percent):99.999%；Grade:99.999%）。

世 界生產鈧的主要國家有中國、俄羅斯、日本、美國、挪威、法國和烏克蘭等。俄羅斯和中國為主要生產國，兩國的產量及銷量之和大於總量的90%。據估計，目前 世界金屬鈧的銷售量約450～500公斤，我國約為60～70 公斤，占世界總銷量的13.4%～14.0%，我國目前鈧產品主要以內銷為主，出口量極 少。隨著Al－Sc合金及電光源材料的快速發展，今後我國乃至世界的鈧銷量將會快速增長。

綜上所述，鈧金屬的來源與利用問題，根本不在於鈧礦資源儲量多少問題，而在於冶煉渣、塵、液的回收鈧、新材料的研發及鈧資源回收的環境污染問題。


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一、輕稀土

（一）含氟碳鈰礦、獨居石的原生礦床

邊界品位：Ce2O3 1%；工業品位：Ce2O3 2%；可采厚度≥2m；夾石剔除厚度≥2m。

（二）獨居石砂礦

邊界品位：礦物100～200g/m3；工業品位：礦物300～500g/m3；可采厚度≥1m；夾石剔除厚度≥1m。

二、重稀土

（一）含釔(磷釔礦、矽鈹釔礦)偉晶岩和碳酸岩礦床

工業品位：Y2O3 0.05%～0.1%；可采厚度≥1～2m；夾石剔除厚度≥2m。

（二）磷釔礦砂礦

邊界品位：礦物30g/m3；工業品位：礦物50～70g/m3；可采厚度≥0.5m；夾石剔除厚度≥2m。

三、風化殼離子吸附型稀土礦

邊界品位：RE2O3重稀土0.05%，輕稀土0.07%；工業品位：RE2O3重稀土0.08%，輕稀土0.1%；可采厚度≥1m；夾石剔除厚度≥2m。
稀散金屬的用途也很廣泛，已由上述。稀散元素在有關礦床、礦石和精礦達到以下指標即可綜合回收。


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稀土的分類

1)輕稀土(又稱鈰組)：鑭、鈰、鐠、釹、鉕、釤、銪、釓。

2)重稀土(又稱釔組)：鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、鑥、鈧、釔。

鈰組與釔組之別，是因為礦物經分離得到的稀土混合物中，常以鈰或釔比例多的而得名。

稀 土金屬(rare earth metals)又稱稀土元素，是元素週期表ⅢB族中鈧、釔、鑭系17種元素的總稱，常用R或RE表示。它們的名稱和化學符號是鈧(Sc)、釔(Y)、鑭 (La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、鉕(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩 (Tm)、鐿(Yb)、鑥(Lu)。它們的原子序數是21(Sc)、39(Y)、57(La)到71(Lu)。

釓(Gd) 1880年，瑞士的馬里格納克(G.de Marignac)將"釤"分離成兩個元素，其中一個由索裏特證實是釤元素，另一個元素得到波依斯包德萊的研究確認，1886年，馬里格納克為了紀念釔元 素的發現者 研究稀土的先驅荷蘭化學家加多林(Gado Linium)，將這個新元素命名為釓。

釓在現代技革新中將起重要作用。

它的主要用途有：

(1)其水溶性順磁絡合物在醫療上可提高人體的核磁共振(NMR)成像信號。

(2)其硫氧化物可用作特殊亮度的示波管和x射線螢光屏的基質柵網。

(3)在釓鎵石榴石中的釓對於磁泡記憶記憶體是理想的單基片。

(4)在無Camot迴圈限制時，可用作固態磁致冷介質。

(5)用作控制核電站的連鎖反應級別的抑制劑，以保證核反應的安全。

(6)用作釤鈷磁體的添加劑，以保證性能不隨溫度而變化。

另外，氧化釓與鑭一起使用，有助於玻璃化區域的變化和提高玻璃的熱穩定性。氧化釓還可用於製造電容器、x射線增感屏。 在世界上目前正在努力開發釓及其合金在磁致冷方面的應用，現已取得突破性進展，室溫下採用超導磁體、金屬釓或其合金為致冷介質的磁冰箱已經問世。

