为什么稀土元素很重要?

1．什么是稀土元素？

稀土元素（REE）由17种元素组成，包括钪，钇和镧系元素。其中镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕七种元素为轻稀土元素（LREE），铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪和钇为重稀土元素（HREE）。由于稀土具有相同的最外层电子构型，因此它们的性质非常相似。

最丰富的稀土元素存在于地壳中，其含量等于镍、铜、锌、钼或铅。铈是地壳中78种常见元素中第25位最丰富的元素。即使是两种最不丰富的稀土元素（铥、镥），也比金的储量高出近200倍。总体上，稀土元素的含量大于银，与铜和铅的含量相近。但是从某种意义上说，它们很少见-矿物学家称之为“分散”，因为它们大多以相对较低的浓度散布在地球上。稀土通常存在于碱性火山岩、碳酸盐岩、热液脉、沉积砂岩及矿山废渣中，仅有少数地区拥有大量稀土-而且大部分位于中国。

在2018年，原子序数为60的钕氧化物的成本为每吨107,000美元。到2025年，价格预计将攀升至15万美元。铕的成本最高 - 每吨约712,000美元。如此昂贵的部分原因是稀土元素在化学上共生，难以彼此分离以获得纯物质。

2．稀土元素有何应用？

许多稀土元素的应用具有高度特异性，替代品较差或未知：

*用于计算机监视器和电视的彩色阴极射线管和液晶显示器使用铕作为红色荧光体。

*铽用于制造平板电视和激光的绿色荧光粉。

*镧对炼油行业至关重要，炼油行业使用它制造流体裂化催化剂，将原油转化为精炼汽油的效率提高7％。

*可充电电池。

*汽车污染控制催化剂。

*钕是用于制造高效电动机的高强度永磁体的关键。另外两种稀土元素矿物 - 铽和镝 - 加入到钕中，使其在高温下保持磁性。

*光纤电缆可以长距离传输信号，因为它们包含周期性间隔长度的掺铒光纤，可用作激光放大器。

*氧化铈用作玻璃的抛光剂。几乎所有抛光玻璃产品，从普通镜子和眼镜到精密镜片，用CeO2完成。

*钆用于固态激光器，计算机存储芯片，高温耐火材料和低温制冷剂，用于改善铁，铬和相关合金的高温特性。

*钇、镧、铈、铕、钆和铽用于节能荧光灯。这些灯泡在产生的热量方面降低了70％，并且在使用电力方面效率提高了70％。

* REE在冶金中用作脱硫钢的合金剂，球墨铸铁中的结节剂，较轻的燧石，以及用作改善高温合金和镁、铝和钛合金性能的合金元素。

*稀土元素在核工业中用于控制棒、稀释剂、屏蔽、探测器和计数器。

*稀有金属可降低电源线的摩擦力，从而减少漏电。

稀土元素的军事应用包括：

爱国者导弹防空系统用于磁控雷达和导弹中的电子信号流的射频循环器需要稀土：钆、钐、钇。

用于坦克和装甲车等车载系统的激光器和航空电子终端需要的稀土：镝、铒、铕、钕、镨、铽和钇。

精确制导弹药（PGM）涉及多种导弹，包括巡航、反舰（ASM）和地对空（SAM）以及掩体破坏者，需要的稀土：镝、钕、镨、钐和铽。

导弹和炸弹朝向目标的制导和控制系统需要稀土：铽、镝、钐、镨和钕。

电子战中的高容量电源、蓄电池和电子干扰设备需要稀土：钇铁石榴石。

驱逐舰中的永磁电机需要稀土：铽、镝、钐、镨和钕。

F-22“猛禽”和F-35“闪电II”隐形战斗机在发动机中使用了6％的铼，铒也被添加到钒钢中。飞机中的电气系统采用钐钴永磁体来发电。

3. 稀土重要性

人们之所以重视稀土，就是因为稀土每个成员均有特性，个个身手不凡，在高精尖端科技领域各显神通。如铈的合金耐高热，可以用来制造喷气式推进器零件，作为玻璃添加剂，能吸收紫外线与红外线，应用到汽车尾气净化催化剂中，可有效防止大量汽车废气排到空气中。在医疗上，钆的水溶性顺磁络合物，可提高人体的核磁共振成像信号；铥可用作医用轻便X光机射线源，用以制造便携式血液辐射仪，这种辐射仪放射出X射线照射血液并使白细胞下降，从而减少了器官移植早期的排异反应。由于对肿瘤组织具有较高亲和性，铥还可应用于肿瘤的临床诊断和治疗。

几乎每隔3~5年，科学家们就能够发现稀土的新用途，每6项发明中，就有一项离不开稀土。在炼钢过程中，仅需在钢中加入少量稀土，就能使原本优质的钢变得更加“坚强”，提高其使用寿命。在军事领域，稀土能够大幅度提高武器装备的合金战术性能，如海湾战争中，加入稀土元素镧的夜视仪成了美军坦克压倒性优势的来源。在核能领域，稀土元素钆及其同位素都是最有效的中子吸收剂，可用作控制核电站的连锁反应级别的抑制剂，成为核反应堆的“安全保护神”。随着科学技术的发展，稀土科技领域的拓展和延伸，稀土元素将会有更广阔的利用空间。