钇(Y)
1788年，一位以研究化学和矿物学、收集矿石的业余爱好者瑞典军官卡尔·阿雷尼乌斯（Karl Arrhenius）在斯德哥尔摩湾外的伊特必村（Ytterby），发现了外观象沥青和煤一样的黑色矿物，按当地的地名命名为伊特必矿（YtterbITe）。1794年芬兰化学家约翰·加多林分析了这种伊特必矿样品。发现其中除铍、硅、铁的氧化物外，还含有约38%的未知元素的氧化物棗“新土”。1797年，瑞典化学家埃克贝格（Anders GusTaf Ekeberg）确认了这种“新土”，命名为钇土（Yttria,钇的氧化物之意）。

钇是一种用途广泛的金属，主要用途有:（1）钢铁及有色合金的添加剂。FeCR合金通常含0.5-4%钇，钇能够增强这些不锈钢的抗氧化性和延展性；MB26合金中添加适量的富钇混合稀土后，合金的综合性能得到明显的改善，可以替代部分中强铝合金用于飞机的受力构件上；在Al-Zr合金中加入少量富钇稀土，可提高合金导电率；该合金已为国内大多数电线厂采用；在铜合金中加入钇，提高了导电性和机械强度。（2）含钇6%和铝2%的氮化硅陶瓷材料，可用来研制发动机部件。（3）用功率400瓦的钕钇铝石榴石激光束来对大型构件进行钻孔、切削和焊接等机械加工。（4）由Y-Al石榴石单晶片构成的电子显微镜荧光屏，荧光亮度高，对散射光的吸收低，抗高温和抗机械磨损性能好。（5）含钇达90%的高钇结构合金，可以应用于航空和其它要求低密度和高熔点的场合。（6）目前倍受人们关注的掺钇SrZrO3高温质子传导材料，对燃料电池、电解池和要求氢溶解度高的气敏元件的生产具有重要的意义。此外，钇还用于耐高温喷涂材料、原子能反应堆燃料的稀释剂、永磁材料添加剂以及电子工业中作吸气剂等。

1879年，瑞典的化学教授尼尔森（L.F.Nilson, 1840~1899）和克莱夫（P.T.Cleve, 1840~1905）差不多同时在稀有的矿物硅铍钇矿和黑稀金矿中找到了一种新元素。他们给这一元素定名为“Scandium”（钪），钪就是门捷列夫当初所预言的“类硼”元素。他们的发现再次证明了元素周期律的正确性和门捷列夫的远见卓识。

钪比起钇和镧系元素来，由于离子半径特别小，氢氧化物的碱性也特别弱，因此，钪和稀土元素混在一起时，用氨（或极稀的碱）处理，钪将首先析出，故应用“分级沉淀”法可比较容易地把它从稀土元素中分离出来。另一种方法是利用硝酸盐的分极分解进行分离，由于硝酸钪最容易分解，从而达到分离的目的。

用电解的方法可制得金属钪，在炼钪时将ScCl3、KCl、LICl共熔，以熔融的锌为阴极电解之，使钪在锌极上析出，然后将锌蒸去可得金属钪。另外，在加工矿石生产铀、钍和镧系元素时易回收钪。钨、锡矿中综合回收伴生的钪也是钪的重要来源之一。

钪在化合物中主要呈3价态，在空气中容易氧化成Sc2O3而失去金属光泽变成暗灰色。钪能与热水作用放出氢，也易溶于酸，是一种强还原剂。钪的氧化物及氢氧化物只显碱性，但其盐灰几乎不能水解。钪的氯化物为白色结晶，易溶于水并能在空气中潮解。在冶金工业中，钪常用于制造合金（合金的添加剂），以改善合金的强度、硬度和耐热和性能。如，在铁水中加入少量的钪，可显著改善铸铁的性能，少量的钪加入铝中，可改善其强度和耐热性。在电子工业中，钪可用作各种半导体器件，如钪的亚硫酸盐在半导体中的应用已引起了国内外的注意，含钪的铁氧体在计算机磁芯中也颇有前途。在化学工业上，用钪化合物作酒精脱氢及脱水剂，生产乙烯和用废盐酸生产氯时的高效催化剂。在玻璃工业中，可以制造含钪的特种玻璃。在电光源工业中，含钪和钠制成的钪钠灯，具有效率高和光色正的优点。自然界中钪均以45Sc形式存在，另外，钪还有9种放射性同位素，即40～44Sc和46～49Sc。其中，46Sc作为示踪剂，已在化工、冶金及海洋学等方面使用。在医学上，国外还有人研究用46Sc来医治癌症。钪的性质及用途。




