稀土中間合金是我國最主要的稀土產品之一，它在鋼鐵中的應用是我國稀土中間合金最大的應用領域。隨著鋼鐵工業對稀土中間合金需求量的日益增加，開發價廉物美的稀土中間合金，是稀土中間合金工業今後的發展趨勢。

（1） 選用稀土品位高的稀土精礦作原料我國稀土中間合金工業從採用含REO4%～6%的大高爐渣改為採用含REO10%～15%的富稀土中貧鐵礦除鐵渣為原料， 使合金的技術經濟指標有了大幅度的改善，採用精料（REO25%）對冶金工業來說是提高經濟效益的必由之路，儘快讓我國的主要合金生產廠都用上稀土品位高 的精礦，是提高我國稀土中間合金產品在國際市場上競爭能力的有效措施。

（2）選擇經濟合理的冶金流程碳熱法是世界上生產稀土鐵合金 的主要流程，大量實踐證明，對大規模生產來說，它是經濟合理的流程，我國在20世紀70年代的碳熱法生產實踐由於稀土原料品位太低而告失敗。在稀土精礦大 量問世後，應該通過試驗重新評價這一流程，以便給稀土中間合金工業帶來的經濟效益。

採用熔渣入爐，或熔渣與液態矽鐵在搖包中快速反應冶煉合 金，是節省能源的好辦法。溶渣入爐早在1966年就進行過試驗，試驗證明高爐熔渣經過11m長的渣槽（其中5m為水冷渣槽）注入電爐仍能保持一定的流動 性，入爐後只需短時間送電提溫或直接加入矽鐵即可進行還原精煉。1987年用爐渣入爐生產含PE30%的合金，比冷渣入爐節電30%，提高生產效率 15%～20%。採用熔渣入爐需慎重選擇比渣爐或混渣爐。20世紀60年代曾有人建議用全水套鼓風爐熔化塊狀冷渣。鼓風爐的熱效率一般在60%～70%， 適宜處理塊狀料，風口區每晝夜熔煉能力為100～150t/m2。用焦碳代替電能來化渣對我國大多數地區是可取的。60年代後期曾作過鼓風爐化渣的試驗， 在渣中配入適量石灰石，使爐渣入電爐就可煉合金。

熔渣與液態矽鐵在搖包（或其他合適爐子）中快速反應冶煉合金的設想，尚未進行過試驗，有待證實。

（3） 生產多規格、多劑型的合金產品合金產品的系列化應該包括針對不同的應用領域、不同的使用條件、不同的技術裝備提供相應的有特色的稀土中間合金，合金的化學 成分要因地制宜，劑型也應多樣化。近年來，由於稀土國入法的改進，對粉、包芯線、壓塊等形式供貨提上了日程，國內也不斷有商品上市，應該把這些規格逐步納 入標準，使生產穩步發展。

稀土中間合金工業的發展必須依靠技術進步，對科技的投入終將在生產中取得巨大的經濟效益。改進工藝、降低消耗、穩定品質、開發適銷對路的新產品，是我國稀土中間合金工業的發展方向。


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一、稀土磁性材料：三方面引領潮流

稀土永磁主要是指釹鐵硼系永磁材料、釤鈷永磁材料和稀土鐵氮系永磁材料。釤鈷永磁是最先發 展起來的一種稀土磁性材料，具有高居裏溫度、高矯頑力特點，因含有昂貴的戰略金屬鈷使其發展受到很大限制。目前用量維持在600～700噸，主要應用於軍 工領域；釹鐵硼永磁發明於1983年，正值電子電腦、辦公自動化、家電產品普及和微型化的關鍵時刻，迫切需要強力磁體，釹鐵硼不僅磁性能高，而且價格低 廉，它的問世給磁體帶來了革命性變化，同時使全球電腦、通訊等產業得到了飛速發展，目前是稀土磁性材料的主力軍，09年產量9.4萬噸（全球1.44萬 噸）；稀土鐵氮永磁主要指2:17型釤鐵氮化合物及我國楊應昌原始發明的1∶12型釹鐵氮化合物，同時具有較高的磁性能和耐蝕性，由於工藝問題，目前應用 較少。

我國的釹鐵硼應用分高科技用途、傳統用途和低擋用途。高科技用途包括MRI，VCM，DVD/CD記憶體，CD拾音器，電動 自行車（EB）和電動助力車（EAV）等，這部分用量增長最快，占我國釹鐵硼磁體消費的50%左右，近年來是拉動釹鐵硼磁體消費的主要動力；傳統領域的應 用包括揚聲器、磁分離器和磁化器包括用於油田和石油工業的脫蠟器，每年用量較為穩定，約占我國釹鐵硼消費的30%；低牌號用途主要是在浙江慈溪等地生產的 服裝、箱包用的磁性紐扣或傢俱上門吸等，在此方面的用途所占比例正逐漸降低，但絕對量仍逐年增加，因為它作為廢料回收利用，仍有一定的生命力。

我 國磁體生產主要集中在江浙、山西、京津、包頭和江西地區，09年我國釹鐵硼磁體產量在9.4萬噸左右，其中出口約占20%。從釹鐵硼在高科技領域的消費結 構看，增長最快的是電動自行車（EB）和電動助力車（EAV），以DVD/CD記憶體和CD拾音器用磁體主要供給國外用戶。另外，電動自行車已成第十大家 電下鄉品種。由於電動自行車的驅動是釹鐵硼電機，由於電動自行車的成本比摩托車低很多，農村用戶龐大，未來釹鐵硼在這上面的應用仍能保持較快的增長。

