釔(Y)
1788年，一位元以研究化學和礦物學、收集礦石的業餘愛好者瑞典軍官卡爾·阿雷尼烏斯（Karl Arrhenius）在斯德哥爾摩灣外的伊特必村（Ytterby），發現了外觀象瀝青和煤一樣的黑色礦物，按當地的地名命名為伊特必礦（YtterbITe）。1794年芬蘭化學家約翰·加多林分析了這種伊特必礦樣品。發現其中除鈹、矽、鐵的氧化物外，還含有約38%的未知元素的氧化物棗“新土”。1797年，瑞典化學家埃克貝格（Anders GusTaf Ekeberg）確認了這種“新土”，命名為釔土（Yttria,釔的氧化物之意）。

釔是一種用途廣泛的金屬，主要用途有:（1）鋼鐵及有色合金的添加劑。FeCR合金通常含0.5-4%釔，釔能夠增強這些不銹鋼的抗氧化性和延展性；MB26合金中添加適量的富釔混合稀土後，合金的綜合性能得到明顯的改善，可以替代部分中強鋁合金用於飛機的受力構件上；在Al-Zr合金中加入少量富釔稀土，可提高合金導電率；該合金已為國內大多數電線廠採用；在銅合金中加入釔，提高了導電性和機械強度。（2）含釔6%和鋁2%的氮化矽陶瓷材料，可用來研製發動機部件。（3）用功率400瓦的釹釔鋁石榴石雷射光束來對大型構件進行鑽孔、切削和焊接等機械加工。（4）由Y-Al石榴石單晶片構成的電子顯微鏡螢光屏，螢光亮度高，對散射光的吸收低，抗高溫和抗機械磨損性能好。（5）含釔達90%的高釔結構合金，可以應用於航空和其他要求低密度和高熔點的場合。（6）目前倍受人們關注的摻釔SrZrO3高溫質子傳導材料，對燃料電池、電解池和要求氫溶解度高的氣敏元件的生產具有重要的意義。此外，釔還用於耐高溫噴塗材料、原子能反應堆燃料的稀釋劑、永磁材料添加劑以及電子工業中作吸氣劑等。

1879年，瑞典的化學教授尼爾森（L.F.Nilson, 1840~1899）和克萊夫（P.T.Cleve, 1840~1905）差不多同時在稀有的礦物矽鈹釔礦和黑稀金礦中找到了一種新元素。他們給這一元素定名為“Scandium”（鈧），鈧就是門捷列夫當初所預言的“類硼”元素。他們的發現再次證明了元素週期律的正確性和門捷列夫的遠見卓識。

鈧比起釔和鑭系元素來，由於離子半徑特別小，氫氧化物的鹼性也特別弱，因此，鈧和稀土元素混在一起時，用氨（或極稀的堿）處理，鈧將首先析出，故應用“分級沉澱”法可比較容易地把它從稀土元素中分離出來。另一種方法是利用硝酸鹽的分極分解進行分離，由於硝酸鈧最容易分解，從而達到分離的目的。

用電解的方法可制得金屬鈧，在煉鈧時將ScCl3、KCl、LICl共熔，以熔融的鋅為陰極電解之，使鈧在鋅極上析出，然後將鋅蒸去可得金屬鈧。另外，在加工礦石生產鈾、釷和鑭系元素時易回收鈧。鎢、錫礦中綜合回收伴生的鈧也是鈧的重要來源之一。

鈧在化合物中主要呈3價態，在空氣中容易氧化成Sc2O3而失去金屬光澤變成暗灰色。鈧能與熱水作用放出氫，也易溶於酸，是一種強還原劑。鈧的氧化物及氫氧化物只顯鹼性，但其鹽灰幾乎不能水解。鈧的氯化物為白色結晶，易溶于水並能在空氣中潮解。在冶金工業中，鈧常用於製造合金（合金的添加劑），以改善合金的強度、硬度和耐熱和性能。如，在鐵水中加入少量的鈧，可顯著改善鑄鐵的性能，少量的鈧加入鋁中，可改善其強度和耐熱性。在電子工業中，鈧可用作各種半導體器件，如鈧的亞硫酸鹽在半導體中的應用已引起了國內外的注意，含鈧的鐵氧體在電腦磁芯中也頗有前途。在化學工業上，用鈧化合物作酒精脫氫及脫水劑，生產乙烯和用廢鹽酸生產氯時的高效催化劑。在玻璃工業中，可以製造含鈧的特種玻璃。在電光源工業中，含鈧和鈉製成的鈧鈉燈，具有效率高和光色正的優點。自然界中鈧均以45Sc形式存在，另外，鈧還有9種放射性同位素，即40～44Sc和46～49Sc。其中，46Sc作為示蹤劑，已在化工、冶金及海洋學等方面使用。在醫學上，國外還有人研究用46Sc來醫治癌症。鈧的性質及用途。




