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重稀土
來源:互聯(lián)網(wǎng)

因為其廣泛應(yīng)用于鋼鐵、玻璃、陶瓷、電子、石油等各種行業(yè),被稱為“工業(yè)味精”。

概述

根據(jù)ree物理化學(xué)性質(zhì)和地球化學(xué)性質(zhì)的某些差異和分離工藝的要求,學(xué)者們往往把稀土類元素分為輕、重兩組或者輕、中、重三組。兩組的分法以為界,釓以前的、、、、、釤、7個元素為輕稀土元素,亦稱鈰組稀土元素;釓及釓以后的、鏑、、鉺、、、和等9個元素稱為重稀土元素,亦稱釔組稀土元素。盡管釔的原子量僅為89,但由于其離子半徑在其它重稀土元素的離子半徑鏈環(huán)之中,其化學(xué)性質(zhì)更接近重稀土元素。在自然界也與其它重稀土元素共生。故它被歸為重稀土組。輕中重三組稀土的分類法沒有一定之規(guī),如按稀土硫酸復(fù)鹽溶解度大小可分為:難溶性鈰組即輕稀土組,包括鑭、鈰、鐠、釹、釤;微溶性鋱組即中稀土組,包括銪、釓、鋱、鏑;較易溶性的釔組即重稀土組,包括釔、鈥、鉺、銩、鐿、镥。然而各組之間相鄰元素間的溶解度差別很小,用這種方法是分不凈的。多用萃取法分組,例如用二(2)乙基已基(磷酸)即p204可在釹/釤間分組,然后再在釓/鋱間分組等。這們,鑭、鈰、鐠、釹稱為輕稀土,釤、銪、釓稱為中稀土,鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥再加上釔稱為重稀土。

主要元素

簡介

英文名:heavyRare地球 elements

原子序數(shù)從64~71,加上39號元素,釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)、釔(Y)稱為重稀土元素,又稱釔組(yttriumgroup)。

稀土在地殼中的含量并不稀少,這組元素的克拉克值達(dá)0.0236%,其中鈰組元素為0.01592%,釔組元素為0.0077%;比常見元素銅(0.01%),鋅(0.005%),錫(0.004%),鉛(0.0016%),鎳[niè](0.008%),鈷(0.003%)等都多。

重稀土因具有獨(dú)特的物理化學(xué)特性,廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代高科技、國防安全及新能源等戰(zhàn)略領(lǐng)域,是推動產(chǎn)業(yè)升級和技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵戰(zhàn)略資源。以下具體闡述各類稀土元素的實際應(yīng)用,以助于區(qū)分輕稀土與重稀土。

鑭的應(yīng)用非常廣泛,如應(yīng)用于壓電材料、電熱材料、熱電材料、磁阻材料、發(fā)光材料(蘭粉)、貯氫材料、光學(xué)玻璃、激光材料、各種合金材料等。她也應(yīng)用到制備許多有機(jī)化工產(chǎn)品的催化劑中,光轉(zhuǎn)換農(nóng)用薄膜也用到鑭,在國外,科學(xué)家把鑭對作物的作用賦與"超級鈣"的美稱。

1、鈰作為玻璃添加劑,能吸收紫外線與紅外線,現(xiàn)已被大量應(yīng)用于汽車玻璃。不僅能防紫外線,還可降低車內(nèi)溫度,從而節(jié)約空調(diào)用電。從1997年起,日本汽車玻璃全加入氧化鈰,1996年用于汽車玻璃的氧化鈰至少有2000噸,美國約1000多噸。

2、正將鈰應(yīng)用到汽車尾氣凈化催化劑中,可有效防止大量汽車廢氣排到空氣中美國在這方面的消費(fèi)量占稀土總消費(fèi)量的三分之一以上。

3、硫化鈰可以取代鉛、鎘等對環(huán)境和人類有害的金屬應(yīng)用到顏料中,可對塑料著色,也可用于涂料、油墨和紙張等行業(yè)。領(lǐng)先的是法國羅納普朗克公司。

4、Ce:LiSAF激光系統(tǒng)是美國研制出來的固體激光器,通過監(jiān)測色氨酸濃度可用于探查生物武器,還可用于醫(yī)學(xué)。鈰應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛,幾乎所有的稀土應(yīng)用領(lǐng)域中都含有鈰。如拋光粉、儲氫材料、熱電材料、鈰鎢電極、陶瓷電容器、壓電陶瓷、鈰碳化硅磨料、燃料電池原料、汽油催化劑、某些永磁材料、各種合金鋼及有色金屬等。

1、鐠被廣泛應(yīng)用于建筑陶瓷和日用陶瓷中,其與陶瓷釉混合制成色釉,也可單獨(dú)作釉下顏料,制成的顏料呈淡黃色,色調(diào)純正、淡雅。

2、用于制造永磁體。選用廉價的鐠釹金屬代替純釹金屬制造永磁材料,其抗氧性能和機(jī)械性能明顯提高,可加工成各種形狀的磁體。廣泛應(yīng)用于各類電子器件和馬達(dá)上。