釹鐵硼“質”和“量”之飛躍將被引爆：釹鐵硼的傳統應用目前沒有衰退，而隨著低碳經濟的到來，新的應用領域正在形成，下面三個方向以後會引領釹鐵硼的消費：

1、 風力發電：在目前裝備的各類風力發電機組中，永磁風力發電機因其效率高、體積小、可靠性高、結構簡單等特點，成為風力發電機的首選。使用稀土永磁材料，能 使發電機的效率從普通電機0.50提高到0.85以上，同時採用永磁發電機，還可做到風力機與發電機的直接耦合，省去變速箱，從而提高可靠性，減小系統噪 聲，降低維護成本。2008年，我國新增風電機組5130多台，裝機容量630萬千瓦，總裝機容量連續第四年翻番增長，全國累計裝機容量已達到1221萬 千瓦。預計到2020年我國風電有望實現1億千瓦裝機容量，按照每台1MW級永磁風力發電機需用釹鐵硼0.6～1.5噸計算，約消耗釹鐵硼6～15萬噸， 這為釹鐵硼永磁材料今後的應用提供了極其廣闊的空間，可以預見，風力發電將成為釹鐵硼的應用的一大新的領域。

2、新能源汽車：經濟危機下， 為順應節能環保的大勢，各國政府不約而同地選擇了新能源產業作為刺激經濟走出危機的契機，將新能源產業從醞釀期推向了加速期的臨界點。中國新能源汽車產業 得到國家政策多方面扶持。未來3年（2009～2012）國家將投入數百億美元，力爭到2012年全國新能源汽車市場份額占到汽車市場的10%。由於永磁 同步電機的能效利用率極高，所以它們被用於HEV，每輛車需要高性能釹鐵硼約7公斤。僅豐田公司“普銳斯”混合動力汽車的今年產量就將達到100萬量，由 此可見，釹鐵硼磁體市場必將因汽車用途而迅速擴大。

3、無刷直流電動機：目前在日本和歐美等國變頻空調已經成為空調行業的技術平臺，98% 左右的空調均為變頻空調，但我國目前應用較少。變頻空調由於具有舒適、節能等特點，勢必成為未來的一種趨勢。目前，變頻空調壓縮機驅動電機為單相非同步電動 機或直流電機，因為非同步電動機存在轉差損耗，直流電機電刷的存在使得其故障率高、使用壽命低，所以非同步電動機和直流電動機都不是空調壓縮機的理想部件。永 磁無刷直流電動機(BLDCM)是新一代高性能的驅動電機，很好地克服了這些缺點，一方面永磁無刷直流電機本體具有交流電動機的結構，同時又有直流電動機 的速度調節性；另一方面BLDCM為永磁勵磁，減小了定子無功電流，提高了功率因數。永磁無刷直流電動機將被廣泛運用於空調機、空氣壓縮機、風機等家用電 器領域。由於我國空調市場巨大，變頻空調的發展，必將為永磁開拓一個新的應用領域。

因此，隨著新的應用領域不大開發，預計未來5年釹鐵硼行業全球仍將保持15%的增速，而我國有望將保持20%的增速。

二、稀土發光材料：照明節能引領新機遇

稀 土發光材料是利用銪、鋱、鈥、鉺、銩等元素的獨特光電性質，製造出的具有發光效率高、節能、環保、壽命長等一系列優良性能的發光材料。應用範圍涉及稀土節 能燈、顯示、光電器件、現代醫療電子設備等多個領域，是現代綠色照明產業的關鍵基礎材料。2009年，我國共生產各類稀土螢光粉約7200噸，居世界第 一。

三基色螢光燈（節能燈）約占稀土發光材料的75%，是目前主要發光材料的主要應用領域，由於三基色螢光燈可比白熾燈節電 70%－80%，而且具有高顯色性、高光效、長壽命、節能環保等優點，因此具有廣闊的市場前景。近年來歐盟、美國、澳大利亞、加拿大、中國臺灣、日本及韓 國等國家和地區相繼開始推行禁用白熾燈計畫，出臺補貼政策推廣節能燈以減少能源消耗。2009年7月24日，發展改革委與聯合國開發計畫署(UNDP)、 全球環境基金(GEF)簽訂“中國逐步淘汰白熾燈、加快推廣節能燈”專案，計畫三年內逐步淘汰白熾燈，推廣普及節能燈。

2009年我國稀土 三基色螢光燈產量超過30億隻，若80%的白熾燈被替代，每年還需增加約30億隻稀土三基色螢光燈，合計年均需要螢光粉約1萬噸，到2015年合計需要稀 土三基色螢光粉約6萬噸。可見，隨著世界各國對環保節能問題日益重視和綠色照明理念的深入人心，我國節能燈產業將迎來新的發展機遇，稀土發光材料亦將迎來 新的發展時機。

稀土發光材料生產企業：目前我國各類稀土發光材料生產能力已達到10000噸左右，主要的稀土發光材料生產企業有廣東江門科 恒實業有限公司、大連路明發光科技股份有限公司、陝西彩虹螢光材料有限公司、杭州大明螢光材料有限公司、常熟市江南螢光材料有限公司、浙江衢州國光照明有 限公司、江蘇天彩科技材料有限公司、無錫新威螢光材料有限公司、廈門通士達新材料有限公司、上海躍龍新材料股份有限公司、四川新力光源有限公司、廣州有色 院、有研稀土新材料股份有限公司、內蒙古天彩稀土發光材料有限責任公司等。其中，江門科恒實業有限公司是目前國內規模最大的稀土三基色螢光粉生產企業，年 生產能力達到1440噸。大連路明是我國最大的稀土長餘輝發光材料生產企業，年生產能力約為1000噸。此外還有歐司朗（中國）照明有限公司三基色螢光粉 生產能力將達到2000噸，廈門鎢業公司年產1050噸稀土三基色螢光粉將於近期試車。江西稀有稀土金屬鎢業集團有限公司年產1500噸稀土三基色螢光 粉。

稀土儲氫材料：應用量或將迅猛上升

鎳氫電池在電動工具和電動汽車領域正顯示出巨大的發展前景。最近幾年的汽車市場上，混 合動力汽車的發展前景受到各方面的一致看好，各大合資和本土汽車廠商也紛紛推出混合動力汽車車型和開發計畫，國家發改委于2008年初適時地為在服務於奧 運的奇瑞A5、一汽奔騰等混合動力汽車頒發了“准生證”，同時加緊制定混合動力汽車的鼓勵政策和相關標準，鼓勵混合動力汽車的發展。隨著技術的進步和廠商 針對性的推廣，中國混合動力汽車市場的大門將逐漸打開。

