生活中常常听到“面朝黄土背朝天”“面如土色”等话语,这话语中的土自然是指的脚下的土地了,那你可知道稀土指的是什么吗?它又有着怎样的神秘呢?
稀土的英文是Rare Earths。“稀”原指稀少,过去人们常把不溶于水的固体氧化物称为“土”。因为稀土一般是从固体氧化物中分离出来的,又很稀少,因而得名为“稀土”。其实稀土元素在地壳中的含量并不稀少,性质也不像土,而是一组活泼金属。“稀土”之称只是一种历史的习惯。
17种稀土元素通常分为两组:一组是轻稀土,包括镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆;另一组是重稀土,包括铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇。
稀土元素作为典型的金属元素,其金属活泼性仅次于碱金属和碱土金属。17个稀土元素如果按金属的活泼次序排列,由钪、钇到镧递增,又由镧到镥递减,镧最为活泼。
钇是稀土元素中当之无愧的族长,这不仅是因为发现钇的年代最早,还因为它有着独特的性质和卓越的贡献。钇是一种银色的具有金属光泽的稀土金属(见图36-1),属重稀土元素,然而钇却没有“大架子”,总是与其他轻稀土元素共生在一起,富有“集体荣誉感”。
现在已知的稀土矿有150多种,其中比较重要的有氟碳铈矿(见图36-2)、独居石(见图36-3)、磷钇矿(见图36-4)和褐钇铌
图36-1 钇
图36-2 氟碳铈矿
图36-3 独居石
矿(图36-5)等。我国稀土资源丰富,其中内蒙古自治区白云鄂博矿的稀土储量占全国总储量的98%。
图36-4 磷钇矿(www.daowen.com)
图36-5 褐钇铌矿
稀土有“工业黄金”和“工业维生素”之称,只需在合金中添加一点稀土,就可大幅度提高钢材、铝合金、镁合金和钛合金的综合力学性能(这正是稀土的神奇之处)。作为改性添加元素,在金属材料中加入极少量稀土就能明显改善金属材料的性能,提高其强度、耐磨性和耐蚀性。例如,在生铁里加进铈可得到球墨铸铁,其优点是可使生铁具有韧性且耐磨,可以以铁代钢,以铸代锻,缩短生产工序,节约能源,降低能耗。
钪的蓝色谱线和钠的黄色谱线互补后可以产生白色光,所以可用钪来制造钪钠灯(见图36-6),给千家万户带来光明。钪也因此被称为“光明之神”。
钪还可以用做γ射线源。这种人工放射性同位素可以作为γ射线源或者示踪原子,还可以用来对恶性肿瘤进行放射治疗,故已被广泛应用于医疗事业(见图36-7)。
图36-6 钪钠灯
图36-7 放射治疗
镧系元素的应用极为广泛。例如,用混合镧系元素的氯化物和磷酸盐作为催化剂,可以加速石油的裂化分解。混合稀土氧化物被广泛用作玻璃抛光材料和玻璃的脱色剂,还可用来制造耐辐射玻璃和激光玻璃。用三氧化二钇和三氧化二镝可制得耐高温透明陶瓷,这种陶瓷现已被用于火箭、导弹(见图36-8)、激光和电真空等工程技术上。
图36-8 耐高温透明陶瓷导弹
稀土还是电子、激光、核工业和超导等诸多高科技的润滑剂,是国防建设的重要基础元素。稀土金属现已被广泛应用于电子、石油化工、冶金、机械、能源、轻工、环境保护和农业等领域。
稀土元素是新材料革命的战略资源。我国是稀土资源很丰富的国家,全国已有22个省(自治区)先后发现稀土矿床,主要分布在内蒙古自治区、江西省、广东省、广西壮族自治区、四川省、山东省等地,如20世纪50年代初期发现并探明了超大型内蒙古自治区白云鄂博铁铌稀土矿床,20世纪60年代中期发现了江西省、广东省等地的风化淋积型(离子吸附型)稀土矿床,20世纪70年代初期发现了山东省微山稀土矿床,20世纪80年代中期发现了四川省凉山“牦牛坪式”大型稀土矿床等。
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