金屬釓

氧化釓

A.增強CT上顯示為低密度額葉病灶；B.釓增強MRI上表現為低密度病灶；C.腫瘤在MRI T2W上顯示為邊緣清晰的高信號影。


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今日稀土市場報價較少，個別有報價的品種市場價格差距較大。

據瞭解，因廠家剛上班，來自下游的訂單仍然較少，貿易商間相互問詢則較 多。一些金屬廠則表明由於之前的訂單已經接到3、4月份，現在暫不對外報價。據瞭解目前稀土市場氧化銪、氧化鋱有少量問詢。氧化銪市場報價懸殊較大，貿易 商多報價在550-580萬元/噸之間，有包頭持貨商則報價500萬元/噸，業內人士則反映該價格較低。氧化鋱市場含稅價格390-400萬元/噸左右。 廢強磁市場，目前成交仍較少。一些做廢舊或者做廢舊翻新的企業已經上班，價格方面則表示仍不明確或者仍按年前價格收貨。多數持貨商仍在觀望。業內人士大多 表示元宵節後市場才可能活躍。


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2月21日：多數企業尚未回歸，稀土市場較為冷清。稀土冶煉分離企業仍普遍處於停產狀態，金屬生產企業及下游深加工企業均處於觀望狀態，由於缺乏成交，稀土價格未有變化。

氧化鑭主流廠家含稅價50,000-51,000元/噸。

氧化鈰主流廠家含稅價49,000-51,000元/噸。

氧化鐠主流廠家含稅價37-38萬元/噸。

氧化鐠釹主流廠家含稅價310,000-315,000元/噸。

鐠釹金屬主流廠家含稅價390,500-400,000元/噸。

螢光級氧化銪主流廠家含稅價5,800-6,000元/千克。

螢光級氧化鋱主流廠家含稅價3,800-4,000元/千克。

氧化鏑主流廠家含稅價205-210萬元/噸。

鏑鐵主流廠家含稅價210-215萬元/噸。

氧化釓主流廠家含稅價130,000-132,000元/噸。


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稀土是不可再生的重要自然資源，在經濟社會發展中的用途日益廣泛。

中國是稀土資源較為豐富的國家之一。20世紀50年代以來，中國稀土行業取得了很大進步。經過多年努力，中國成為世界上最大的稀土生產、應用和出口國。稀土開發在造福人類的同時，與之相伴的資源和環境問題不斷凸顯。

當前應當完善稀土儲備、整合相關企業、處理包頭尾礦壩危機、加強知識產權保護、重視稀土資源回收利用。

稀土的分類

1)輕稀土(又稱鈰組)：鑭、鈰、鐠、釹、鉕、釤、銪、釓。

2)重稀土(又稱釔組)：鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、鑥、鈧、釔。

鈰組與釔組之別，是因為礦物經分離得到的稀土混合物中，常以鈰或釔比例多的而得名。

稀 土金屬(rare earth metals)又稱稀土元素，是元素週期表ⅢB族中鈧、釔、鑭系17種元素的總稱，常用R或RE表示。它們的名稱和化學符號是鈧(Sc)、釔(Y)、鑭 (La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、鉕(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩 (Tm)、鐿(Yb)、鑥(Lu)。它們的原子序數是21(Sc)、39(Y)、57(La)到71(Lu)。

鐿(Yb) 1878年，查理斯(Jean Charles)和馬利格納克(G.de Marignac)在"鉺"中發現了新的稀土元素，這個元素由伊特必(Ytterby)命名為鐿(Ytterbium)。