專家預計2010年左右中國混合動力汽車市場將迎來井噴式增長，年均增長率將達到 12%。2010年全年，預計電動汽車生產量將超過800萬輛，其中混合電動汽車占95%。2009年，我國稀土儲氫材料產量達到19000噸，比 2000年的1200噸增加了16倍，應用稀土量達7900噸，占到全部稀土應用量的11%。未來應用量或將迅猛上升。

稀土儲氫材料生產企 業：目前我國儲氫材料合計產能在2萬噸以上，主要有珠海金峰航電源科技有限公司、廈門鎢業股份有限公司、內蒙古稀奧科貯氫合金有限公司、遼寧瀋陽鑫普新材 料有限公司、包頭三德電池材料公司、甘肅稀土集團有限責任公司、贛州華京稀土新材料有限公司、中山市天驕稀土材料公司等。

另外，江西江鎢浩運科技有限公司年產5000噸稀土儲氫材料的生產線，廈門鎢業股份有限公司新增2000噸稀土儲氫材料的生產線目前正在建設中。

三、稀土拋光材料：產業發展正積極推進

稀 土拋光粉廣泛應用於顯示器、玻璃、光學器件、電子元件的拋光，特別是近年來隨著液晶顯示器的產業興起，高性能液晶拋光粉得到了快速發展，2008年，世界 稀土拋光粉用量約為20000噸，其中液晶液晶顯示器用拋光粉用量達到了8000噸，；2008年我國共生產稀土拋光粉約7900噸，其中液晶拋光粉產量 約3260噸。

據有關專家估計，隨著世界稀土拋光粉需求的進一步增長，包頭、四川、江西等稀土資源正在積極推進稀土拋光粉產業的發展，預計2010全年，我國稀土拋光粉的年生產能力將達到2萬噸。

稀 土拋光材料生產企業：目前我國稀土拋光粉合計產能超過15000萬噸，主要生產企業有包頭天驕清美稀土拋光粉有限公司、甘肅稀土新材料股份有限公司、包頭 羅地亞稀土有限公司、宜興興威利成稀土有限公司、上海華明高納稀土新材料有限公司、上海福納稀土新材料有限公司、成都君臣科技有限責任公司等。

稀土催化材料：總消費需求將驚人矚目

稀 土催化材料具有良好的助催化性能，已形成石油化工催化劑、汽車尾氣淨化催化劑、柴油清潔添加劑、天然氣催化燃燒材料、有機廢氣淨化催化劑、固體氧化物燃料 電池（SOFC）催化材料以及合成橡膠稀土催化劑等多種產品，成為石化、環境、能源、化工等催化應用領域不可或缺的重要組分。

石油化工裂化 催化是稀土目前稀土催化劑最主要的應用領域。2009年，我國原油加工量37460萬噸，使用的FFC稀土分子篩催化劑消費稀土約7500噸。據專家預 測，2015～2020年，我國原油加工量將保持在5億噸以上的規模，用於FCC催化劑的稀土用量將超過10000噸。

稀土除用於製造石油 裂化催化劑外，在汽車尾氣淨化催化領域也已得到了廣泛應用。採用稀土作為助催化劑，可以有效提高催化劑的性能並減少貴金屬的消耗量。自美國於20世紀70 年代中期推行汽車淨化催化劑的應用以來，目前已有40多個國家實施了排放控制法。2000年歐洲制定歐Ⅱ標準，對一氧化碳、氮氧化物等排放規定的具體標 准，到2005年實施歐Ⅳ標準時，上述排放物允許數量又下調了40%～50%。隨著環保法規對汽車尾氣排放日益嚴格的控制，稀土汽車尾氣催化劑市場將進一 步擴大。2009年，我國各類車用尾氣淨化催化器產量為1300萬套，消耗稀土約3300噸。其中，汽車尾氣淨化器960萬噸。據專家預測，2015年我 國汽車產量將達到2000萬輛，2020年將超過2500萬輛，我國汽車尾氣淨化器市場需求量至少在2000萬套以上，對稀土催化材料的消費需求將超過 5500噸。

此外，隨著燃料電池、天然氣催化燃燒、水污染治理、空氣淨化等領域對稀土催化材料需求的大幅度增加，2015～2020年，我國稀土催化材料總消費需求將超過17000噸。


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稀土在冶金工業方面：稀土金屬或氟化物、矽化物加入鋼中，能起到精煉、脫硫、中和低熔點有害雜質的作用，並可以改善鋼的加工性能；稀土矽鐵合金、稀 土矽鎂合金作為球化劑生產稀土球墨鑄鐵，由於這種球墨鑄鐵特別適用於生產有特殊要求的複雜球鐵件，被廣泛用於汽車、拖拉機、柴油機等機械製造業；稀土金屬 添加至鎂、鋁、銅、鋅、鎳等有色合金中，可以改善合金的物理化學性能，並提高合金室溫及高溫機械性能。

在石油化工方面：用稀土製成 的分子篩催化劑，具有活性高、選擇性好、抗重金屬中毒能力強的優點，因而取代了矽酸鋁催化劑用於石油催化裂化過程；在合成氨生產過程中，用少量的硝酸稀土 為助催化劑，其處理氣量比鎳鋁催化劑大1.5倍；在合成順丁橡膠和異戊橡膠過程中，採用環烷酸稀土－三異丁基鋁型催化劑，所獲得的產品性能優良，具有設備 掛膠少，運轉穩定，後處理工序短等優點；複合稀土氧化物還可以用作內燃機尾氣淨化催化劑，環烷酸鈰還可用作油漆催乾劑等。

