【知識】稀土元素的用途

從1794年發現元素釔，到1945年在鈾的裂變物質中獲得鉕，前後經過151年的時間，人們才將元素週期表中第三副族的鈧釔鑭鈰鐠釹鉕釤銪釓鋱鏑鈥鉺銩鐿鑥17個性質相近的元素全部找到，把它們列為一個家族，取名稀土元素，其中從鑭到鑥15個元素又稱為鑭系元素。其實，這些元素並不那麼稀少。例如，鈰在地殼中的含量與錫近乎相等，而釔釹鑭都比鉛更豐富。其餘的稀土元素，除鉕外都不少於銀，而比金豐富得多。我國是全世界稀土資源最豐富的國家，儲量占全世界儲量的4/5以上。此處僅簡單介紹稀土元素的若干應用，從中可看出稀土元素應用的廣泛性和重要性。

鋼的脫硫在鋼中添加混合稀土金屬的目的之一是控制硫夾雜物的含量和形狀。煉鋼時通常要添加錳，錳與硫結合形成硫化物夾雜物，這種夾雜物在軋鋼時會變形。而添加混合稀土金屬則能產生稀土的硫化物、硫氧化物，它們在軋鋼時形狀保持不變，這可使鋼的性能得到改善。

稀土球墨鑄鐵混合稀土金屬以稀土矽鐵合金或矽鎂鈦合金的形式加入鐵不中促進石墨的球化，從而提高鑄鐵的可鍛強度。產品稱球墨鑄鐵。

打火石混合稀土金屬還用於製造打火石，這是用75%的混合稀土金屬和25%的鐵製成的一種合金。

用於有色金屬合金中稀土金屬有色金屬合金中也獲得廣泛應用。例如有一種稀土鎂合金（含有Mg,Zn,Zr,La,Ce）可用於製造噴氣式發動機的傳動裝置，直升飛機的變速箱，飛機的著陸輪和座艙罩。在鎂合金中添加稀土金屬的優點是可提高其高溫抗蠕變性，改善鑄造性能和室溫可焊性。有一種鋁鋯釔合金用作電線，其特點是輸出功率高、耐熱、耐振動和耐腐蝕。

永磁材料有一種永磁材料——釹鐵永磁合金，其磁能積達300千焦/立方米，比釤鈷永磁合金（它在70年代取代昂貴的鉑鈷永磁體市場產生過重大影響）幾乎高出一倍。然而釹鐵永磁合金也有缺點，它在居裏溫度達3250℃左右，（釤鈷永磁合金的是760℃左右），並且鐵容易腐蝕。研究發現，把硼添加到釹鐵永磁合金中可提高其磁能積和抗退磁的能力。這些性能優良的永磁材料用於飛機及宇宙航行器的儀錶，精密儀器，微型電機等。

石油裂化催化劑等稀土分子篩裂化催化劑是用於石油裂化工藝中性能優良（催化活性大，產品收率高）的催化劑。這種催化劑多數用混合稀土氯化物與相應的鈉型分子篩發生陽離子交換反應製成。

稀土金屬元素的化合物作為催化劑還用於很多其他催化反應中。如將已除去鈰的混合稀土金屬元素的環烷酸鹽溶於汽油中可用作合成戊橡膠工藝中的催化劑，這是我國首創的，又如為淨化汽車廢氣而設計的汽車催化器中，能將一氧化碳和未燃燒盡的碳氫化合物減少到極低的水準，其中所用的催化劑LACOO3，有效地地催化CO、烴類的燃燒，其活性、壽命與鉑基催化劑無甚差別，而價格則便宜得多。

鑭玻璃一種具有優良光學性質的鑭玻璃，含氧化鑭La2O360%，氧化硼B2O340%，具有高的折射率，低的色散和良好的化學穩定性。這種光學玻璃是製造高級照相機的鏡頭和潛望鏡的鏡頭的不可缺少的光學材料。

玻璃脫色採用稀土使玻璃脫色的原理涉及到鐵的氧化態。玻璃中的二價鐵雜質使玻璃顯藍色，它氧化成三價鐵後則使玻璃顯極淺黃色，顏色淡得多。二氧化鈰是很好的玻璃脫色劑，因為鈰（Ⅳ）具有強氧化性，能將二價鐵氧化成三價鐵，而它本身則還原成穩定的鈰（Ⅲ），CeO2Ce2O3都無色。

螢光粉在彩電的顯像管中採用的性能優良的紅基色螢光粉，以釔的化合物Y2O2S或Y2O3作基質，以銪Eu3+作啟動劑。這種產生出紅色基色的螢光粉的使用效果，遠遠比過去（1964年以前）使用的非稀土硫化物紅色螢光粉為好。

各種稀土螢光粉的用途頗廣，如用於黑白電視顯像管、X射線增感屏、雷達顯像管、螢光燈、高壓水銀燈等。

雷射器稀土在雷射器中也應用較多。目前使用最廣的鐳射工作物質是摻釹釔鋁石榴石Y3Al5O12:Nd3+和摻釹玻璃。前蘇聯曾研製出一種新型雷射器——摻Cr3+,Nd3+的釓鈧鎵石榴石，其效率比釹雷射器高3.5倍。

儲氫在合適的溫度和壓力下，五鎳鑭LaNi5合金能吸收氫分子：LaNi5+3H2=LaNi5H6冷卻該合金時氫就被吸收，加熱時就解吸，這提供了一種安全的儲氫方法。

在室溫及2.5大氣壓下，1公斤的LaNi5合金能吸收14克氫，而稍加熱即可把儲藏的氫完全放出。LaNi5和LaNi5H6的密度分別約為6.4和6.43克/釐米。由此可算得每立方米LaNi5約可吸收儲存氫90克之多，而1米3液氫卻不過重71克，可見LaNi5的儲氫效率之高（而且還有比液氫安全的優點）。已發現的類似的儲氫材料還有CeNi5,LaMg17,La2Ni5Mg13等。


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