1 稀土铝合金

稀土在铝合金中的研究始于20世纪30年代，第二次世界大战期间稀土在铸造铝合金中得到应用，目的是改善铸造铝合金的高温性能和铸造性能。在50年代以后的20年中，对稀土元素在铝合金中的强化、变质、净化以及改善工艺性能方面进行了大量工作。迄今，在以下几方面取得了进展。

（1）强化作用

含0.15wt% Ce的Ceralumin最早应用于发动机缸体的高温工作零件。随后发现，含11wt%稀土的合金在427℃时的强度可提高1倍。前苏联已在超音速飞机中应用含稀土的АЦР1和ЖП207合金，它是现今高温性能最好的合金之一，可在400℃以下长期工作，它的持久强度比一般铝合金可提高1～2倍。此外，还发展了Al-Cu-RE系高强度耐热铸造铝合金，例如，含2wt%RE的铝合金，在300℃时的抗拉强度达160MPa，室温强度可达350MPa。

在早期，加入0.3～0.35wt% Ce，可使Al-Cu、Al-Cu-Si合金活塞的强度和硬度提高，并可减少热裂。现在，稀土铝硅共晶和过共晶活塞已用于生产，以稀土取代镍可使活塞的高温性能和耐磨性能改善，因而使其寿命明显提高。

稀土在固态铝中的溶解度很小（<0.05wt%），故其固溶强化作用极弱。但因稀土的化学活泼性强，它可与铝合金中的许多元素形成金属间化合物（AlCuCe、AlSiCe等），它们在高温下十分稳定，硬度高且呈网状分布于晶界，可阻碍蠕变滑移，因而起到了高温强化的作用。

（2）变质作用

稀土对铝硅共晶和亚共晶合金的变质行为，就是使α+Si共晶组织细化，使硅由粗片状改变为细条状和颗粒状，从而使性能，特别是塑性提高。镧的变质作用最佳，如把镁含量从0.4wt%提高至0.9wt%，则镧的变质作用可进一步提高。镧的有效变质范围在0.03～0.18wt%之间，采用稀土作变质剂，要求一定的冷速相对应，其中镧的临界冷速（Vc值）最小，当Vc>22℃/min时，即可有效。稀土的变质作用还具有长效性，如，经10次重熔，镧的浓度由0.056wt%减至0.035wt%，此时的含量仍处于最佳变质范围。

（3）净化作用

稀土与氢的亲和力很强，形成REH等，由此，在铝液中加稀土，可吸收部分氢，因而可降低凝固过程中因析出的氢而造成的针孔。加入0.2wt%RE，可使针孔率明显下降。

此外，镁含量高的铝合金在液态极易氧化。近年发现，当含有0.001wt%Ce或RE时，可在600～760℃温度下阻止含10～12wt%Mg的铝合金氧化。

加入稀土还可使铝合金中的杂质相FeAl、AlFeSi等形成多元的金属化合物，因而可改变其形态，提高铝合金的力学性能，例如在含1wt%Fe的合金中，加入适量RE，可使粗大的铁相细化乃至球化。

（4）改善工艺性能

在Al-Cu-Mn系加入0.2wt%Ce可降低热裂倾向。在Al-4wt%Cu合金中加入少量La、Ce、Y，可降低合金的固相线，有效地缩小热脆弱区，镧可明显提高合金准固态时的强度。此外，稀土元素富集在枝晶间，生成LaAl、La（CuAl）等金属间化合物，强化了晶界，因而降低了热裂倾向。

此外，稀土还可改变铝合金表面氧化膜的结构与性质，使Al-Mg、Al-Zn-Mg合金具有更好的着色阳极化性能，如含有<0.5wt%Ce（或稀土元素）的Al-Zn-Mg合金是适于表面着色的阳极化材料。稀土还提高Al-Si-Mg合金的耐腐蚀性能，加入0.15～0.2wt%La，可使抵抗海水腐蚀的性能提高。

2 铸造铜合金

（1）提高性能

在铅青铜中加入0.02～0.2wt%混合稀土，晶粒尺寸减少（比原来的减少1/3），表面磨损减少3/4。在无镍高锰铝青铜中，加入少量稀土和硼，可使磨损量减少50%。在铅青铜中加入0.05～1.0wt%混合稀土，抗拉强度提高30%，延伸率提高1倍。在铝青铜中加入0.045wt%稀土，在保证抗拉强度不下降的情况下，延伸率提高了3倍。

铜铅合金中加入0.055～0.2wt%S，使合金中的富铅相趋于网状组织，加入0.028～0.149wt%稀土，使富铅相孤立地分布在枝晶间，随着含硫量的增加，疲劳强度明显下降；但是，随着稀土量增加，疲劳强度明显增加。

（2）改善工艺性能

铅青铜中低熔点的富铅相易于富集表面形成逆偏析。含铅量越多，这种偏析越严重。加入1wt%Ce，可消除偏析。

硅锡青铜中加入0.01～0.05wt%混合稀土，使其中硅和锡的偏析改善。

在Ce-8wt%Sn合金中，加入铈可增加锡的有效分配系数，同时使晶粒细化，由此，可抑制偏析的形成。

高锰铝青铜中加入0.028wt%Ce，在锡磷青铜中加入0.1wt% 混合稀土，均可明显提高流动性，大约可提高30%～40%。

3 铸造镁合金

由于稀土（包括钍）镁合金的出现，使镁合金的应用自20世纪50年代以来，得到了迅速发展。稀土在镁合金中的作用可归结为：提高抗蠕变能力，提高室温和高温强度和改善工艺性能。因此，目前世界各国的含稀土镁合金已占铸造镁合金的50%以上。