在玻璃陶 瓷方面：稀土氧化物或經過加工處理的稀土精礦，可作為拋光粉廣泛用於光學玻璃、眼鏡片、顯像管、示波管、平板玻璃、塑膠及金屬餐具的拋光；在熔制玻璃過程 中，可利用二氧化鈰對鐵有很強的氧化作用，降低玻璃中的鐵含量，以達到脫除玻璃中綠色的目的；添加稀土氧化物可以制得不同用途的光學玻璃和特種玻璃，其中 包括能通過紅外線、吸收紫外線的玻璃、耐酸及耐熱的玻璃、防X－射線的玻璃等；在陶釉和瓷釉中添加稀土，可以減輕釉的碎裂性，並能使製品呈現不同的顏色和 光澤，被廣泛用於陶瓷工業。在新材料方面：稀土鈷及釹、鐵、硼永磁材料，具有高剩磁、高矯頑力和高磁能積，被廣泛用於電子及航太工業；純稀土氧化物和三氧 化二鐵化合而成的石榴石型鐵氧體單晶及多晶，可用于微波與電子工業；用高純氧化釹製作的釔鋁石榴石和釹玻璃，可作為固體鐳射材料；稀土六硼化物可用於製作 電子發射的陰極材料；鑭鎳金屬是70年代新發展起來的貯氫材料；鉻酸鑭是高溫熱電材料；近年來，世界各國採用鋇釔銅氧元素改進的鋇基氧化物製作的超導材 料，可在液氮溫區獲得超導體，使超導材料的研製取得了突破性進展。此外，稀土還廣泛用於照明光源，投影電視螢光粉、增感屏螢光粉、三基色螢光粉、複印燈 粉；在農業方面，向田間作物施用微量的硝酸稀土，可使其產量增加5%～10%；在輕紡工業中，稀土氯化物還廣泛用於鞣制毛皮、皮毛染色、毛線染色及地毯染 色等方面。


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熔鹽電解精煉法提純金屬是將金屬在一定的熔鹽體系中經電解除去雜質提純金屬的方法。電解精煉法提純稀土金屬週期短，對除去某些雜質有明顯效果。

電 解精煉過程中，以雜質較高的稀土金屬為陽極，研究得最為透徹得是金屬Gd[16]，最初含有810μg/gO和920μg/gTa。進入LiF-GdF3 電解槽並用He氣保護，H、O、N和Al、Fe、Ta等金屬雜質經過電解精煉後含量明顯下降，但C含量仍維持不變，F含量略有增加，經電子束熔煉脫除。電 解精煉除Ta尤為合適。圖1為電解精煉金屬釔的裝置示意圖。用粗金屬釔作陽極，用鎳襯或鎢坩堝做電解槽。電解質組成cm2，槽壓為0.4～0.6V，電解 後針狀或片狀的金屬釔沉積在陰極上，然後將這種金屬在880℃下進行真空蒸餾，除去金屬上附著的鹽類後熔鑄成釔錠。

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稀土元素是從比較稀少的礦物中發現的，“土”原指不溶于水的物質，故稱稀土。英文Rare Earth Element(簡寫RE或R）。

稀土家族是來自鑭系的15個元素，加上與鑭系相關密切的鈧和釔共17種元素。它們是：鑭、鈰、鐠、釹、鉕、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、鑥、鈧、釔。你若想用中文呼喚這個家族的某個成員，不用管那貼在一旁的“金”，直接喊邊上的“名”，包你八九不離十。

稀 土是一個神奇的家族。天然的稀土元素常常是結伴同行，人們必須想方設法才能把它們分離。人類在認知稀土的早期，常常在得到某種稀土元素時，卻 不知道還有別的“頑皮”的元素隱藏其中，或者無法將不願分手的夥伴分開。比如“鑭”就是在“鈰”中發現的，它的名字“La”就是希臘語“隱藏”一詞的縮 寫。 “鐠釹”在希臘語中意為“雙生子”，“鐠釹”是在“鑭”中間發現的，而40年以後，它們才得以被分離成兩個元素，所以一個就叫“鐠”，另一個則取名 “釹”。還有，“釤”是在“鐠釹”中發現的，“釓”又是在“釤”中發現的……。

由於特殊的原子結構，稀土家族的成員非常的活潑，且個個身手不凡，魔力無邊。它們與其他元素結合，便可組成品類繁多、功能千變萬化、用途各異的新型材料，且性能翻番提高，被稱作當代的“工業味精”。

如：在超音速飛機中應用含稀土的АЦР1和ЖП207合金，可在400℃以下長期工作，它是現今高溫性能最好的合金之一，它的持久強度比一般鋁合金可提高1～2倍；

鋼中加入稀土後，製成的薄料橫向衝擊韌性提高50%以上，耐腐蝕性能提高60%，而每噸鋼只要加稀土300克左右，作用十分顯著，真可謂四兩撥千斤；

稀土添加在酸性紡織染料中，可以提高上染率、調整染料和纖維的親和力、提高染色牢度、改善纖維的色澤、外觀品質及手感柔軟度、並可節約染料及減少環境污染和減輕勞動強度等；

稀土元素可以提高植物的葉綠素含量、增強光合作用、促進根系的發育和對養分的吸收。還能促進種子萌發、促進幼苗生長，還具有使作物增強抗病、抗寒、抗旱的能力；

用稀土鉕作熱源，可為真空探測和人造衛星提供輔助能量。鉕電池可作為導彈制導儀器及鐘錶的電源，此種電池體積小，能連續使用數年之久。

在今天的世界上，無論是航太、航空、軍事等高科技領域，還是人們的日常生活用品，無論工業、農牧業、還是化學、生物學、醫藥，稀土的應用及其作用幾乎是無所不在，無所不能。


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（一）稀土加入到有色金屬中的主要作用

稀土具有很高的化學活性和較大的原子半徑，加入到有色金屬及其合金中，可細化晶粒、防止偏析、除氣、除雜和淨化以及改善金相組織等作用，從而達到改善機械性能、物理性能和加工性能等綜合目的。