鐿的主要用途有：

(1)作熱遮罩塗層材料。鐿能明顯地改善電沉積鋅層的耐蝕性，而且含鐿鍍層比不含鐿鍍層晶粒細小，均勻緻密。

(2)作磁致伸縮材料。這種材料具有超磁致伸縮性即在磁場中膨脹的特性。該合金主要由鐿/鐵氧體合金及鏑/鐵氧體合金構成，並加入一定比例的錳，以便產生超磁致伸縮性。

(3)用於測定壓力的鐿元件，試驗證明，鐿元件在標定的壓力範圍內靈敏度高，同時為鐿在壓力測定應用方面開闢了一個新途徑。

(4)磨牙空洞的樹脂基填料，以替換過去普遍使用銀汞合金。

(5)日本學者成功地完成了摻鐿釓鎵石榴石埋置線路波導雷射器的製備工作，這一工作的完成對雷射技術的進一步發展很有意義。另外，鐿還用於螢光粉啟動劑、無線電陶瓷、電子電腦記憶元件(磁泡)添加劑、和玻璃纖維助熔劑以及光學玻璃添加劑等。

鐿


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在200～240℃焙燒條件下，濃硫酸可以有效地分解獨居石。分解產物中稀土、釷、鈾分別以RE2（SO4）3、Th（SO4）2、UO2SO4存 在。碳酸鈉與獨居石混合，在600～700℃的溫度下焙燒也可以使獨居石分解。無論是堿分解還是硫酸焙燒分解方法，都存在著廢水量大、化工原料消耗高等弊 病。針對這些問題，近年出現了機械球磨和氧化鈣加熔劑焙燒分解的方法、但是這兩種方法仍處於試驗研究階段。

一、機械球磨分解獨居石稀土精礦

機 械球磨分解獨居石礦物的原理是將對獨居石有分解作的物質（例如CaO、CaCl2、NaOH等）同獨居石在球磨機中混合。在高速旋轉的條件下，球－粉末－ 球和球－粉末－容器碰撞，獨居石和分解劑粉末經歷了反復的粉碎與冷焊接（cold  welding）過程，與這一過程進行的同時在焊接表面上發生了分解反應。機械球磨方法可以分解獨居石稀土精礦的實質是在球磨機中，高速旋轉產生的機械能 通過碰撞作用傳遞給化學反應物質，並轉變為化學能，使分解反應的速度得到了提高。

（一）機械球磨NaOH分解獨居石稀土精礦

在溶積3.7L內裝鋼球的球磨機中進行了分解試驗，球磨機的轉速為100r·min－1，精礦的粒度均為180μm左右，試驗所用原料為某稀土冶煉廠生產所使用的獨居石精礦，其化學成分如表1所示。

表1  試驗所用原料成分     單位：%（品質）

實 驗中得到的如下結果。1、分解率隨堿用量的增加而增加，但當堿用量為理論量的1.6倍時（精礦量的0.65倍）,分解率已達98.82%。2、溫度升高， 則分解率增高，在堿用量為理論用量的1.84倍（精礦量的0.75倍），溫度為160℃時，3h內分解率能達到99.23%。3、在堿用量為理論量的 2.08倍（精礦量的0.85倍），溫度為160℃，保溫時間對分解率有明顯的影響，但當堿用量較高時，即使在2h內亦能達到較高的分解率。4、根據條件 試驗的結果，對表1中的幾種不同的原料進行綜合試驗，其結果除朝鮮礦的分解率較低外，其他幾種礦的分解率平均達到99.44%，說明該工藝對原料的適用應 較強。同時，在使用車間磷酸三鈉結晶時的返回堿液時，分解率也可達99.77%。

（二）機械球磨CaO、CaCl2分解獨居石稀土精礦

在 密封的鋼罐內裝入15個鋼球（直徑為15mm），然後按實驗要求裝入獨居石、CaO、CaCl2，在不同的氣氛下進行分解試驗。試驗結束後，用X射線衍射 分析獨居石相，並以該相消失為獨居石完全分解。實驗中選用的是澳大利亞西部海濱砂獨居石精礦，其獨居石的純度為98.5%，稀土含量為50.1%，釷含量 為7.1%，精礦的粒度約為0.1mm。實驗中得到了如下結果。1、在氬氣氛下，球與物料的品質比為15∶1，獨居石 ∶CaO∶CaCl2=3∶2∶2（摩爾比）。當球磨時間達到12h時，獨居石完全分解，分解產物是稀土氧化物、二氧化釷、稀土氯氧化物、氯磷灰石及未分 解的其了礦物。2、在空氣氣氛下，其他條件與在氬氣氛下相同。只有球磨時間達到24h以上時，獨居石才完全分解。分解產物與在氬氣氛下不同的是沒有產生稀 土氯氧化物。