（1）高温抗蠕变合金

首先在航空发动机上得到应用的是Mg-RE-Zr（Mg-3RE-0.1Zr）合金，满足了205℃具有高强度和抗蠕变性能。

（2）高强度稀土Mg-Zn-Zr合金

ZK51（Mg-4.5Zn-0.6Zr）具有280MPa的抗拉强度，但铸造性能差。加入稀土后，在铸造组织中呈现Mg-Zn-RE化合物，以分离型共晶分布于晶界，使铸造工艺性能明显改善。

ZE63A（Zn-6wt%，RE-2.5wt%，Zr-0.6wt%）用于RB211发动机的推力换向器已有多年。它的抗拉强度可达276MPa；屈服强度达186MPa；延伸率达5%。

（3）含钇稀土镁合金

钇对镁合金具有很好的强化作用，这是由于钇固溶于基体中以及晶界被耐热的化合物封闭所致。因此，Y-Mg合金具有较高的热强性能，甚至达到钍镁合金的高温性能。此外，它还具有优异的高温抗氧化性能。含9wt%的镁合金在潮湿空气中加热到510℃，保持98小时仅增重1mg；而含钍的镁合金则增重达15mg。

我国稀土在有色金属中的开发应用虽然早在20世纪60年代末就开始了，但直到1985年成立全国稀土有色应用协作网，组织推广稀土在铝电线电缆中的应用后才有了突破性进展，用量逐年增加。1985年为330吨REO，1994年为600吨REO，2003年为1000吨REO，平均年增长率高于13%。应用领域除铝合金外，还成功地用于铜合金、热镀锌合金、硬质合金、镁合金。目前，稀土在有色金属及合金中的开发应用经实验证明有明显效果的有铝、铜、镁、钛、钼、镍、钴、铌及铂族金属等。稀土金属在这些有色金属及合金中的添加量一般小于0.5%，但产生的效果极为显著。稀土能起到净化、变质、细化晶粒的作用。特别值得一提的是，在铝电线、电缆中添加稀土，消除了硅的不利影响，其导电性能不仅略高于国际电工委员会标准，而且强度提高20%，抗腐蚀性能提高1倍以上，耐磨性能提高了10倍，一举改变了我国铝电线电缆行业的落后面貌，稀土铝电线、电缆已成为国家级电网的规定产品，年生产能力达45万吨，并已进入国际市场，该技术已引起国外重视。这些铝电线、电缆投入使用，每年可为国家节电40亿度，效益为20亿元。铝合金和铸态铝合金的年产量可达33～34万吨，稀土紫铜、黄铜的年产量可达6万吨，稀土热镀锌产品年产量可达3万吨。稀土在有色金属中的用量呈逐年递增的趋势。1990～2003年我国稀土在有色金属中的消费量见表1。

表1 1990～2003年我国稀土在有色金属中的消费量（REO，吨）

日前，Honda在全球率先建立了混合动力汽车镍氢电池循环利用机制，将提取于混合动力汽车镍氢电池的稀土，作为镍氢电池材料投入实际应用，在全世界首次实现了稀土资源的循环利用。

此前，Honda曾在日本重化学工业株式会社的工厂，从废旧的镍氢电池中提取了含有稀土的氧化物。本次则进一步通过对该氧化物的电解进行电解处理，成功提取出可直接用于镍氢电池负极材料的金属稀土。按照上述方式提取的稀土纯度达到了99%以上，与矿山开采的用于销售的稀土相同，而利用该技术的稀土回收率则可达到80%以上。

3月初开始，日本重化学工业株式会社已向日本电池厂家提供这种稀土作为镍氢电池的负极材料，用以制造混合动力汽车搭载的镍氢电池。此批材料使用的稀土，来源于386台尚未销售的Honda全新混合动力汽车所搭载的镍氢电池，这些库存汽车因遭受东日本大地震而无法使用。今后，只要销售店零部件更换回收的废旧镍氢电池积累到一定数量，Honda将以相同的模式投入循环利用。

除了镍氢电池以外，Honda还将努力尝试从所有种类的废旧零部件中提取稀土，从而进一步推动稀有资源的循环利用。今后，Honda将在大力开发混合动力汽车等低油耗车型的同时，不断完善产品的再利用、再循环机制，努力在移动社会的所有环节降低环境负荷。

【Honda的镍氢电池再利用机制】

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美联储会议显示部分委员认为QE应该逐步退出,中国国务院推出国五条遏制房价过快上涨,A股和商品市场均大幅跳水,基本金属短期面临压力。稀土收储资金逐步到位且政策支持力度有望加强,因此上调稀土子行业投资评级主要标的为:广晟有色、*ST关铝、包钢稀土、厦门钨业。

基本金属全线下跌主要受中美政策影响。实际需求方面,下游加工企业将在元宵节后开工而暂无采购需求导致本周基本金属社会库存大增。基本金属本周恐慌性暴跌后,下周将等待下游企业回归市场后的消费指引,我们认为基本金属消费有望在3-6月的消费旺季中回暖。