 由於稀土金屬的淨化、調質作用，對這些有色金屬都能起到細化晶粒，提高再結晶溫度，從而對鑄造合金能顯著地改善工藝性能，對變型合金能顯著地提高加工性 能；對鎳、鈷基的耐熱合金能提高抗氧化和抗高溫腐蝕的能力，對超硬合金可以改善韌性和耐磨性。這些性能的改善，都顯著地提高了生產企業及使用單位的經濟效 益，並能為國家減少這些寶貴資源的消耗。

（二）稀土在有色金屬中的應用

1、稀土在鋁電線、電纜中的應用

目前我 國的稀土鋁導線主要有高強度稀土鋁合金電纜，成份為Al－Mg－Si－RE，用於高壓輸電線路，它的抗拉強度達到26kg/mm2，弧垂性能和彎曲性能 好，使用壽命長。高導電鋁電線，成份為Al－RE，稀土的加入量為0.15～0.3%。在較高溫度下（＜150℃）使用的高導電稀土鋁導線其成份為 Al－Zr－RE，其載流量為純鋁線的1.6～2.0倍，用作大電流導線。每年生產的稀土鋁電纜、電線不僅滿足國內市場的需求，還大量出口，經濟效益顯 著。稀土鋁高導電電線和稀土鋁合金電纜線產量預計1999年將達到50萬噸左右，稀土消費量在1000噸左右。

2、6063稀土鋁合金及應用

這 是一種最常用的變形合金，多用於工業和民用建築，其成份（%）為Mg0.67～0.70，Si0.45～0.48，Fe0.20～0.21，餘為鋁。在該 合金熔煉過程中加入0.20～0.25%的稀土金屬，抗拉強度提高24%，擠壓速度提高0.5倍，成材率提高3%，並改善了表面品質。增加了耐蝕性和著色 性。另外還有添加稀土的Al－Si－M(M=Cu,Mg,Mn)合金用於製造汽缸缸體和活塞。

3、稀土鋅鋁熱鍍合金

為防止鋼材腐蝕，通常用Zn－Al熱鍍合金（Galfan）比鍍鋅具有更好的加工成形性和耐腐蝕性，但鋅耗較高，耐蝕性也有待改善。近年Zn－Al－Mg－RE熱鍍合金開發成功並投入生產。這種稀土熱鍍合金的流動性、耐蝕性、鍍層的形成性能都優於鋅和Zn－Al合金。

4、稀土銅耐磨合金

一般軸瓦材料用錫青銅（即巴氏合金），但價格較貴。稀土耐磨鉛青銅合金（RPH）的使用壽命是巴氏合金的1.5倍，而噸成本比後者又降低了5000～6000元。目前已在紡織機械中使用。

5、稀土硬質合金

硬質合金用於金屬切削、鑽頭、模具等方面，其硬度大、強度高，但抗彎性差、易打損。稀土添加劑同粘結劑與硬質相WC、TiC一起球磨鈦，製備硬質合金原料粉，再經壓型燒結工藝過程生產的硬質合金，抗彎強度提高約15%，硬度提高0.5RHA，使用壽命提高一倍以上。

6、稀土鎂合金

稀 土鎂合金比強度高，對減輕飛機重量，提高戰術性能具有廣泛的應用前景。中國航空工業總公司研製的稀土鎂合金包括鑄造鎂合金及變形鎂合金約有10個牌號，很 多牌號已用於生產，品質穩定。稀土元素在鎂合金中溶解度大，因而有明顯的熱處理強化作用。在鑄造和變型鎂合金中加入金屬釹、釔顯著地提高強度和工藝性能。 目前已工業生產的鑄造鎂合金有ZM2、ZM4、ZM6；變型稀土鎂合金有BM6、BM25。另外稀土鎂合金在醫學工程上的應用也在研究中，目前該材料正在 做醫學生物實驗，有望用稀土鎂合金作為人工骨接材料代替現用金屬夾具，減少病人第二次取出夾具的手術，這又將開闢稀土鎂合金一個新的廣闊的應用天地。

（三）稀土在有色金屬中的應用發展現狀

稀 土在有色金屬及合金中應用開發潛力大，但開發的深度和廣度不夠。目前稀土在有色金屬及其合金中應用研究表明，對加入稀土元素有明顯效果的有鋁、銅、鎂、 鈦、鉬、鎳、鈷、鉭、鈮及鉑族金屬等，稀土金屬在這些有色金屬及合金中的添加量通常不少於0.5%，但產生的效果極為顯著。

目前除稀土在鋁導線和少部分鋁合金上的應用開發達到工業化規模外，在其他有色金屬及合金中的應用，還未達到工業規模。我國生產的稀土鋁電纜年產約30萬噸，稀土在有色金屬中的用量呈逐年遞增的趨勢，1991～1997年我國稀土在有色金屬中的用量見表4。

表41991～1997年我國稀土在有色金屬中的用量（REO，噸）

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鑄鐵是高碳矽鐵合金的通稱，其碳含量在1.8～4.5之間，鑄鐵以碳在合金中的分佈狀態可分為灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、珠光體鑄鐵、可鍛鑄鐵和白口鐵。 我國從60年代中期開始研究稀土與鐵的作用機理和處理工藝，先後解決了稀土球化劑、孕育劑的冶煉製備、稀土加入方法等問題。目前稀土處理的鑄鐵主要分三大 類：球鐵件、蠕鐵件和高強灰鑄鐵件以及稀土處理的合金鑄鐵件。

（一）稀土加入鑄鐵中的主要作用

變質作用：突出表現為使片狀石墨變成球狀石墨。石墨球化可以減少應力集中，並細化鑄態組織，改善非金屬夾雜物的形狀和分佈，有利於材質性能的提高，因而稀土球鐵具有高於灰鑄鐵的機械性能，其抗震性、耐磨性和切削加工性能比鋼還好。

淨化作用：鐵水中經常含有氧、硫等有害雜質，這些雜質會使鑄件產生氣孔、裂縫，並形成夾渣，使材質的強度、韌性和塑性降低。而稀土元素與硫、氧的結合能力強，生成難熔化合物，在鐵水中能起脫硫除氧作用。同時稀土還能消除鐵水中有害元素如Pb、Zn、Bi等的不良影響。