3、用于石油催化裂化。以鐠釹富集物的形式加入Y型沸石分子篩中制備石油裂化催化劑,可提高催化劑的活性、選擇性和穩(wěn)定性。我國70年代開始投入工業(yè)使用,用量不斷增大。

4、鐠還可用于磨料拋光。另外,鐠在光纖領(lǐng)域的用途也越來越廣。

釹元素的到來活躍了稀土領(lǐng)域,在稀土領(lǐng)域中扮演著重要角色,并且左右著稀土市場。的最大用戶是釹鐵硼永磁材料釹鐵硼永磁體的問世,為稀土高科技領(lǐng)域注入了新的生機(jī)與活力。釹鐵硼磁體磁能積高,被稱作當(dāng)代"永磁之王",以其優(yōu)異的性能廣泛用于電子、機(jī)械等行業(yè)。阿爾法磁譜儀的研制成功,標(biāo)志著我國釹鐵硼磁體的各項磁性能已跨入世界水平。釹還應(yīng)用于有色金屬材料。在鎂或鋁合金中添加1.5~2.5%釹,可提高合金的高性能、氣密性和耐腐蝕性,廣泛用作航空航天材料。另外,摻釹的釔鋁石榴石產(chǎn)生短波激光束,在工業(yè)上廣泛用于厚度在10mm以下薄型材料的焊接和切削。在醫(yī)療上,摻釹釔鋁石榴石激光器代替手術(shù)刀用于摘除手術(shù)或消毒創(chuàng)傷口。釹也用于玻璃和陶瓷材料的著色以及橡膠制品的添加劑。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,稀土科技領(lǐng)域的拓展和延伸,釹元素將會有更廣闊的利用空間。

钷為核反應(yīng)堆生產(chǎn)的人造放射性元素,主要用途如下:

1、可作熱源。為真空探測和人造衛(wèi)星提供輔助能量。

2、Pm147放出能量低的β射線,用于制造钷電池。作為導(dǎo)彈制導(dǎo)儀器及鐘表的電源。此種電池體積小,能連續(xù)使用數(shù)年之久。此外,钷還用于便攜式X-射線儀、制備熒光粉、度量厚度以及航標(biāo)燈中。

釤鈷磁體是最早得到工業(yè)應(yīng)用的稀土磁體。這種永磁體有SmCo5系和Sm2Co17系兩類。70年代前期發(fā)明了SmCo5系,后期發(fā)明了Sm2Co17系。以后者的需求為主。釤鈷磁體所用的氧化釤的純度不需太高,從成本方面考慮,主要使用95%左右的產(chǎn)品。此外,氧化釤還用于陶瓷電容器和催化劑方面。另外,釤還具有核性質(zhì),可用作原子能反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)材料,屏敝材料和控制材料,使核裂變產(chǎn)生巨大的能量得以安全利用。

氧化銪大部分用于熒光粉。Eu用于紅色熒光粉的激活劑,Eu用于藍(lán)色熒光粉。Y2O2S:Eu是發(fā)光效率、涂敷穩(wěn)定性、回收成本等最好的熒光粉。再加上對提高發(fā)光效率和對比度等技術(shù)的改進(jìn),故正在被廣泛應(yīng)用。氧化銪還用于新型X射線醫(yī)療診斷系統(tǒng)的受激發(fā)射熒光粉。氧化銪還可用于制造有色鏡片和光學(xué)濾光片,用于磁泡貯存器件,在原子反應(yīng)堆的控制材料、屏敝材料和結(jié)構(gòu)材料中也能一展身手。

1、其水溶性順磁配位化合物在醫(yī)療上可提高人體的核磁共振(NMR)成像信號。

2、其硫氧化物可用作特殊亮度的示波管和x射線熒光屏的基質(zhì)柵網(wǎng)。

3、在釓鎵石榴石中的釓對于磁泡記憶存儲器是理想的單基片。

4、無Camot循環(huán)限制時,可用作固態(tài)磁致冷介質(zhì)。

5、用作控制核電站的連鎖反應(yīng)級別的抑制劑,以保證核反應(yīng)的安全。

6、用作釤鈷磁體的添加劑,以保證性能不隨度而變化。另外,氧化釓與鑭一起使用,有助于玻璃化區(qū)域的變化和提高玻璃的熱穩(wěn)定性。氧化釓還可用于制造電容器、x射線增感屏。在世界上正在努力開發(fā)釓及其合金在磁致冷方面的應(yīng)用,現(xiàn)已取得突破性進(jìn)展,室下采用超導(dǎo)磁體、或其合金為致冷介質(zhì)的磁冰箱已經(jīng)問世。