本周金银分别下跌1.82%和1.06%,主要因资者担忧美联储提前终结量宽政策,考虑到2012年黄金上涨的主要推手是美国财政悬崖、希腊退出欧元以及中国经济硬着陆的风险,目前三个风险都已缓解,黄金短期并无催化剂,短期贵金属仍会继续受压。

稀土方面,近期企业会逐步收到2012年国家稀土收储资金,我们认为两会前后国务院仍将保持对稀土子行业加强整顿治理,利好稀土行业。本周包钢华美稀土开工点火,预计其他子公司将在2周内陆续开工,包钢稀土停产近4个月后复产。考虑到投资者前期对稀土是否能继续获取政策心存疑虑,我们认为政策仍将趋紧,因此上调稀土子行业评级至“买入”,核心关注:广晟有色、*ST关铝、包钢稀土、厦门钨业。碳酸锂价格持稳,下周三泰利森将召开股东大会审议天齐集团收购案,我们认为通过将是大概率事件,收购后如按原价注入则天齐锂业并不算贵,因此建议关注天齐锂业。

钕铁硼方面:本周H35售价稳定,加工费稳定,下游需求订单情况持平,预计永磁需求继续下滑概率较低,目前已经进入底部区域,但回暖趋势尚未形成。


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3月8日主要稀土产品价格

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3月8日讯：稀土市场需求疲弱，价格持稳。

氧化镧主流厂家含税价35,000-38,000元/吨。

氧化铈主流厂家含税价38,000-40,000元/吨。

氧化镨主流厂家含税价365,000-370,000元/吨。

氧化镨钕主流厂家含税价305,000-310,000元/吨，镨钕金属主流厂家含税价400,000-405,000元/吨。

荧光级氧化铕主流厂家含税价5,600-5,800元/千克。

荧光级氧化铽主流厂家含税价3,800-4,000元/千克。

氧化镝主流厂家含税价200-205万元/吨，镝铁主流厂家含税价205-210万元/吨。

氧化钆主流厂家含税价130,000-132,000元/吨。

氧化钇主流厂家含税价85,000-90,000元/吨。

稀土价格在小幅波动之后，趋于稳定，市场成交状况也未有变化。商家仍普遍看淡后市，但因需求疲弱、鲜有出货，遂不愿降价。


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为了“保价”而进行的停产，似乎并未能达到预期效果，稀土价格依然低迷不振。迫于生产压力，在停产近4个月后，三大稀土巨头——包钢稀土、五矿稀土、中铝稀土在春节后开始逐渐恢复生产。

而随着3、4月份传统的稀土消费旺季到来，下游一些应用商有望启动新一轮补库存，行业内则期待稀土价格能够触底反弹。

企业陆续复产

中国证券报记者从包钢稀土了解到，此次复产范围包括包钢稀土直属冶炼厂、华美公司、和发公司、灵芝公司以及全南晶环和信丰新利等冶炼分离厂。而五矿稀土和中铝稀土也从春节后开始陆续复产。

“3、4月份一般为稀土的传统消费旺季。从公司层面来讲，几家公司均有较长时间的停产。随着传统稀土消费旺季的到来，目前逐步复产是正常的。”一位行业分析师告诉中国证券报记者，“但是从目前来看，下游需求的复苏程度并不活跃。”

受制于产能过剩、下游需求萎靡，稀土价格在2012年经历了大幅下挫的行情。以生意社统计的现货氧化镨钕价格为例，2012年年初时氧化镨钕报价在76万元左右，至年末价格已经跌至40万元左右。

在价格的压力下，包钢稀土率先宣布停产。2012年10月，包钢稀土发布公告，公司所属应用包头稀土矿的焙烧、冶炼分离企业及应用南方稀土矿的全南包钢晶环公司、信丰包钢新利公司停产。随后，五矿稀土和中铝稀土两大稀土巨头也宣布“停产保价”。

不仅仅是稀土行业的巨头，中小企业也纷纷加入到减产和停产的行业。中国证券报记者此前了解到，从去年8月份开始，赣州地区一些做稀土冶炼分离和磁性材料的小企业出现了减产和停产潮。

                  

期待稀土价格触底

不过，行业龙头的停产保价并未能看到预期的效果。以氧化镨钕为例，价格仅在停产消息发布后短期内有近10%的上涨，随后就陷入继续下探的价格通道。目前氧化镨钕报价仅为35万元左右。

“企 业进行停产保价但是效果并不明显，主要有两个原因。”一位稀土行业的内部人士向记者坦承，“一是稀土销售渠道比较多，去年以来国家进行稀土资源税费调整、 更换新的稀土专用发票，虽然这些措施一定程度上遏制了稀土的私挖乱采，但是这也提高了正规企业的成本，使得正规生产的稀土与盗采的稀土价格差距拉大，刺激 了市场对于盗采稀土的购买。二是下游需求的确比较低迷，海外供给也开始增加。”

据媒体报道，美国能源公司Molycorp和澳大利亚Lynas矿业公司旗下的Mount Weld矿山均开始复采，两家公司年产稀土能力在4万吨左右，将对我国稀土行业的出口带来直接的冲击。

