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)。

鈥(Ho)

十九世紀後半葉，由於光譜分析法的發現和元素週期表的發表，再加上稀土元素電化學分離工藝的進展，更加促進了新的稀土元素的發現。1879年，瑞典人克利夫發現了鈥元素並以瑞典首都斯德哥爾摩地名命名為鈥(holmium)。

鈥的應用領域目前還有待于進一步開發，用量不是很大，最近，包鋼稀土研究院採用高溫高真空蒸餾提純技術，研製出非稀土雜質含量很低的高純金屬鈥Ho/ΣRE>99.9%。

目前鈥的主要用途有：

(1) 用作金屬鹵素燈添加劑，金屬鹵素燈是一種氣體放電燈，它是在高壓汞燈基礎上發展起來的，其特點是在燈泡裏充有各種不同的稀土鹵化物。目前主要使用的是稀土 碘化物，在氣體放電時發出不同的譜線光色。在鈥燈中採用的工作物質是碘化鈥，在電弧區可以獲得較高的金屬原子濃度，從而大大提高了輻射效能。

(2)鈥可以用作釔鐵或釔鋁石榴石的添加劑；

(3) 摻鈥的釔鋁石榴石(Ho:YAG)可發射2μm鐳射，人體組織對2μm鐳射吸收率高，幾乎比Hd:YAG高3個數量級。所以用Ho:YAG雷射器進行醫療 手術時，不但可以提高手術效率和精度，而且可使熱損傷區域減至更小。鈥晶體產生的自由光束可消除脂肪而不會產生過大的熱量，從而減少對健康組織產生的熱損 傷，據報導美國用鈥鐳射治療青光眼，可以減少患者手術的痛苦。我國2μm鐳射晶體的水準已達到國際水準，應大力開發生產這種鐳射晶體。

(4)在磁致伸縮合金Terfenol-D中，也可以加入少量的鈥，從而降低合金飽和磁化所需的外場。

(5)另外用摻鈥的光纖可以製作光纖雷射器、光纖放大器、光纖傳感器等等光通訊器件在光纖通信迅猛的今天將發揮更重要的作用。 

鈥

金屬鈥

鈥鐵合金


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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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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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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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