改善鑄造性能：稀土加入鐵水中能顯著的提高鐵水的流動性，並減少偏析和熱裂等鑄造缺陷。

（二）稀土鑄鐵發展現狀

目前，我國年生產稀土鑄鐵約150萬噸，其中球鐵管30萬噸。稀土在鑄鐵中的消費量占我國稀土消費總量的25%。1991～1997年稀土在鑄鐵中的用量見表3。

表31991～1997年稀土在鑄鐵中用量（REO，噸）

稀 土鑄鐵主要應用於冶金行業的軋輥、鋼錠模；汽車及拖拉機行業的曲軸、氣缸體、變速箱、履帶；機械行業的各種齒輪、凸輪軸、各種機座；建築行業的各種口徑的 輸水、氣的管線和暖氣片。我國稀土鑄鐵的產量自1993年以來均以9%的年增長速度遞增，1998年產量在110萬噸左右，其稀土用量為3800噸，占國 內稀土總用量的1/4左右，已成為國內稀土應用最大的領域。


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稀土在鋼中的應用有近30年的歷史，經過對稀土金屬在鋼中作用規律和機理的研究，搞清楚了稀土 在鋼中的作用；通過添加工藝方法的實驗研究，掌握了稀土加入的工藝條件、添加稀土金屬的品種和加入量。至八十年代末期，稀土在鋼中的應用已沒有技術方面的 障礙。我國稀土鋼產量從1985年的11萬噸增長到1997年的近60萬噸，品種80多個。僅武鋼一家，“八五”期間就生產了160萬噸稀土鋼，創造經濟 效益3.2億元，社會效益18.3億元，節約外匯5000萬美元。

稀土加入鋼中，可起到去氧、脫硫、改變夾雜物形態等淨化和變質作用，在某些鋼中還能有微合金化的作用，稀土能夠提高鋼的抗氧化能力，高溫強度和塑性、疲勞壽命、耐腐蝕性及抗裂性等。

（一）稀土加入鋼中的主要作用

淨化作用：鋼中加入稀土，可以置換鋼中可能生成的硫化錳、氧化鋁和矽鋁酸鹽夾雜物中的氧與硫，形成稀土化合物。這些化合物中有部分從鋼液中上浮進入渣中，從而使鋼液中的夾雜物減少，鋼液得到淨化，這就是稀土對鋼的淨化作用。

細化組織：由於稀土在鋼中同夾雜物反應生成的稀土化合物熔點較高，在鋼液凝固前析出，這些細小的質點，可作為非均質形核中心，降低結晶過程的過冷度，因此，不但可以減少偏析還可細化鋼的凝固組織。

對夾雜物的形態控制：鋼中加入稀土後，硫化錳將被在高溫塑性變形能力較小的稀土氧化物或硫化物取代，這些化合物在軋製過程中不隨鋼一起變形，仍保持為球狀，它們對鋼的機械性能影響較小，所以鋼中加入稀土可以提高鋼的韌性，改善鋼的抗疲勞性能。

在 耐大氣腐蝕鋼中加入稀土，使鋼的內鏽層緻密，而且與基體的結合力變強，不易脫離，可以阻止大 氣中O2和H2O的擴散，從而降低了腐蝕速度，加稀土的鋼的耐腐蝕性比不加稀土的鋼提高0.3～2.4倍。在MnNb系低合金高強度鋼中加入稀土可以顯著 改善鋼的冷彎性能、衝擊性能、低溫衝擊性和耐磨性，大大改善了鋼的加工性能並提高其使用壽命。在鐵路鋼軌中加入稀土，可顯著提高鋼軌的耐磨性、抗剝離性， 經多年使用證明鋼軌壽命提高1.5倍。

（二）我國主要稀土鋼種

我國稀土處理鋼有80多個牌號，年生產總量60萬噸。但大量 應用稀土的鋼種只有十幾種，主要鋼 種包括銅磷系耐大氣腐蝕鋼、錳鈮系列低合金高強度鋼、X系管線鋼、鈮稀土重軌鋼，此外還有齒輪鋼、軸承鋼、彈簧鋼、模具鋼、工程機械用鋼、低碳微合金深沖 鋼、不銹鋼和耐熱鋼等。耐蝕低合金鋼，經過稀土處理耐蝕率提高近10倍。用它製成的耐候貨車使用壽命提高1倍，返廠進行大修的週期由6年延長至10年。 1988年武鋼生產了18萬噸09CuPTiRE鋼，可製造車皮2萬輛，直接獲利潤4383萬元，噸鋼利潤為243元，節省車皮的維修費用1.7億元，而 二次效益（用戶效益）為944元/噸鋼。

目前稀土鋼新品種的開發，取得了重大成績。包鋼、北京鋼鐵研究總院、鐵道部科研院聯合研製的稀 土鈮重軌，耐磨壽命比U74、U71Mn重軌提高50%以上，1997年通過了冶金部和鐵道部的聯合鑒定，成為我國重軌的主要升級換代產品。另外，經二年 的鋪軌試驗，攀鋼和武鋼生產的加稀土的管線鋼，性能優異受到了石油部門的青睞。目前我國主要稀土鋼種用途及生產廠家見表1。

表1  我國主要稀土鋼種

（三）鋼中加入稀土的主要方法

鋼中稀土加入方法以喂絲法為主，其次是稀土金屬棒吊掛法，包內加入稀土矽鐵合金法及包內喂入稀土矽鐵合金包芯線法。各廠因鋼種、澆鑄工藝和設備不同選擇合適的方法。

在 稀土喂絲機的研製方面，包鋼稀土研究院和武鋼二煉鋼廠等單位取得了長足的進步。稀土絲、棒和 稀土矽化物合金、稀土矽鐵包芯線產品較好地滿足了各鋼廠生產稀土鋼的需要。鋼中加稀土的設備不但投資少，而且還能獲得明顯的經濟效益和社會效益。以喂絲法 為例，一台喂絲機僅5萬元，稀土加入量噸鋼費用不超過40元，而效果卻是事半功倍，能使鋼材的橫向衝擊韌性提高一倍，改善熱加工性能，從而提高成材率。