“据我们了解，在山东去年停产的一些小型的稀土分离企业目前仍没有复产，下游需求仍不太景气，一些小企业依然处在急于出货状态。”生意社有色行业分析师刘锐星告诉中国证券报记者，“目前行业期待旺季的到来，但稀土价格能否触底回升，还是要看下游的需求能否有较强的反弹。”


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那么这些人到底是为了什么铤而走险非法提炼稀土？非法提炼稀土又会对环境和周边居民造成什么样的影响呢？

当地居民介绍，这个地方是去年五六月份就开始动工提炼稀土。工地面积达四五十亩，里面有物理渗透分离水池、化学反应池。化学反应池里边是草酸等酸性液体，不远处则存放着稀土提炼后的半成品。经过化学反应的废气液体，则基本上是直接排放，在下游一些呈红色的液体在水渠中到处可见。当地居民介绍，下游菜地已经遭到污染。

据了解，稀土的提炼过程较为复杂而且在原矿中含量很低，但稀土元素属于国家战略性物质，而且在国际市场上价格比较高，所以一直有人为了谋取利益非法提炼稀土。在稀土的提炼过程中需要用到大量的水，为了取水和排放方便，提炼稀土都会选择在水源地或是水库附近。

深圳大学化学与应用化学系教授文震说，每一次附极的时候都会使用到大量的溶剂，这些介质中需要大量的水，所以它的耗水量是很大的。文教授表示，稀土的提炼一直都是国家严格管控的，一定要在国家许可的情况下才能开展。一旦提炼稀土所产生的废酸、废液、废渣不经过处理就直接排放到水源里，将会对周边的环境产生十分恶劣的影响。

目前，此案正在进一步调查中。


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3月6日，全国政协委员、前工信部部长李毅中接受和讯网和今视网联合专访时说，稀土是中国宝贵的、稀缺的矿产资源，它在国民经济、国防工业、尖端科学上的用途不言自明。我们对稀土行业的整顿，是为了资源和环境保护，西方国家的一些异议完全没有道理。

以下是采访实录。

和讯网·今视网：欢迎您接受和讯网和今视网联合对您的访谈，我们知道十八大报告明确提出了坚持走中国特色新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化的新四化道路。目前来看城镇化是目前的热点，改革红利的释放也是以城镇化作为突破口，您又对工业化进行了大量的调研。您认为这两化在良性互动发展过程中可能存在哪些问题？将来遇到这些问题应该如何解决？

李毅中：十八大提出四化同步发展，城镇化又是大家议论和关注的热点。简单说，用十八大的话来说，工业化和城镇化良性互动。首先从工业化这头讲，工业化是城镇化的前提条件，给城镇化创造了条件，奠定了基础。

第一，农民进城要有活干，要有岗位。所以，工业的发展，工业的进程，工业本身带动了服务业的发展，为农民进城提供了工作岗位。尤其在十六大提出的新兴工业化道路里，最后一句话，人力资源由此得到充分发挥。在十七届五中全会关于现代产业体系建立，五句话最后一句话，吸纳就业能力强的。所以，我们在发展高科技、发展资源密集、技术密集，还要注重发展劳动力密集型的，这就是工业支持城镇化，它创造了劳动岗位、工作岗位，不然农民进城干什么？

第二，给城镇化提供了资金。中央财政、地方财政的收入很大一块，最主要的一块是来自于二产，来自于工业，工业上交的利税是财政的主要来源之一。地方政府有了钱，才能去搞城镇化，搞城市建设，提供了资金。

第三，为城镇基础设施的建设提供了支撑，城市基础建设，农民进城要有地方住，要有交通，要看病，孩子要上学，相应城市基础建设要发展，不仅是农民工，原来市民生活质量要提高也要改善。建设城市的基础设施毫无疑问，工业是基础，工业是支撑。所以，工业化对城镇化来讲，我觉得有这几个方面。

第四，工业化的进程为城市建设互相融合促进了城市的建设。比如城市发展工业怎么发展？不是过去的村村点火，处处冒烟，而是多搞工业园区、开发区、高科技区。在工业化的进程中，按照产业集聚的模式，从城市布局来讲又回到离中心区远一点，避免了污染，城市规划更加合理，工业化的模式和城市建设规划要融为一体。

从城镇化对工业化的支持来讲，首先它是工业化潜在的巨大市场，生产出来的工业品，工业服务为谁服务，卖给谁？每年有1200万的农民工进城，城市人均收入和农村人均收入按现在的比例是3.2比1，消费也是3比1，当然不是说农民今天进城，明天消费就上去了。它稳定下来以后，它在城市的消费要比在农村的消费高三倍。另外城镇化水平的提高，原来市民生活水平的提高，这是最大的、潜在的市场，没有市场工业品卖给谁？所以，拉动内需、拉动消费，城镇化是做了巨大的贡献。

第二，这就是城镇化提供了来源丰富、素质不断提高的产业大军。现在2.6亿农民工，1.6亿异地进城，1亿在原地，当然这也是身份的转化，素质的提高，有一个过程，这也是城镇化提高质量的一个方面。特别是在基础产业，在一些服务业，它的主体甚至是农民工，它成为新产业大军的后备力量，不断的提高他们的素质，涉及到中国工业化的质量和素质，这一点非常重要。

