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【知識】稀土元素鐠及其應用

詳細內容: 分類：稀土知識新聞價格; 發佈於：2013-02-25, 週一 15:19; 作者 HJF; 點擊數：2025

鐠在化學元素週期表中位居鑭系元素的第三位元，在地殼中的豐度為9.5ppm，僅低於鈰、釔、鑭、鈧，是稀土中第五大富存元素.但正如他的名字一樣，鐠是個樸素無華，個性似乎不太突出的稀土家族成員。

在稀土元素的發現史上，鐠和釹是同時被發現的。1841年，那位曾經發現了鑭的瑞典化學家莫桑德爾(C.G. Mosander)從“鑭土”中發現了新“元素”，性質與鑭非常相似，將其定名“迪迪姆”（Didymium，希臘語為“雙胞胎”的意思），但它不是單一元素，而是鐠釹化合物。又過了40多年，那位曾經發明了釷鈰汽燈紗罩的奧地利人威爾斯巴赫（C.F.Auer Von Welsbach），也正是在發明汽燈紗罩的1885年，成功地將“鐠釹”這對“連體雙胞胎”實施了分離手術，從中分離出綠色的鐠鹽和玫瑰色的釹鹽，確定它們是兩種新元素。一個取名為“鐠”（Praseodymium），來自希臘字prason，意思是綠色化合物，因為鐠鹽水溶液會呈現出鮮豔的蔥綠色；另一個元素則取名為“釹”（Neodymium）。這對“連體雙胞胎”的成功分離，使他們從此可以各自施展才華。

鐠作為用量較大的稀土元素，很大一部分是以混合稀土的形式被利用，比如用作金屬材料的淨化變質劑、化工催化劑、農用稀土等等。鐠釹是稀土中性質最為相似又最難分離的一對元素，用化學法很難將其分離，工業生產通常採用萃取法和離子交換法。如果把他們成雙入對地以鐠釹富集物形式使用，可以充分發揮其共性作用，價格也比單一元素產品便宜。鐠釹合金（鐠釹金屬）已成為獨立產品，既可用於永磁材料，也可作為有色金屬合金改性添加劑。以鐠釹富集物的形式加入Y型沸石分子篩中製備石油裂化催化劑，可提高催化劑的活性、選擇性和穩定性。作為塑膠改性添加劑，在聚四氟乙烯（PTFE）中加入鐠釹富集物，可明顯提高PTFE的耐磨性能。

稀土永磁材料是當今最熱門的稀土應用領域。鐠單獨用作永磁材料性能並不突出，但他卻是一個能改善磁性能的優秀協同元素。無論是第一代稀土永磁材料釤鈷永磁合金（SmCo5），還是第三代稀土永磁材料釹鐵硼（Nd2Fe17B），加入適量的鐠都能有效地提高和改善永磁材料性能。如在SmCo5中加入部分Pr取代Sm可以提高永磁材料的磁能積，兩者的比例一般為80%Sm—20%Pr，若鐠加入過多反而會降低材料的矯頑力和穩定性。在第三代稀土永磁材料釹鐵硼中，添加鐠可以提高材料的矯頑力，德國、日本等國在生產高矯頑力釹鐵硼磁體時，均加入部分鐠。鐠的加入量為5％～8％，最高達10％，可取代1／3的釹。磁性材料對鐠品質要求較高，至少應達到釹的同等品質。加入鐠還能提高磁體抗氧化性能（耐空氣腐蝕）和機械性能，已被廣泛應用於各類電子器件和馬達上。另外，在釤鐵氮新型稀土粘結永磁材料(Sm)2Fe17N9中加Pr也能改善性能，這將進一步擴大鐠的應用。因此，隨著鐠在永磁材料的應用發展，鐠的用量和價格不斷攀升，已成為稀土產品中的“新寵”。

