稀土巨磁电阻材料概述

20世纪80年代末，在磁性多层膜中发现了巨磁电阻效应（GMR），引起学术界和产业界的高度关注，因为它可以引起磁记录领域及微电子领域的新的革命。这时，在另一类与高温超导体Y-Ba-Cu-O具有类似结构的La-Ca-Mn-O钙钛矿型锰基氧化物中，发现了大得多的磁电阻效应，称为巨磁电阻效应（CMR）。这些都促进了一门新兴学科-自旋电子学的诞生。目前，自旋电子学已经在磁电阻随机存储器、磁电阻薄膜读出磁头、自旋极化金属二极管、三极管等各类电子器件上显示出其优越性。我国的许多研究所和高等院校都与世界同步地开展着这方面的工作。国家也将此课题列入"973"重点发展项目。


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稀土矿用老式的开采方法：在山包上挖洞、稀土于粘土一齐挖出、用草酸与粘土发生化学反应提炼出初级稀土。这样一来，山包上的土几乎被挖空，造成严重的水土流失和表面植被破坏。

草酸严重污染水质，附近的和山岩水库被严重破坏。

大规模非法开采稀土矿，经硝酸铵、硫酸等剧毒化学药水洗矿的废水不作任何处理，大量直接排入河里。从各个挖矿点看到，大量机械在几个山头全面开工，大片青山变为黄土高坡，大片树木已被砍伐，山下的洗矿池里硫酸硝酸铵等化学品(听说还有其它有害化学药品)的臭味在一公里之外也可闻到。大量有剧毒的废水直接穿过水稻田而排入小河流入西支江。废水所到之处，农作物全部死亡，小河中的鱼虾因死亡也发出一阵阵的恶臭。此外，每逢大雨来临，山上大量裸土被洪水冲下山，造成大量农田被淹没。


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稀土元素在地壳中主要以矿物形式存在，其赋存状态主要有三种：

1.作为矿物的基本组成元素，稀土以离子化合物形式赋存于矿物晶格中，构成矿物的必不可少的成分。这类矿物通常称为稀土矿物，如独居石、氟碳铈矿等。

2.作为矿物的杂质元素，以类质同象置换的形式，分散于造岩矿物和稀有金属矿物中，这类矿物可称为含有稀土元素的矿物，如磷灰石、萤石等。

3.呈离子状态被吸附于某些矿物的表面或颗粒间。这类矿物主要是各种粘土矿物、云母类矿物。这类状态的稀土元素很容易提取。

已经发现的稀土矿物约有250种，但具有工业价值的稀土矿物只有50～60种，目前具有开采价值的只有10种左右，现在用于工业提取稀土元素的矿物主要有四种-氟碳铈矿、独居石矿、磷钇矿和风化壳淋积型矿，前三种矿占西方稀土产量的95%以上。独居石和氟碳铈矿中，轻稀土含量较高。磷钇矿中，重稀土和钇含量较高，但矿源比独居石少。 

世界稀土资源拥有国除中国外，还有俄罗斯、吉尔吉斯斯坦、美国、澳大利亚、印度、扎伊尔等；主要稀土矿物是氟碳铈矿、离子吸附型矿、独居石、磷钇矿、黑稀金矿、磷灰石、铈铌钙钛矿等。主要进行开采、选矿生产的国家是中国、美国、俄罗斯、吉尔吉斯斯坦、印度、巴西、马来西亚等。 1998年全世界稀土精矿产量13万余吨(自然吨位)。值得注意的是澳大利亚、印度、南非等拥有稀土资源的国家，在未来五年内，将克服技术障碍，生产高附加值的单一稀土产品。届时世界市场的竞争将更加激烈。

独居石 Monazite

独居石又名磷铈镧矿。

化学成分及性质：(Ce,La,Y,Th)[PO4]。成分变化很大。矿物成分中稀土氧化物含量可达50～68％。类质同象混入物有Y、Th、Ca、[SiO4]和[SO4]。独居石溶于H3PO4、HClO4、H2SO4中。

晶体结构及形态：单斜晶系，斜方柱晶类。晶体成板状，晶面常有条纹，有时为柱、锥、粒状。

物理性质：呈黄褐色、棕色、红色，间或有绿色。半透明至透明。条痕白色或浅红黄色。具有强玻璃光泽。硬度5.0～5.5。性脆。比重4.9～5.5。电磁性中弱。在X射线下发绿光。在阴极射线下不发光。

生成状态：产在花岗岩及花岗伟晶岩中；稀有金属碳酸岩中；云英岩与石英岩中；云霞正长岩、长霓岩与碱性正长伟晶岩中；阿尔卑斯型脉中；混合岩中；及风化壳与砂矿中。 用途：主要用来提取稀土元素。

产地：具有经济开采价值的独居石主要资源是冲积型或海滨砂矿床。最重要的海滨砂矿床是在澳大利亚沿海、巴西以及印度等沿海。此外，斯里兰卡、马达加斯加、南非、马来西亚、中国、泰国、韩国、朝鲜等地都含有独居石的重砂矿床。

独居石的生产近几年呈下降趋势，主要原因是由于矿石中钍元素具有放射性，对环境有害。

氟碳铈矿(Bastnaesite)