第三，通过城镇规划大中城市，发展大量的中小城市、城市群，为产业集聚转移，为工业的发展创造了条件。我对城镇化没有太深入的研究。我想它们的关系，理解十八大的“良性互动”至少可以从这几个方面理解。

和讯网·今视网：从数据上来说，中国现在是世界第二大经济体，它的制造业也是跃居全球第一，存在一些大而不强，像您刚才说到的诸多的问题。十八大提出要在2020年基本实现工业化，在未来7年多的时间里，在您的脑子里有没有一个比较详细的路线图呢？

李毅中：刚才已经涉及到这个问题了。具体怎么做肯定要有一个规划，十二五规划、十三五规划，而且要纳入全面建设小康的目标。具体要做的事情，我可以举习近平同志在中央经济工作会议上讲的一段话，我觉得是我们今后应该思考和落实的。他说，调整结构总的方向是五件事，第一件事，是传统产业的改造优化转型升级。刚才讲我们的工业够大了，怎么样转型升级？从中低端向高端，怎么样提升它的经济技术指标，怎样通过两化深度融合来提升它，转型升级优化改造，这是第一件事。而且李克强同志和温家宝总理都强调，这是一项重要的任务，对传统产业要脱胎换骨的改造。

第二件事，积极培育和发展战略性新兴产业，就是七大战略新兴产业。信息产业、节能环保、高端制造、新能源、生物医药、新材料、新能源汽车，积极培育发展。

第三件事，积极发展生产型服务业。

第四件事是能源交通和城市基础设施建设。

第五件事是构建现代产业体系。

我想这五件事是我们基本实现工业化路径要做的事情。工业行业来讲，尤其前三件事情已经纳入十二五规划。近平同志还讲了另外一段话，要创新驱动，他讲了几个创新，要加强科技创新，刚才我们讲到的创新能力不足。还要强化质量创新，品牌创新，产业结构创新，商业模式创新，加了五个创新。这恐怕也是我们通过创新驱动来提升我们的工业化水平和路径。

当然除了创新之外还有扩大改革开放等前面讲的事情，这都应该构成我们2020年基本实现工业中要做的工作去一件件的落实。

和讯网·今视网：下面有一个来自江西今视网的问题。由于江西是一个欠发达的革命老区，它的工业化和其他省份相比存在不小的差距。去年国务院出台了《赣南苏区的振兴计划》，这对江西来说可能是一个很好的机遇。您觉得在未来苏区振兴的过程中需要注意哪些问题，才能打好工业化这张牌？

李毅中：我去江西省调研过几次。别的行业不说了，我就说一个稀土。稀土是中国宝贵的、稀缺的一种矿产资源，它在国民经济、国防工业、尖端科学上的用途不言自明。我们现在的储量大约占了全世界的23%，但是提供了90%的稀土，小平同志曾经说过一句话，中东有石油，中国有稀土。这本来是我们的强项。但是由于各种原因，这个行业很混乱，在开采上私挖乱采。我到江西赣州专门为这个问题待了几天，江西是江南，到处青山绿水，但是在生产稀土的地方，那个山就像人得了癞痢头一样，没了。因为它埋藏比较浅，所以，私挖乱采就把表层的植被树木全部挖掉，然后去开采。它不像煤炭那么深，它把表层都破坏了。然后稀土进行提炼以后，它的那些废渣，所谓废渣就是含有相当数量的稀土，因为它是粗放的开采，水浆排到河里，远远望去那个河和山沟是白的，近处一看都是废渣。所以，对环境的污染，对资源的破坏，这是不能容忍的。因此，我们提出稀土行业的整顿，这完全是资源保护，环境保护，这完全是我们应该做的。

至于这个问题引起一些异议，尤其是西方国家的一些异议没有道理。说到这里，江西的特色之一是稀土，稀土有轻质稀土和重质稀土，轻质稀土是以北方的包头为中心的，重离子的稀土用途更广、用途更大，主要就在江西赣州，因此整顿发展稀土工业既是一种传统，也是一种战略新兴产业，江西有这种资源禀赋的优势。江西省政府和赣州市政府也高度重视，其中有一条措施，全国组织几个大型的骨干厂，肯定江西赣州这里是一个重点，希望江西省能够按照国家的产业政策，按照我们对稀土工业的整顿、调整、发展，把它的开采业、冶炼业、加工业、使用业，把生产、科研、开发密切结合，在产业调整，组建大型公司，淘汰落后，重组兼并上能够做出新的成绩。这就成为一个亮点，不仅成为江西的一个优势产业，也为全国的稀土工业做出贡献。


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稀土生产与分离

稀土市场是一个多元化的市场，它不只是一个产品，而是15个稀土元素和钇、钪及其各种化合物从纯度46%的氯化物到99.9999%的单一稀土氧化物及稀土金属，均具有多种多样的用途。加上相关的化合物和混合物，产品不计其数。首先从最初的矿石开采起，我们逐一介绍稀土的分离方法和冶炼过程。

一、稀土选矿

选矿是利用组成矿石的各种矿物之间的物理化学性质的差异，采用不同的选矿方法，借助不同的选矿工艺，不同的选矿设备，把矿石中的有用矿物富集起来，除去有害杂质，并使之与脉石矿物分离的机械加工过程。