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稀土、稀散金属矿生产现状

中国稀土工业是在新中国成立后建立和发展起来的，经历了三个发展阶段：1950～1962年，为初创阶段，学习、研究和引用世界已有的科学成果，掌握冶炼、分离、提纯技术，为工业化准备了条件。1963～1975年为工业化阶段，陆续开发南方独居石、包头稀土、江西离子吸附型稀土矿等资源，建立了一批选矿厂和冶炼厂。1976年后进入改革和振兴阶段，创造性地解决了包头稀土资源综合利用问题，不断采用新工艺方法，产量、质量和经济效益显著提高，同时开发新材料，并大量推广应用，产品和技术进入国际市场。

经过40多年的发展，已形成从地质勘查到采、选、冶和材料加工与应用等完整的稀土工业生产体系，拥有一批大中小型矿山和冶炼提取与材料加工厂等，生产几百个品种和上千个规格的稀土产品，并创造了许多独特的稀土冶炼工艺方法，稀土工业的生产技术和一些技术经济指标已达世界先进水平。我国已成为稀土储量、产量、出口量居世界首位的稀土大国之一。

我国近年来的稀土产能产量，据国家计划委员会专家组调查，1996年稀土湿法冶炼能力已接近9万t，处理稀土精矿的能力达8万t以上。产量据国家计划委员会稀土办公室的最新报道：1997年我国稀土矿产品产量53250t，其中包头稀土精矿产量35000t，四川冕宁稀土矿11000t，山东微山稀土矿1200t，独居石产量50t，离子型矿产量6000t。稀土冶炼加工产品产量46500t，比1996年增长(以上数据引自《有色金属工业》，1998，№.7)。1990～1995年我国主要稀土矿产品产量及结构。

我国稀土产业自改革开放以来取得了长足的发展。中国不仅是世界稀土第一资源大国，而且已成为第一稀土生产大国，也是稀土最大的出口国和主要消费国之一。可由下列一组数字表明〔据国家计划委员会稀土办公室(简称国家计委稀土办)红枫在《世界有色金属》，1996，№.10期发表的数据〕：

（一）1980年，我国稀土产量仅2524t，1986年我国稀土总商品量达11860t，超过了一直处于世界第一的美国当年产量11000t，跃居世界首位。

（二）1988年，我国稀土矿产品产量达29640t，超过美国1984年达到的历史最高年产量25950t。使我国居世界第一稀土生产国的地位得以巩固和确认。

（三）1995年，我国稀土总商品量达4万t，矿产品产量达4.8万t，达到世界总产量的70%～80%，产销率几乎达100%。1980～1995年15年间，我国稀土产量增长了15倍，年均递增速度20%(其中“六五”期间27%，“七五”期间23%，“八五”期间22%)，处于高速、稳定发展时期。

（四）我国稀土出口量，1980年稀土出口处于初始阶段，当年出口量800t，创汇590万美元；1995年出口量达27000t，创汇27129万美元。15年出口量和创汇额分别增长32倍和44倍，年均递增分别约为26%和29%(其中“六五”期间分别为41%和45%，“七五”期间是15%和25%，“八五”期间是23%和18%)。

世界稀土年总消费量是5～5.5万t，其中60%～70%由我国供应，中国已成为世界最大稀土供应国。

（一）我国国内稀土消费量，1980年为1724t，1995年达1.3万t。15年增长6.5倍，年均递增14.4%(其中“六五”期间15.2%，“七五”期间15.7%，“八五”期间12.4%)。中国已成为继美国之后，第二大稀土消费国。

（二）我国稀土产值，1980年全国稀土产业产值不过7000万元，现在产值过亿元的企业已超过10家，骨干企业的人均产值达30～50万元。

我国稀土冶炼产品主要包括混合稀土氧化物、氯化物盐类、各种单一稀土氧化物、盐类及混合稀土金属、单一稀土金属和合金等。品种规格如按冶金加工过程和用途来划分，可分为稀土化合物与盐类、稀土氧化物、稀土金属、稀土合金、稀土材料、稀土农用产品等6大类。目前生产的品种已达300多个，最多的是上海有色金属有限公司有252个品种，508个规格；甘肃稀土公司有71个品种，140多个规格；广州珠江冶炼厂有44个品种，172个规格。我国单一稀土氧化物纯度一般为2～3N(N代表9，下同)，最高达4～6N；单一稀土金属纯度为2～3N。多种产品质量已达到国家稀土产品质量标准，不少产品达到或接近国际同类产品质量标准。甘肃稀土公司熊猫牌氯化稀土，广州珠江冶炼厂荧光级氧化钇、光学级氧化镧与氧化钕，上海有色金属有限公司的10多种优质产品，均已畅销国内外。