化学成分性质：(Ce，La)[CO3]F。机械混入物有SiO2、Al2O3、P2O5。氟碳铈矿易溶于稀HCl、HNO3、H2SO4、H3PO4。

晶体结构及形态：六方晶系。复三方双锥晶类。晶体呈六方柱状或板状。细粒状集合体。

物理性质：黄色、红褐色、浅绿或褐色。玻璃光泽、油脂光泽，条痕呈白色、黄色，透明至半透明。硬度4～4.5，性脆，比重4.72～5.12，有时具放射性、具弱磁性。在薄片中透明，在透射光下无色或淡黄色，在阴极射线下不发光。

生成状态：产于稀有金属碳酸岩中；花岗岩及花岗伟晶岩中；与花岗正长岩有关的石英脉中；石英─铁锰碳酸盐岩脉中；砂矿中。

用途：它是提取铈族稀土元素的重要矿物原料。铈族元素可用于制作合金，提高金属的弹性、韧性和强度，是制作喷气式飞机、导弹、发动机及耐热机械的重要零件。亦可用作防辐射线的防护外壳等。此外，铈族元素还用于制作各种有色玻璃。 

目前，已知最大的氟碳铈矿位于中国内蒙古的白云鄂博矿，作为开采铁矿的副产品，它和独居石一道被开采出来，其稀土氧化物平均含量为5～6%。品位最高的工业氟碳铈矿矿床是美国加利福尼亚州的芒廷帕斯矿，这是世界上唯一以开采稀土为主的氟碳铈矿。

磷钇矿(Xenotime)

化学成分及性质：Y[PO4]。成分中Y2O361.4％，P2O538.6％。有钇族稀土元素混入，其中以镱、铒、镝、钆为主。尚有锆、铀、钍等元素代替钇，同时伴随有硅代替磷。一般来说，磷钇矿中铀的含量大于钍。磷钇矿化学性质稳定。

晶体结构及形态：四方晶系、复四方双锥晶类、呈粒状及块状。

物理性质：黄色、红褐色，有时呈黄绿色，亦呈棕色或淡褐色。条痕淡褐色。玻璃光泽，油脂光泽。硬度4～5，比重4.4～5.1，具有弱的多色性和放射性。

生成状态：主要产于花岗岩、花岗伟晶岩中。亦产于碱性花岗岩以及有关的矿床中。在砂矿中亦有产出。

用途：大量富集时，用作提炼稀土元素的矿物原料。

风化壳淋积型稀土矿(Ion absorpt deposit)

淋积型稀土矿即离子吸附型稀土矿是我国特有的新型稀土矿物。所谓"离子吸附"系稀土元素不以化合物的形式存在，而是呈离子状态吸附于粘土矿物中。这些稀土易为强电解质交换而转入溶液，不需要破碎、选矿等工艺过程，而是直接浸取即可获得混合稀土氧化物。故这类矿的特点是：重稀土元素含量高，经济含量大，品位低，覆盖面大，多在丘陵地带，适于手工和半机械化开采，开采和浸取工艺简单。

风化壳淋积型稀土矿，主要分布在我国江西、广东、湖南、广西、福建等地。


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在建高速公路压覆大量稀土矿，如不及时回收，这一国家重要战略资源就面临着被白白遗弃的危险——记者日前采访了解到，针对贵（港）梧（州）高速公路建设中遇到的这一情况，广西积极组织企业对高速公路施工开挖出的稀土矿开展抢救性回收工作取得良好成效。

据了解，贵梧高速平南段2010年上半年动工，施工单位在修建便道时，发现部分路段经过的地方存在丰富的稀土矿资源。后经具有勘查资质的地质队进行调查评估，估计平南县施工路段压覆的稀土资源储量总量约有1600多吨（稀土氧化物），加上藤县、苍梧县施工路段，压覆的稀土资源储量估计超3000吨（稀土氧化物），潜在价值超3亿元。

为避免稀土这一重要国家战略资源资源的丢弃和浪费，2011年初，广西壮族自治区领导要求做好对已发现稀土矿的保护，抓紧开展收集工作。2011年6月，经国土资源部同意，自治区政府明确由广西有色金属集团稀土开发有限公司对贵梧高速公路建设中剥离出来的稀土进行回收综合利用。

据介绍，为做到绿色生产，他们采用堆浸法回收稀土，即在三面环山的平缓山槽或凹形地堆积稀土矿泥，在不破坏周围植被、无水土流失和工业用水闭路循环的条件下，进行稀土提取。并在堆场底部铺设两层以上的防渗膜，防止渗漏；堆场及生产车间周边设排水沟，实施雨污分流，防止发生污染。

环保措施贯穿稀土回收利用的始终：对废气、水污染、噪声等防治都有具体的对策措施，同时配套采取绿化措施；在生产过程中邀请环保部门定期监测和评估；采取措施保护水土，对建设形成的裸露土地进行植被恢复，尽量减少对植被的破坏；对开挖、排弃、堆垫等场地进行整治，采取护坡、截排水措施，控制和防止回收利用工作引起的滑坡等地质灾害。

广西相关部门表示，广西创新管理思路对贵梧高速公路建设剥离出的稀土资源进行抢救性回收利用，既保护了国家的战略资源，有效避免资源浪费，又为国家创造可观的经济效益，为其他重点项目压覆稀土矿资源的抢救回收利用提供借鉴，走出了一条工程建设、资源利用与环境保护的共赢之路。


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