当前我国和世界上其它国家开采出来的稀土矿石中，稀土氧化物含量只有百分之几，甚至有的更低，为了满足冶炼的生产要求，在冶炼前经选矿，将稀土矿物与脉石矿物和其它有用矿物分开，以提高稀土氧化物的含量，得到能满足稀土冶金要求的稀土精矿。稀土矿的选矿一般采用浮选法，并常辅以重选、磁选组成多种组合的选矿工艺流程。

内蒙古白云鄂博矿山的稀土矿床，是铁白云石的碳酸岩型矿床，在主要成分铁矿中伴生稀土矿物（除氟碳铈矿、独居石外，还有数种含铌、稀土矿物）。采出的矿石中含铁30%左右，稀土氧化物约5%。在矿山先将

大矿石破碎后，用火车运至包头钢铁集团公司的选矿厂。选矿厂的任务是将Fe2O3从33%提高到55%以上，先在锥形球磨机上磨矿分级，再用圆筒磁选机选得62～65%Fe2O3的一次铁精矿。其尾矿继续进行浮选与磁选，得到含45%Fe2O3以上的二次铁精矿。稀土富集在浮选泡沫中，品位达到10～15%。该富集物可用摇床选出REO含量为30%的粗精矿，经选矿设备再处理后，可得到REO60%以上的稀土精矿。

二、稀土冶炼方法

稀土冶炼方法有两种，即湿法冶金和火法冶金。

湿法冶金属化工冶金方式，全流程大多处于溶液、溶剂之中，如稀土精矿的分解、稀土氧化物、稀土化合物、单一稀土金属的分离和提取过程就是采用沉淀、结晶、氧化还原、溶剂萃取、离子交换等化学分离工艺过程。现应用较普遍的是有机溶剂萃取法，它是工业分离高纯单一稀土元素的通用工艺。湿法冶金流程复杂，产品纯度高，该法生产成品应用面广阔。

火法冶金工艺过程简单，生产率较高。稀土火法冶炼主要包括硅热还原法制取稀土合金，熔盐电解法制取稀土金属或合金，金属热还原法制取稀土合金等。火法冶金的共同特点是在高温条件下生产。

1．稀土精矿的分解

稀土精矿中的稀土，一般呈难溶于水的碳酸盐、氟化物、磷酸盐、氧化物或硅酸盐等形态。必须通过各种化学变化将稀土转化为溶于水或无机酸的化合物，经过溶解、分离、净化、浓缩或灼烧等工序，制成各种混合稀土化合物如混合稀土氯化物，作为产品或分离单一稀土的原料，这样的过程称为稀土精矿分解也称为前处理。

分解稀土精矿有很多方法，总的来说可分为三类，即酸法、碱法和氯化分解。酸法分解又分为盐酸分解、硫酸分解和氢氟酸分解法等。碱法分解又分为氢氧化钠分解或氢氧化钠熔融或苏打焙烧法等。一般根据精矿的类型、品位特点、产品方案、便于非稀土元素的回收与综合利用、利于劳动卫生与环境保护、经济合理等原则选择适宜的工艺流程。

碳酸稀土和氯化稀土的生产：

这是稀土工业中最主要的两种初级产品，一般地说，目前有两个主要工艺生产这两种产品。

一个工艺是浓硫酸焙烧工艺，即把稀土精矿与硫酸混合在回转窑中焙烧。经过焙烧的矿用水浸出，则可溶性的稀土硫酸盐就进入水溶液，称之为浸出液。然后往浸出液中加入碳酸氢铵，则稀土呈碳酸盐沉淀下来，过滤后即得碳酸稀土。

另一种工艺叫烧碱法工艺，简称碱法工艺。一般是将60%的稀土精矿与浓碱液搅匀，在高温下熔融反应，稀土精矿即被分解，稀土变为氢氧化稀土，把碱饼经水洗除去钠盐和多余的碱，然后把水洗过的氢氧化稀土再用盐酸溶解，稀土被溶解为氯化稀土溶液，调酸度除去杂质，过滤后的氯化稀土溶液经浓缩结晶即制得固体的氯化稀土。

2．稀土元素的分离

目前，除Pm以外的16个稀土元素都可提纯到6N（99.9999%）的纯度。由稀土精矿分解后所得到的混合稀土化合物中，分离提取出单一纯稀土元素，在化学工艺上是比较复杂和困难的。其主要原因有二个，一是镧系元素之间的物理性质和化学性质十分相似，多数稀土离子半径居于相邻两元素之间，非常相近，在水溶液中都是稳定的三价态。稀土离子与水的亲和力大，因受水合物的保护，其化学性质非常相似，分离提纯极为困难。二是稀土精矿分解后所得到的混合稀土化合物中伴生的杂质元素较多（如铀、钍、铌、钽、钛、锆、铁、钙、硅、氟、磷等）。因此，在分离稀土元素的工艺流程中，不但要考虑这十几个化学性质极其相近的稀土元素之间的分离，而且还必须考虑稀土元素同伴生的杂质元素之间的分离。
 