鐠還可用於研磨和拋光材料。眾所周知，純鈰基拋光粉通常為淡黃色，是光學玻璃的優質拋光材料，已取代拋光效率低又污染生產環境的氧化鐵紅粉。但人們發現，氧化釹對拋光作用不大，但鐠卻有良好的拋光性能。含鐠的稀土拋光粉會呈紅褐色，也被稱作“紅粉”，但這種紅不是氧化鐵紅，而是由於含有氧化鐠使稀土拋光粉顏色變深。鐠還被用新型磨削材料，製成含鐠剛玉砂輪。與白剛玉相比，在磨削碳素結構鋼、不鏽鋼、高溫合金時，效率和耐用性可提高30%以上。為了降低成本，過去多用鐠釹富集物為原料，故稱鐠釹剛玉砂輪。

鐠在光纖領域的用途也越來越廣，已開發出在1300~1360nm譜區起放大作用的摻鐠光纖放大器（PDFA），技術日趨成熟。PDFA以其優異的性能價格比，對我國當前大量鋪設的 1550nm的CATV系統光纖有線電視的興建改造與系統升級有著重大的實際意義。PDFA將從根本上改變現有的1550nmCATV的網路格局，使 1310nmCATV系統在HFC系統改造中成為替代1550nm系統的理想選擇。

鐠鹽(草酸或碳酸鹽)經高溫灼燒，可形成棕黑色的氧化物 Pr6O11，其構成就如同4個PrO2和1個Pr2O3的組合，表明鐠有很強的呈正4價傾向。將氧化鐠加入矽酸鋯中會呈亮黃色，可用作陶瓷顏料－鐠黃。鐠黃(ZrO2－Pr6O11－SiO2)被認為是最好的黃色陶瓷色料，在高達1000℃仍保持穩定，可用於一次性或重燒工藝。鐠進入矽酸鋯晶格，占材料成份約5％。鐠黃被廣泛應用於建築陶瓷和日用陶瓷著色，可單獨作釉下顏料，也可與陶瓷釉混合製成色釉，其著色鮮豔亮麗，色澤純正，隨含鐠量的多少，可深至琥珀黃，淺至乳白黃，用其代替傳統的釩錫黃和釩鋯黃，可克服原先的褐色調，用來製作衛生和建築陶瓷，色調高潔淡雅。用其可製作獨特的仿象牙工藝美術和日用陶瓷，色彩亮麗精美，深受陶瓷業的青睞。我國、義大利和西班牙，作為建築瓷磚的主要生產國，都擁有很大的鐠黃消費市場。通過氧化鐠與其他元素配伍，還能調配出鋯鐠釩綠、鋯鐠釩橙等陶瓷色料。調整氧化鐠與五氧化二釩的比例，還可製作出黃色與天藍之間色調的陶瓷色料。在鐠黃中加入CeO2，能形成略帶紅色的嬌黃色。全球用作鐠黃為主的陶瓷著色劑消費的氧化鐠估計上千噸。

鐠還被用作玻璃著色劑，色彩豐富，也有很大的潛在市場。可制得具有鮮亮韭綠和蔥綠色彩的“鐠綠”玻璃製品，既可製作綠色濾光片，又可用於工藝美術玻璃。在世界聞名的義大利威尼斯和捷克的水晶玻璃中都會看到鐠的亮綠色彩。在玻璃中加入氧化鐠和氧化鈰，可用作電焊用的護目鏡玻璃。硫化鐠還有望成為實用的綠色塑膠著色劑。