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我国是世界稀土资源和产量第一的稀土大国，又是钢产量第一的钢铁大国，但不是钢铁强国，品种质量与国外先进水平相比还有相当大的差距，仍有不少钢材需要进口。用稀土这个高技术材料来强化和提升钢铁传统产业，在低合金钢、合金钢中加入微量稀土，提高钢质增强国际竞争力，把稀土的资源优势转化为钢材的品种优势和经济优势，具有十分重大的意义。

一、稀土在钢中应用有三大作用

1.净化钢液。稀土具有脱氧、脱硫作用，减少并细化钢中夹杂物。2.变质夹杂。稀土加入钢中生成球状稀土硫化物或硫氧化物，取代长条状硫化锰夹杂，使硫化物形态得到完全控制，提高钢的韧塑性特别是横向冲击韧性，改善钢材的各向异性。稀土使高硬度的氧化铝夹杂转变成球状硫氧化物及铝酸稀土，显著地提高钢的抗疲劳性能。3.微合金化。稀土在钢中有一定的固溶量，它在晶界的偏聚能抑制磷硫及低熔点杂质铅、锡、砷、锑、铋在晶界的偏析或与这些杂质形成熔点较高的化合物，消除低熔点杂质的有害作用；稀土净化和强化晶界，阻碍晶间裂纹的形成和扩展，有利于改善塑性尤其是高温塑性；稀土能抑制动态再结晶、细化晶粒和沉淀相尺寸并促进铁素体中Nb（C、N），（Nb、Ti）（C、N）和V（C、N）的析出；溶解的稀土可改变渗碳体的组成和结构并使碳化物球化、细化和均匀分布。

稀土既是优良的变质剂，也是一种强效微合金元素。稀土具有捕氢性，能使钢的氢致延迟断裂性能得以改善；稀土可提高耐候钢、不锈钢的抗腐蚀性能，耐热钢的抗氧化性能和高温强度，弹簧钢、齿轮钢和轴承钢的抗疲劳性能，难变形高合金钢的热塑性，钢轨及耐磨材料的耐磨性等。钢中加入稀土后，一般能使钢板、无缝钢管的横向冲击韧性提高50%以上，耐腐蚀性能提高60%，同时提高其他性能。每吨钢加稀土300克左右，但作用十分显著，真可谓四两拨千斤。

对钢进行稀土处理，具有投资少、无污染、见效快、经济效益高的特点。北京钢铁研究总院与武汉钢铁公司共同做的几种钢的盐雾腐蚀对比试验结果表明，稀土耐候钢的耐腐蚀性能是普通钢（Q235）的近2倍，超过了国际名牌耐候钢美国的Corten钢的水平。

中科院沈阳金属研究所研制了一种水电站水轮机、水泵用加稀土的不锈钢，抗磨损性能比目前国内外使用最多的0Cr13Ni4Mo钢提高近1倍。该所做了大量对比试验，这种不锈钢加适量稀土（0.3%）比不加稀土的性能大幅度提高，稀土对合金抗腐蚀、抗磨损和抗磨蚀性能分别比不加稀土的合金提高57%、55%、83%。

稀土处理钢也有缺点：

（1）稀土夹杂物比重大，一般在5.5～6.5之间，不易上浮，特别是当稀土加入量过量时，会增加钢中的夹杂，甚至产生脆性的稀土与铁的金属间化合物恶化钢的性能。通过计算机仿真计算，确定最佳稀土加入量和稀土喂丝机的自动化，可以实现稀土加入量的准确控制，达到提高钢质的目的。

（2）稀土处理钢浇注时水口易结瘤，用强脱氧剂如A1、Zr脱氧时，也常出现水口结瘤问题。目前是采用在连铸结晶器喂稀土丝，绕开水口的方法来解决这个问题。杜挺、韩其勇、王常珍教授指出，用熔融石英水口和锆质水口，对防止含稀土钢水口的结瘤具有较好效果。

（3）稀土金属的价格较贵。稀土金属丝和棒的价格是9～9.8万元/吨，比硅钙合金贵，这影响了稀土钢的扩大推广。


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