（四）稀土鋼的發展趨勢

最 近國家冶金工業局制定了稀土在鋼冶煉中的應用近期目標和遠景規劃，預計到2000年稀土處理 鋼產量將達到300萬噸，保守估計1999年全國各類稀土鋼產量將達到90～150萬噸，稀土應用量將達到500～850噸，將超過1998年的 1.3～2.3倍。1991～1997年稀土在鋼中消費量見表2。

表2  1991～1997年我國稀土在鋼中消費量（REO，噸）

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包頭市是國家鋼鐵工業基地之一，是世界著名的稀土之鄉，其稀土生產的主要原料來自白雲鄂博鐵礦。隨著世界稀土市場的不斷擴大，包頭市的稀土產業蓬勃 發展， 有著從稀土採礦、選礦到稀土冶煉、分離提純、應用等工藝技術路線和較完整的稀土工業體系，並在不斷完善，為繁榮包頭經濟和世界稀土事業做出了貢獻。但在發 展中也存在環境污染問題，尤其是近幾年來隨著生產規模的擴大，多數企業產品為稀土中、上游產品，且污染防治設施不完善和污染治理技術落後，在生產過程中產 生了大量的“三廢”，污染了周圍環境和飲用水安全，制約了稀土產業的持續、健康發展。

一、稀土冶金工業生產的“三廢”來源

稀 土冶金工業生產的“三廢”指除了生產出各種形式的稀土產品以外，伴隨產生一定數量的“廢棄物”，即廢氣、廢水、廢渣。這些廢棄物中，往往含有對生物有害 的物質。如果不處理而任意排放，就會造成對周圍環境的污染。因此，限制或縮小“三廢”中有害物質的擴散。回收其中的有用成分，就可以化有害為無害，變廢為 寶。

（一）稀土冶金生產中的廢氣

稀土生產中的廢氣：一是含塵氣體，通過以下生產過程產生：採礦、破碎、選礦過程，稀土精礦 球團化過程，稀土精礦的堿焙燒過程，稀土火法冶金過程，稀土中間 產品或成品的乾燥、粉碎、研磨及包裝過程。二是放射性氣體，主要來自於空氣中含鈾、釷的粉塵以及氡及其離子體的氣溶膠。三是含毒氣體，稀土生產中還會產生 含有液體顆粒（霧）和雜質氣體的有毒氣體。產生這一類廢氣的主要工藝有：稀土精礦的酸法焙燒、稀土礦物氯化分解、氯化稀土熔鹽電解、濕法冶煉中的各種化學 操作過程等。其主要毒物有氟化氫、四氟化矽、二氧化硫、氯氣、各種酸，堿溶液霧、有機萃取劑及溶劑的蒸汽等。

（二）稀土冶金生產中的廢水

稀 土生產過程中的廢水主要來源於：選礦廢水、設備和地面沖洗水、廢氣淨化洗滌水、濕法冶煉中的各種廢液、冷卻水、化驗室下水及生活污水等。其有害成分主要 是：懸浮物、酸、堿、氟化物、天然放射性元素（鈾、釷和鐳）、各種無機鹽和部分有機溶劑等。例如濃硫酸焙燒分解混合型稀土精礦冶煉系統中產生的酸性含氟廢 水、堿分解獨居石冶煉系統中產生的鹼性低放射廢水等。

（三）稀土冶金生產中的廢渣

稀土生產過程中的廢渣，主要是選礦後的尾礦、火法冶煉中的熔煉渣、酸堿分解後的不溶渣、濕法冶煉中的各種沉澱渣、除塵系統的積塵及廢水處理後的沉渣。稀土冶煉廠每處理1t稀土精礦所產生各種殘渣約0.5t，有的甚至高達2t－4t。有些渣帶有一定量的放射性。

二、稀土冶金工業生產的“三廢”治理

稀土生產中排出的“三廢”，雖品種多，但並不複雜，一般選用適宜的治理方法，都可達到國家衛生標準。

（一）稀土冶金生產中的廢氣治理

淨化廢氣一般採用冷凝法、吸收法、吸附法、燃燒法和催化法等。目前我國多用吸收法和吸附法兩種，其工藝簡單、過程設備少、效果較好。

（二）稀土冶金生產中的廢水治理

廢水的處理一般可採用混凝法、中和法、中和沉澱法、吸附法、離子交換法和萃取法。目前常用中和法、中和沉澱法及吸附法。這些方法較為簡便、效果好、成本低。

（三）稀土冶金生產中的廢渣的治理

廢渣可分為非放射性廢渣和放射性廢渣。前者可建立渣場（或渣壩）堆放，後者必須建立渣庫存放，要注意二次擴散，防止污染環境。

三、當今治理稀土冶金工業“三廢”需要解決的問題

目前，我國稀土生產中產生的“三廢”已得到了較有效的淨化處理，但總體來看還存在問題，需要從以下幾個方面加以解決。

（一）採用新工藝減少“三廢”的排放量

在 工藝研究和選用工藝技術時，必須考慮稀土“三廢”的排放量，將“三廢”消滅在生產過程中，儘量不排放或少排放，此外要盡力把“三廢”集中在某一工序以 內，以減少“三廢”的排放範圍。這樣，可使安全防護更簡化，也使“三廢”治理費用及投資大為降低，從而提高“三廢”的治理水準。內蒙古工業大學化工學院與 包頭市英傑化工有限責任公司通過多年合作研究，開發利用稀土焙燒尾氣酸制氟化氫銨及粗白炭黑的生產工藝。該工藝能夠有效的利用稀土企業排放的尾氣酸。可見 該工藝不僅能實現減少“三廢”的排放量，並且能實現節能減排。