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稀土、稀散金屬礦生產現狀

中國稀土工業是在新中國成立後建立和發展起來的，經歷了三個發展階段：1950～1962年，為初創階段，學習、研究和引用世界已有的科學成果，掌握冶煉、分離、提純技術，為工業化準備了條件。1963～1975年為工業化階段，陸續開發南方獨居石、包頭稀土、江西離子吸附型稀土礦等資源，建立了一批選礦廠和冶煉廠。1976年後進入改革和振興階段，創造性地解決了包頭稀土資源綜合利用問題，不斷採用新工藝方法，產量、品質和經濟效益顯著提高，同時開發新材料，並大量推廣應用，產品和技術進入國際市場。

經過40多年的發展，已形成從地質勘查到采、選、冶和材料加工與應用等完整的稀土工業生產體系，擁有一批大中小型礦山和冶煉提取與材料加工廠等，生產幾百個品種和上千個規格的稀土產品，並創造了許多獨特的稀土冶煉工藝方法，稀土工業的生產技術和一些技術經濟指標已達世界先進水準。我國已成為稀土儲量、產量、出口量居世界首位的稀土大國之一。

我國近年來的稀土產能產量，據國家計劃委員會專家組調查，1996年稀土濕法冶煉能力已接近9萬t，處理稀土精礦的能力達8萬t以上。產量據國家計劃委員會稀土辦公室的最新報導：1997年我國稀土礦產品產量53250t，其中包頭稀土精礦產量35000t，四川冕寧稀土礦11000t，山東微山稀土礦1200t，獨居石產量50t，離子型礦產量6000t。稀土冶煉加工產品產量46500t，比1996年增長(以上資料引自《有色金屬工業》，1998，№.7)。1990～1995年我國主要稀土礦產品產量及結構。

我國稀土產業自改革開放以來取得了長足的發展。中國不僅是世界稀土第一資源大國，而且已成為第一稀土生產大國，也是稀土最大的出口國和主要消費國之一。可由下列一組數字表明〔據國家計劃委員會稀土辦公室(簡稱國家計委稀土辦)紅楓在《世界有色金屬》，1996，№.10期發表的資料〕：

（一）1980年，我國稀土產量僅2524t，1986年我國稀土總商品量達11860t，超過了一直處於世界第一的美國當年產量11000t，躍居世界首位。

（二）1988年，我國稀土礦產品產量達29640t，超過美國1984年達到的歷史最高年產量25950t。使我國居世界第一稀土生產國的地位得以鞏固和確認。

（三）1995年，我國稀土總商品量達4萬t，礦產品產量達4.8萬t，達到世界總產量的70%～80%，產銷率幾乎達100%。1980～1995年15年間，我國稀土產量增長了15倍，年均遞增速度20%(其中“六五”期間27%，“七五”期間23%，“八五”期間22%)，處於高速、穩定發展時期。

（四）我國稀土出口量，1980年稀土出口處於初始階段，當年出口量800t，創匯590萬美元；1995年出口量達27000t，創匯27129萬美元。15年出口量和創匯額分別增長32倍和44倍，年均遞增分別約為26%和29%(其中“六五”期間分別為41%和45%，“七五”期間是15%和25%，“八五”期間是23%和18%)。

世界稀土年總消費量是5～5.5萬t，其中60%～70%由我國供應，中國已成為世界最大稀土供應國。

（一）我國國內稀土消費量，1980年為1724t，1995年達1.3萬t。15年增長6.5倍，年均遞增14.4%(其中“六五”期間15.2%，“七五”期間15.7%，“八五”期間12.4%)。中國已成為繼美國之後，第二大稀土消費國。

（二）我國稀土產值，1980年全國稀土產業產值不過7000萬元，現在產值過億元的企業已超過10家，骨幹企業的人均產值達30～50萬元。

我國稀土冶煉產品主要包括混合稀土氧化物、氯化物鹽類、各種單一稀土氧化物、鹽類及混合稀土金屬、單一稀土金屬和合金等。品種規格如按冶金加工過程和用途來劃分，可分為稀土化合物與鹽類、稀土氧化物、稀土金屬、稀土合金、稀土材料、稀土農用產品等6大類。目前生產的品種已達300多個，最多的是上海有色金屬有限公司有252個品種，508個規格；甘肅稀土公司有71個品種，140多個規格；廣州珠江冶煉廠有44個品種，172個規格。我國單一稀土氧化物純度一般為2～3N(N代表9，下同)，最高達4～6N；單一稀土金屬純度為2～3N。多種產品品質已達到國家稀土產品品質標準，不少產品達到或接近國際同類產品品質標準。甘肅稀土公司熊貓牌氯化稀土，廣州珠江冶煉廠螢光級氧化釔、光學級氧化鑭與氧化釹，上海有色金屬有限公司的10多種優質產品，均已暢銷國內外。