现在稀土生产中采用的分离方法（湿法生产工艺）有：（1）分步法（分级结晶法、分级沉淀法和氧化还原法）；（2）离子交换法；（3）溶剂萃取法。

（1）分步法

从1794年发现的钇（Y）到1905年发现的镥（Lu）为止，所有天然存在的稀土元素间的单一分离，还有居里夫妇发现的镭，都是用这种方法分离的。分步法是利用化合物在溶剂中溶解的难易程度（溶解度）上的差别来进行分离和提纯的。方法的操作程序是：将含有两种稀土元素的化合物先以适宜的溶剂溶解后，加热浓缩，溶液中一部分元素化合物析出来（结晶或沉淀）。析出物中，溶解度较小的稀土元素得到富集，溶解度较大点的稀土元素在溶液中也得到富集。因为稀土元素之间的溶解度差别很小，必须重复操作多次才能将这两种稀土元素分离开来，因而这是一件非常困难的工作。全部稀土元素的单一分离耗费了100多年，一次分离重复操作竟达2万次，对于化学工作者而言，其艰辛的程度，可想而知。因此用这样的方法不能大量生产单一稀土。

（2）离子交换法

由于分步法不能大量生产单一稀土，因而稀土元素的研究工作也受到了阻碍，第二次世界大战后，美国原子弹研制计划即所谓曼哈顿计划推动了稀土分离技术的发展，因稀土元素和铀、钍等放射性元素性质相似，为尽快推进原子能的研究，就将稀土作为其代用品加以利用。而且，为了分析原子核裂变产物中含有的稀土元素，并除去铀、钍中的稀土元素，研究成功了离子交换色层分析法（离子交换法），进而用于稀土元素的分离。

离子交换色层法的原理是：首先将阳离子交换树脂填充于柱子内，再将待分离的混合稀土吸附在柱子入口处的那一端，然后让淋洗液从上到下流经柱子。形成了络合物的稀土就脱离离子交换树脂而随淋洗液一起向下流动。流动的过程中稀土络合物分解，再吸附于树脂上。就这样，稀土离子一边吸附、脱离树脂，一边随着淋洗液向柱子的出口端流动。由于稀土离子与络合剂形成的络合物的稳定性不同，因此各种稀土离子向下移动的速度不一样，亲和力大的稀土向下流动快，结果先到达出口端。
　
离子交换法的优点是一次操作可以将多个元素加以分离。而且还能得到高纯度的产品。这种方法的缺点是不能连续处理，一次操作周期花费时间长，还有树脂的再生、交换等所耗成本高，因此，这种曾经是分离大量稀土的主要方法已从主流分离方法上退下来，而被溶剂萃取法取代。但由于离子交换色层法具有获得高纯度单一稀土产品的突出特点，目前，为制取超高纯单一稀土产品以及一些重稀土元素的分离，还需用离子交换色层法分离制取。

（3）溶剂萃取法

利用有机溶剂从与其不相混溶的水溶液中把被萃取物提取分离出来的方法称之为有机溶剂液—液液萃取法，简称溶剂萃取法，它是一种把物质从一个液相转移到另一个液相的传质过程。

溶剂萃取法在石油化工、有机化学、药物化学和分析化学方面应用较早。但近四十年来，由于原子能科学技术的发展，超纯物质及稀有元素生产的需要，溶剂萃取法在核燃料工业、稀有冶金等工业方面，得到了很大的发展。我国在萃取理论的研究、新型萃取剂的合成与应用和稀土元素分离的萃取工艺流程等方面，均达到了很高的水平。

溶剂萃取法其萃取过程与分级沉淀、分级结晶、离子交换等分离方法相比，具有分离效果好、生产能力大、便于快速连续生产、易于实现自动控制等一系列优点，因而逐渐变成分离大量稀土的主要方法。

溶剂萃取法的分离设备有混合澄清槽、离心萃取器等，提纯稀土所用的萃取剂有：以酸性磷酸酯为代表的阳离子萃取剂如P204、P507，以胺为代表的阴离子交换液N1923和以TBP、P350等中性磷酸酯为代表的溶剂萃取剂三种。这些萃取剂的粘度与比重都很高，与水不易分离。通常用煤油等溶剂将其稀释再用。

萃取工艺过程一般可分为三个主要阶段：萃取、洗涤、反萃取。

3．稀土金属的制备

稀土金属的生产又叫稀土火法冶金生产。稀土金属一般分为混合稀土金属和单一稀土金属。混合稀土金属的组成与矿石中原有的稀土成份接近，单一金属是各稀土分离精制的金属。以稀土氧化物（除钐、铕、镱及铥的氧化物外）为原料用一般冶金方法很难还原成单一金属，因其生成热很大、稳定性高。因此目前生产稀土金属常用的原料是它们的氯化物和氟化物。

（1）熔盐电解法

工业上大批量生产混合稀土金属一般使用熔盐电解法。这一方法是把稀土氯化物等稀土化合物加热熔融，然后进行电解，在阴极上析出稀土金属。电解法有氯化物电解和氧化物电解两种方法。单一稀土金属的制备方法因元素不同而异。钐、铕、镱、铥因蒸气压高，不适于电解法制备，而使用还原蒸馏法。其它元素可用电解法或金属热还原法制备。