鐠	元素符號Pr						英文名稱Praseodymium		原子序數59
	相對原子品質(12C = 12.0000)140.90765
發現年代			1885年			發現人		Baron Auer von Welsbach （奧地利，維也納）
原子結構		原子半徑(?)：2.67						離子半徑(?)：1.013
		共價半徑(?)：1.65						氧化態：3，4
		原子體積cm3/mol：20.8
		電子構型： 1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2p6d10f3 5s2p6 6s2
物理性質		狀態：軟的銀白色金屬						熔點(℃)：931	沸點(℃)： 3512
		比熱（J/gK）：0.19						密度 (g/cc，300K)：6.77
		熔化熱（KJ/mol）：6.89						蒸發熱（KJ/mol）：296.8
		導電率（106/cm Ω）： 0.0148						導熱係數（W/cm K ）： 0.125
地質數據		豐度						海水中（ppm）.：
		地殼（ppm.）：9.5						大西洋表面：4 × 10－7	大西洋深處：7 × 10－7
		大氣（p.p.m.）/體積：						太平洋表面：4.4 × 10－7	太平洋深處：10 × 10－7
生物數據		人體中含量（ppm）：
		器官中：非常低
		人(70Kg)均體內總量（mg）：非常低。
		日攝入量/mg：未知
礦產資源		工業礦物：						主要產地
		混合性（氟碳鈰＋獨居石）						中國內蒙古自治區包頭白雲鄂博礦山
		氟碳鈰礦（Bastnaesite） CeLaFCO3（輕稀土）						美國芒廷帕斯礦山（加利福尼亞）
								中國四川冕甯、山東微山
		獨居石（Monazite ）（CeLaTh）PO4（輕稀土）						澳大利亞韋爾德山、東西海岸海濱沙礦
								印度西南海濱沙、中國廣東和臺灣海濱沙
		稀土磷灰石						俄羅斯柯拉半島
		鈰鈮鈣鈦礦						俄羅斯托姆托爾碳酸岩風化殼稀土礦床
		離子型礦(中釔富銪)						中國江西尋烏、廣東平遠
配分 Pr %		包頭混合型礦		四川氟碳鈰礦				中釔富銪離子型礦	廣東南山海獨居石
		5—6		4—5				6—8	5—6
應用領域		金屬、合金			鋼鐵與有色金屬改性劑、永磁材料
		混合氧化物			石油裂化催化劑、農用稀土、助染助鞣
		單一氧化物			陶瓷和玻璃著色劑、光纖、拋光粉、塑膠顏料、
		有機化合物			化工催化劑、穩定劑和改性劑；飼料添加劑

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【知識】稀土元素鈰(Ce)的用途

詳細內容: 分類：稀土知識新聞價格; 發佈於：2013-02-25, 週一 15:08; 作者 HJF; 點擊數：1915

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)。

鈰(Ce)“鈰”這個元素是由德國人克勞普羅斯，瑞典人烏斯伯齊力、希生格爾於1803年發現並命名的，以紀念1801年發現的小行星－穀神星。

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【知識】稀土元素鐠(Pr)的用途

詳細內容: 分類：稀土知識新聞價格; 發佈於：2013-02-25, 週一 14:55; 作者 HJF; 點擊數：1826

鐠(Pr) 大約160年前，瑞典人莫桑德從鑭中發現了一種新的元素，但它不是單一元素，莫桑德發現這種元素的性質與鑭非常相似，便將其定名為“鐠釹”。“鐠釹”希臘語為“雙生子”之意。大約又過了40多年，也就是發明汽燈紗罩的1885年，奧地利人威爾斯巴赫成功地從“鐠釹”中分離出了兩個元素，一個取名為“釹”，另一個則命名為“鐠”。這種“雙生子”被分隔開了，鐠元素也有了自己施展才華的廣闊天地。鐠是用量較大的稀土元素，其用於玻璃、陶瓷和磁性材料中。

金屬鐠

鐠黃(釉用) 原子紅(釉用)

鐠的廣泛應用：

(1)鐠被廣泛應用於建築陶瓷和日用陶瓷中，其與陶瓷釉混合製成色釉，也可單獨作釉下顏料，製成的顏料呈淡黃色，色調純正、淡雅。

(2)用於製造永磁體。選用廉價的鐠釹金屬代替純釹金屬製造永磁材料，其抗氧性能和機械性能明顯提高，可加工成各種形狀的磁體。廣泛應用於各類電子器件和馬達上。

(3)用於石油催化裂化。以鐠釹富集物的形式加入Y型沸石分子篩中製備石油裂化催化劑，可提高催化劑的活性、選擇性和穩定性。我國70年代開始投入工業使用，用量不斷增大。