（二）做好“三廢”的綜合利用．變廢為寶

稀土生產中產生的“三廢”，含有不少有價元素可回收利用。如處理獨居石時，產生了比放射性較高的優溶渣，其中含稀土、釷和鈾等有價物質。目前已有從其中回收生產氯化稀土、硝酸釷和重鈾酸銨等產品的工藝。如含氯廢氣可用燒鹼試劑回收氯，制取次氯酸鈉產品。

（三）提高工業用水的回用率

目 前我國稀土生產中排出的各種廢水近百萬噸，雖能將有害的釷、鈾、氟、HC1和H2SO4等 除去，但還不能直接回用。只有進一步淨化處理後，才可達到工業用水的回用標準。目前稀土工業生產中的迴圈水回用量約占總用水量的20%，遠低於一般國家的 工業生產中廢水回用率80％的要求。其原因是排出的廢水多樣、成分複雜、工藝不成熟等。針對該問題我課題組探討並研究出了全迴圈清潔化生產工藝。該工藝主 要是改進包頭稀土精礦三代酸法高溫焙燒工藝。改變現有焙燒礦處理工藝。焙燒礦以轉型技術為核心，對非稀土化學物質（硫酸銨和硫酸氫銨）等進行全回收，同時 對水進行純化全回收。本項目可以使包頭稀土產業改變有史以來的開放式生產為迴圈式生產。可見該工藝不僅能提高工業用水的回用率，而且能回收工業生產過程中 的非稀土化學物質。

（四）要堅持“三同時”的治理方針

國家要求對“三廢”治理必須執行建設專案中“同時設計、同時施工、同時投產”的“三同時”方針，保證工廠建成投產後“三廢”排放指標達到國家衛生標準。在今後的工業生產發展中，對“三廢”治理將會更加嚴格化和規範化。


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稀土矽鐵合金已廣泛地應用於冶金和鑄造生產。稀土的加入明顯地改善了鋼和鑄鐵的力學性能、工藝性能和使用性能。但由於使 用的目的、條件、技術裝備水準不 同，對合金組分和劑型的要求也不同。名目繁多的合金品種和規格給稀土中間合金的生產帶來一定困難，但為適應市場需求，合金產品系列化，已成為必須考慮的問 題了。

熔融配製法生產多品種矽鐵合金

熔融配製法是製備多種稀土中間合金的簡便有效的方法，特別適用於多元素的複雜合合金。目前國內使用的稀土銅鎂合金、稀土鎢鎂合金、稀土鋅鎂合金、稀土錳鎂合金久是該法生產的。

熔融法配製稀土合金的設備有中頻感應爐、燃油爐、焦炭地坑爐等。以中頻感應爐較好，其升溫均勻可控制，有電磁攪拌作用，成品成分均勻，偏析少，從環境保護和安全防護角度考慮也優於其他爐子。只是一次性投資較大，在電力供應緊張地區使用受到限制。

熔 融法的最大優點是通過配料計算，可同時保證多種元素都達到預期含量。正確估計元素燒損率是配料計算的關鍵，各元素的物理、化學性能都不同，燒損率也不 同，一般說來化學活性高、蒸氣壓高的元素燒損率要大些。以配製低稀土矽鐵鎂合金為例，GB4138—84牌號為FeSiMg8RE7的合金含RE 6.0%～8.0%，Mg 7.0%～9.0%，Si≤44%，配料時採用RE7%，Mg10%，Si42%。

該 法的缺點是生產規模不大；需要價格較貴的合金為原料；燒損元素所形成的氧化物大部分還留存在合金中，影響到使用效果，因此在對產品進行化學分析時，應分 別列出元素的總量、金屬狀態和氧化物的分量，特別是對高溫易燒損失元素，如Mg、Ba、Sr、Ca、RE等更應如此，以方便用戶計量。

從目前熔融法配製稀土合金還有著不可替代的作用。它可以補充熱還原法和電解法的不足，製備小批量和多品種多元素複合合金。改進熔融和鑄錠工藝，減少有價元素的燒損，降低氧化物夾雜，提高稀土中間合金的內在品質是熔融法配製稀土中間合金工藝今後的研究方向。

產品系列化及標準

我 國研究生產稀土中間合金作為冶金和鑄造生產的添加劑已有30多年的歷史，隨著應用領域的拓寬，用戶要求的合金品種規格不斷增多，國內外專利文獻和期刊推 薦的合金品種更是舉不勝舉，如何將產品要求規範化、系列化逐步形成具有我國特色的商品系列，最大限度滿足用戶需要是合金生產者中目前亟待解決的問題。

目 前稀土中間合金的國家標準有兩個，即《稀土矽鐵合金》（GB4173—84）和《稀土鎂矽鐵合金》（GB4138—84）。前者按稀土、矽及雜質含量不 同，分為11個牌號；後者按稀土和含鎂量不同，分為10個牌號，構成稀土球化劑系列的主幹，這兩個國家標準是目前我國稀土中間合金產品系列的基礎。

根 據用戶的要求，用於球化劑、蠕化劑和孕育劑的稀土中間合金在國家標準的基礎上，適當調整了成分，形成了不同的產品，有的已列入專業標準，地方 標準或企業標準。例如，考慮到球化劑的密度影響鎂的吸收率，已生產出低矽球化劑等。特別是利用我國南方重稀土資源，已生產抗球化衰退能力強的釔基重稀土球 化劑，其中包括重稀土鎂合金、重稀土鎂銅合金、重稀土鋁合金等。

國際上沒有統一的稀土中間合金標準，常用的稀土合金的化學成分差異很大。含稀土、矽、鐵各1/3左右的稀土矽鐵合金是國外典型的鋼中稀土合金添加劑，而球化劑中一般只有0.2%～3%的稀土元素。

產品系列化是一個長期細緻的工作，只有經過實踐，取優汰劣，才能把合金成分逐步統一起來，形成不同的系列產品，以便有效地組織生產和推廣應用。目前各種企業標準，甚至供貨合同所提的需方要求正是產品標準化、系列化和商品化的基礎。


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