二、氧化鈣加熔劑焙燒分解獨居石稀土精礦

獨居石的熱穩定性高，在空氣中，1700℃下仍然不分解。CaO在 700℃雖然可以分解獨居石，但是分解率很低，沒有工業意義。在分解過程中加入NaCl或其他低熔點的熔鹽，例如NaCl－CaCl2、 NaCl－KCl、NaCl－CaCl2－KCl等，均能提高分解率，並使分解溫度降低。CaO－NaCl分解獨居石的實驗研究表明，加入NaCl與未加 NaCl的相比，獨居石的分解率由5%左右提高到78%。其原因主要有以下兩個方面：1、NaCl以液相存在，促進固相反應間的傳質過程，提高反應速 度；2、NaCl參加分解反應，使固體單相變為有液相參加的兩相反應，加快了反應速度，從而提高了CaO分解REPO4的能力。在NaCl參加下，CaO 分解獨居石的反應除（1）式外，還存在NaCl和CaO共同作用分解獨居石的反應式（2）。應當指出的是：在反應分解進行的同時，分解產物中的Ce2O3 同時被氧化成CeO2，其反應如式（3）。

3CaO＋2REPO4=Ca3（PO4）2＋RE2O3                          (1)

15CaO＋3NaCl＋10REPO4=3Ca5Cl（PO4）3＋Na3PO4＋5RE2O3      (2)

Ce2O3＋(1/2)O2（空氣）=2CeO2                           （3）

在焙燒溫度在670～870℃，CaO加入量為5%～45%的試驗範圍內，獨居石的分解率隨溫度、CaO加入量、NaCl加入量的增加而增加。當焙燒溫度為870℃，CaO、NaCl加入量均為45%時，獨居石的分解率右達到78.39%。


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利用水相中某些組分在有機相中分配比的不同，選擇性地進行分離和提純稀土元素的過程。為稀土元素分離提純的重要方法之一。由萃取劑和有機溶劑形成的 連續有機相與含有被分離稀土元素的水相充分接觸而又不相互溶混(即充分混合一澄清)，從而實現稀土組分在兩相中不相等l濃度的分配達到稀土元素分離和提純 的目的。

稀土元素的溶劑萃取工藝過程包括萃取體系選擇、萃取器和萃取方式選擇、萃取分離工藝條件確定與萃取和反萃取過程實施、分離 後各種溶液後處理等四部分(見溶劑革取)。萃取方式有單級與串級之分，為得到高純度產品通常採用串級萃取方式。串級萃取又有錯流、共流、逆流、分餾、回流 等不同形式。20世紀70年代以來稀土的萃取分離以採用分餾萃取為主，輔以其他工藝。萃取劑、萃取體系及工藝條件的確定主要依據被分離的A、B二組分(或 二元素)的分離係數βA/B的大小而定：

式 中DA為A組分在兩相的分配比；DB是B組分在兩相的分配比，CA(0)、CA(a)為A組分在平衡的有機相和水相的濃度，CB(0)、CB(a)為B組 分在平衡的有機相和水相的濃度。βA/B的大小表示A、B兩組分分離效果的優劣，βA/B值越大分離效果越好，即萃取劑的選擇性越高。若DA=DB，βA /B=1，則表明A、B二組分不能用該萃取體系分離，β的大小與稀土元素的原子序數以及萃取體系有關。

新萃取劑的應用以及萃取理論與工藝研 究所取得的進展都有力地推動著稀土分離和提純技術的發展。溶劑萃取技術已成為當前稀土元素分離和提純的主要手段，用它已能從多種稀土組分的原料中分離提純 每一種稀土元素。串級萃取理論為萃取工藝提供了最優化設計的理論依據，已廣泛應用於稀土萃取分離生產中。


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