(4)鐠還可用於磨料拋光。另外，鐠在光纖領域的用途也越來越廣。

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【知識】稀土儲氫材料

詳細內容: 分類：稀土知識新聞價格; 發佈於：2013-02-25, 週一 15:05; 作者 HJF; 點擊數：1555

人們很早就發現，稀土金屬與氫氣反應生成稀土氫化物REH2，這種氫化物加熱到1000℃以上才會分解。而在稀土金屬中加入某些第二種金屬形成合金後，在較低溫度下也可吸放氫氣，通常將這種合金稱為貯氫合金。在已開發的一系列貯氫材料中，稀土系貯氫材料性能最佳，應用也最為廣泛。其應用領域已擴大到能源、化工、電子、宇航、軍事及民用各個方面。用於化學蓄熱和化學熱泵的稀土貯氫合金可以將工廠的廢熱等低質熱能回收、升溫，從而開闢出了人類有效利用各種能源的新途徑。利用稀土貯氫材料釋放氫氣時產生的壓力，可以用作熱驅動的動力，採用稀土貯氫合金可以實現體積小、重量輕、輸出功率大，可用於制動器升降裝置和溫度感測器。

石油和煤炭是人類兩大主要能源燃料，但由於它們儲量有限，使用過程中產生環境污染等問題，因此解決能源短缺和環境污染成為當今研究的重點之一。氫是一種完全無污染的理想能源材料，具有單位品質熱量高於汽油兩倍以上的高能量密度，可從水中提取。氫能源開發應用的關鍵在於能否經濟地生產和高密度安全制取和貯運氫。

典型的貯氫合金LaNi5是1969年荷蘭菲利浦公司發現的，從而引發了人們對稀土系儲氫材料的研究。

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【知識】稀土金屬的用途和消費

詳細內容: 分類：稀土知識新聞價格; 發佈於：2013-02-22, 週五 16:49; 作者 HJF; 點擊數：1685

目前，稀土的消費領域主要有：催化(石油化工、汽車尾氣淨化)，冶金，玻璃陶瓷，永磁體、螢光粉、鎳/金屬氫化物電池等新材料。主要的消費國家有中國、美國、西歐、日本。

20 世紀 90 年代以來，隨著汽車、電腦、消費類電子產品以及移動式電子裝置需求的增長，使得稀土的應用，尤其是在汽車尾氣催化劑、永磁體和充電電池中的應用持續增加。1992 年世界總消費量約 38500t(姚鈺，1994)，2002 年為 83000t，比 1992 年增加 44500t，增長115.58%(表 1)。

表1 中國美國稀土消費量單位：t（REO）

我國自 1998 年起稀土消費量就已超過美國一直居於世界第一位。2002 年我國稀土產品消費量為22000t，比 2001 年下降 2.65%，占世界總消費量的 26.51%。其中，高科技材料的用量為 6000t，占全國總消費量的 27.27%；冶金及機械 5400t，占 24.55%；石油與化工 4500t，占 20.45%；農業、輕工和紡織 3300t，占15.00%；玻璃和陶瓷 2800t，占 12.73%。

日本是世界上稀土研究開發水準最高的國家，其稀土應用領域主要集中在永磁體、螢光粉、鎳氫電池、拋光粉和防紫外線輻射玻璃等高新技術產業上。2002 年稀土產品消費量約 17500t，居世界第二。按視消費量統計，2002 年美國視消費量為 11000t，比 2001 年減少 4100t，下降27.15%，居世界第三。按用途分其消費比例為：石油精煉催化劑 27%(2001 年為 16%)，玻璃拋光和陶瓷 23%(2001 年為 34%)，汽車尾氣淨化催化劑 21%(2001 年為 15%)，冶金添加劑和合金 15%(2001 年為 14%)，永磁材料 5%(2001 年為 8%)，用於照明設備、電視、電腦顯示器、雷達和 X-光片等稀土螢光粉 4%(2001 年為 9%)，其他 5%。與 2001 年相比，需求總量雖然下降，但石油催化、汽車尾氣淨化所占的消費比例出現較大幅度增長。

歐洲稀土年消費量約 10000t，主要消費領域是汽車尾氣淨化催化劑和玻璃拋光粉等。

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