氯化物电解是生产金属最普通的方法，特别是混合稀土金属工艺简单，成本便宜，投资小，但最大缺点是氯气放出，污染环境。

氧化物电解没有有害气体放出，但成本稍高些，一般生产价格较高的单一稀土如钕、镨等都用氧化物电解。

（2）真空热还原法

电解法只能制备一般工业级的稀土金属，如要制备杂质较低，纯度高的金属，一般用真空热还原的方法来制取。一般是把稀土氧化物先制成氟化稀土，在真空感应炉内用金属钙进行还原，制得粗金属，然后再经过重熔和蒸馏获得较纯的金属，这一方法可以生产所有的单一稀土金属，但钐、铕、镱、铥不能用这种方法。

钐、铕、镱、铥与钙的氧化还原电位仅使氟化稀土产生部分还原。一般制备这些金属，是利用这些金属的高蒸汽压和镧金属的低蒸气压的原理，将这四种稀土的氧化物与镧金属的碎屑混合压块，在真空炉中进行还原，镧比较活泼，钐、铕、镱、铥被镧还原成金属后收集在冷凝器上，与渣很容易分开。

三、稀土产品的分类方法

稀土的产品种类很多。按加工深度，我们将其分为选冶产品和应用产品。前者指稀土矿山和冶炼企业生产的稀土精矿、单一和混合的稀土氧化物、金属及其合金、单一及混合稀土盐类等，共计300多个品种、500多个规格。后者指一切含稀土的制成品，如稀土永磁体、稀土荧光粉、稀土抛光粉、稀土微肥、稀土激光晶体、稀土贮氢材料等。目前没有统一的分类法，也没有统一的叫法，界限也不明确，大家熟悉的叫法；矿产品，初级产品（或粗产品）称上游产品；深加工产品（或叫单一产品、高纯产品）称中游产品；应用材料和应用产品（或器件）称下游产品。其中单一稀土氧化物、稀土金属、混合稀土氧化物、混合稀土金属主要用途见表1。

表1 稀 土 产 品 用 途 一 览 表

从稀土原料直至最终产品分为几个阶段，越接近最终产品，技术含量越高，其附加值越高。从稀土原料到最终成品要经过从原料、材料、器件到产品，且每一个环节都有关键的技术，越接近最终产品，其技术含量也越高，当然附加值也就越高。所以发展稀土应用产品和高附加值产品是中国稀土未来的希望。


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“整顿发展稀土工业既是一种传统，也是一种战略新兴产业，江西有这种资源禀赋的优势。”3月6日，全国政协委员、前工信部部长李毅中在接受今视网特约记者专访时，就2012年国务院出台《赣南苏区的振兴计划》，江西如何发展工业化等问题说，江西的特色之一是稀土，中央将整顿稀土行业，组建几个大型稀土骨干厂，江西赣州是重点。同时，李毅中希望江西能够把稀土的生产、科研、开发密切结合，做出新成绩。

“我去江西调研过几次，别的行业不说了，我就说一个稀土，江西的特色之一就是稀土。稀土有轻质稀土和重质稀土，轻质稀土是以北方的包头为中心的，重离子的稀土用途更广、用途更大，主要就在江西赣州。”2012年，国务院出台了《赣南苏区的振兴计划》，未来苏区振兴江西如何发展工业化，李毅中把重点放在了稀土资源上。

稀土是中国宝贵的、稀缺的一种矿产资源，它在国民经济、国防工业、尖端科学上的用途不言自明。稀土资源及材料的发展关系到我国整体工业的战略转型和结构升级，也关系到国家竞争能力的提升。

江西赣州市素有“稀土王国”之称，所拥有的稀土资源是世界上战略价值最高、最为稀缺的南方中、重离子型稀土。然而，近年来，由于过度开发、私采滥挖以及无序销售，稀土市场因此出现了混乱。

“邓小平同志曾经说过一句话，中东有石油，中国有稀土。这本来是我们的强项，但是由于各种原因，这个行业很混乱，在开采上私挖乱采。”李毅中说，中国已探明的工业储量约占世界的23%，供应量则占世界90%以上，但一家独大的供应量并未带来太好的效益，恰恰相反的是，私自开采、贩卖反而扰乱了稀土市场。

此外，稀土开采、选冶、分离存在的落后生产工艺和技术，严重破坏地表植被，造成水土流失和土壤污染、酸化，使农作物减产甚至绝收。一些地方因为稀土的过度开采，还造成山体滑坡、河道堵塞、突发性环境污染事件。

“江西是江南，到处青山绿水，但是在埋有稀土的地方，私挖乱采把土地表层的植被树木都破坏了，那些山就像人得了癞痢头一样。而且稀土进行提炼以后，它的那些废渣、水浆也都排到河里，使河道山沟远远望都是白的。”谈及稀土私挖乱采，李毅中结合自身所见谈了一些现象。“私挖乱采对环境的污染，对资源的破坏，让我们大家不能容忍。因此，中央提出稀土行业的整顿，完全是对资源保护、环境保护的举措。”李毅中说。

“中央将整顿稀土行业，其中有一条措施就是在全国组建几个大型稀土骨干厂，江西赣州就是其中的一个重点。”对于中央整顿稀土行业，李毅中希望江西能够按照国家的产业政策，把生产、科研、开发密切结合，在产业调整、组建大型公司、淘汰落后、重组兼并上能够做出新的成绩。“整顿发展稀土工业既是一种传统，也是一种战略新兴产业，江西有这种资源禀赋的优势。这不仅成为江西的一个优势产业，也将为全国的稀土工业做出贡献”李毅中说。


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