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我國是世界稀土資源和產量第一的稀土大國，又是鋼產量第一的鋼鐵大國，但不是鋼鐵強國，品種品質與國外先進水準相比還有相當大的差距，仍有不少鋼材需要進口。用稀土這個高技術材料來強化和提升鋼鐵傳統產業，在低合金鋼、合金鋼中加入微量稀土，提高鋼質增強國際競爭力，把稀土的資源優勢轉化為鋼材的品種優勢和經濟優勢，具有十分重大的意義。

一、稀土在鋼中應用有三大作用

1.淨化鋼液。稀土具有去氧、脫硫作用，減少並細化鋼中夾雜物。2.變質夾雜。稀土加入鋼中生成球狀稀土硫化物或硫氧化物，取代長條狀硫化錳夾雜，使硫化物形態得到完全控制，提高鋼的韌塑性特別是橫向衝擊韌性，改善鋼材的各向異性。稀土使高硬度的氧化鋁夾雜轉變成球狀硫氧化物及鋁酸稀土，顯著地提高鋼的抗疲勞性能。3.微合金化。稀土在鋼中有一定的固溶量，它在晶界的偏聚能抑制磷硫及低熔點雜質鉛、錫、砷、銻、鉍在晶界的偏析或與這些雜質形成熔點較高的化合物，消除低熔點雜質的有害作用；稀土淨化和強化晶界，阻礙晶間裂紋的形成和擴展，有利於改善塑性尤其是高溫塑性；稀土能抑制動態再結晶、細化晶粒和沉澱相尺寸並促進鐵素體中Nb（C、N），（Nb、Ti）（C、N）和V（C、N）的析出；溶解的稀土可改變滲碳體的組成和結構並使碳化物球化、細化和均勻分佈。

稀土既是優良的變質劑，也是一種強效微合金元素。稀土具有捕氫性，能使鋼的氫致延遲斷裂性能得以改善；稀土可提高耐候鋼、不銹鋼的抗腐蝕性能，耐熱鋼的抗氧化性能和高溫強度，彈簧鋼、齒輪鋼和軸承鋼的抗疲勞性能，難變形高合金鋼的熱塑性，鋼軌及耐磨材料的耐磨性等。鋼中加入稀土後，一般能使鋼板、無縫鋼管的橫向衝擊韌性提高50%以上，耐腐蝕性能提高60%，同時提高其他性能。每噸鋼加稀土300克左右，但作用十分顯著，真可謂四兩撥千斤。

對鋼進行稀土處理，具有投資少、無污染、見效快、經濟效益高的特點。北京鋼鐵研究總院與武漢鋼鐵公司共同做的幾種鋼的鹽霧腐蝕對比試驗結果表明，稀土耐候鋼的耐腐蝕性能是普通鋼（Q235）的近2倍，超過了國際名牌耐候鋼美國的Corten鋼的水準。

中科院瀋陽金屬研究所研製了一種水電站水輪機、水泵用加稀土的不銹鋼，抗磨損性能比目前國內外使用最多的0Cr13Ni4Mo鋼提高近1倍。該所做了大量對比試驗，這種不銹鋼加適量稀土（0.3%）比不加稀土的性能大幅度提高，稀土對合金抗腐蝕、抗磨損和抗磨蝕性能分別比不加稀土的合金提高57%、55%、83%。

稀土處理鋼也有缺點：

（1）稀土夾雜物比重大，一般在5.5～6.5之間，不易上浮，特別是當稀土加入量過量時，會增加鋼中的夾雜，甚至產生脆性的稀土與鐵的金屬間化合物惡化鋼的性能。通過電腦仿真計算，確定最佳稀土加入量和稀土喂絲機的自動化，可以實現稀土加入量的準確控制，達到提高鋼質的目的。

（2）稀土處理鋼澆注時水口易結瘤，用強去氧劑如A1、Zr去氧時，也常出現水口結瘤問題。目前是採用在連鑄結晶器喂稀土絲，繞開水口的方法來解決這個問題。杜挺、韓其勇、王常珍教授指出，用熔融石英水口和鋯質水口，對防止含稀土鋼水口的結瘤具有較好效果。

（3）稀土金屬的價格較貴。稀土金屬絲和棒的價格是9～9.8萬元/噸，比矽鈣合金貴，這影響了稀土鋼的擴大推廣。


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