1、熒光粉用于三基色熒光粉中的綠粉的激活劑,如鋱激活的磷酸鹽基質(zhì)、鋱激活的硅酸鹽基質(zhì)、鋱激活的鈰鎂鋁酸鹽基質(zhì),在激發(fā)狀態(tài)下均發(fā)出綠色光。

2、磁光貯存材料,鋱系磁光材料已達(dá)到大量生產(chǎn)的規(guī)模,用Tb-Fe非晶態(tài)薄膜研制的磁光光盤,作計算機(jī)存儲元件,存儲能力提高10~15倍。

3、磁光玻璃,含鋱的邁克爾·法拉第旋光玻璃是制造在激光技術(shù)中廣泛應(yīng)用的旋轉(zhuǎn)器、隔離器和環(huán)形器的關(guān)鍵材料。特別是鋱鏑鐵磁致伸縮合金(TerFenol)的開發(fā)研制,更是開辟了鋱的新用途,當(dāng)Terfenol置于一個磁場中時,其尺寸的變化比一般磁性材料變化大這種變化可以使一些精密機(jī)械運(yùn)動得以實現(xiàn)。鋱鏑鐵開始主要用于聲納,已廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域,從燃料噴射系統(tǒng)、液體閥門控制、微定位到機(jī)械致動器、機(jī)構(gòu)和飛機(jī)太空望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié)機(jī)翼調(diào)節(jié)器等領(lǐng)域。

1、作為釹鐵硼系永磁體的添加劑使用,在這種磁體中添加2~3%左右的鏑,可提高其矯頑力,過去鏑的需求量不大,但隨著釹鐵硼磁體需求的增加,它成為必要的添加元素,品位必須在95~99.9%左右,需求也在迅速增加。

2、鏑用作熒光粉激活劑,三價鏑是一種有前途的單發(fā)光中心三基色發(fā)光材料的激活離子,它主要由兩個發(fā)射帶組成,一為黃光發(fā)射,另一為藍(lán)光發(fā)射,摻鏑的發(fā)光材料可作為三基色熒光粉。

3、鏑是制備大磁致伸縮合金鋱鏑鐵(Terfenol)合金的必要的金屬原料,能使一些機(jī)械運(yùn)動的精密活動得以實現(xiàn)。

4、鏑金屬可用做磁光存貯材料,具有較高的記錄速度和讀數(shù)敏感度。

5、用于鏑燈的制備,在鏑燈中采用的工作物質(zhì)是碘化鏑,這種燈具有亮度大、顏色好、色高、體積小、電弧穩(wěn)定等優(yōu)點,已用于電影、印刷等照明光源。

6、由于鏑元素具有中子俘獲截面積大的特性,在原子能工業(yè)中用來測定中子能譜或做中子吸收劑。

7、Dy3Al5O12還可用作磁致冷用磁性工作物質(zhì)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,鏑的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)粩嗟耐卣购脱由臁?/p>

1、用作金屬鹵素?zé)籼砑觿饘冫u素?zé)羰且环N氣體放電燈,它是在高壓汞燈基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,其特點是在燈泡里充有各種不同的稀土鹵化物。主要使用的是稀土碘化物,在氣體放電時發(fā)出不同的譜線光色。在鈥燈中采用的工作物質(zhì)是碘化鈥,在電弧區(qū)可以獲得較高的金屬原子濃度,從而大大提高了輻射效能。

2、鈥可以用作釔鐵或釔鋁石榴石的添加劑。

3、摻鈥的釔鋁石榴石(Ho:YAG)可發(fā)射2μm激光,人體組織對2μm激光吸收率高,幾乎比Hd:YAG高3個數(shù)量級。所以用Ho:YAG激光器進(jìn)行醫(yī)療手術(shù)時,不但可以提高手術(shù)效率和精度,而且可使熱損傷區(qū)域減至更小。鈥晶體產(chǎn)生的自由光束可消除脂肪而不會產(chǎn)生過大的熱量,從而減少對健康組織產(chǎn)生的熱損傷,據(jù)報道美國用鈥激光治療青光眼,可以減少患者手術(shù)的痛苦。我國2μm激光晶體的水平已達(dá)到國際水平,應(yīng)大力開發(fā)生產(chǎn)這種激光晶體。

4、在磁致伸縮合金Terfenol-D中,也可以加入少量的鈥,從而降低合金飽和磁化所需的外場。

5、另外用摻鈥的光纖可以制作光纖激光器、光纖放大器、光纖傳感器等等光通訊器件在光纖通信將發(fā)揮更重要的作用。

1、Er在1550nm處的光發(fā)射具有特殊意義,因為該波長正好位于光纖通訊的光學(xué)纖維的最低損失,鉺離子(Er)受到波長980nm、1480nm的光激發(fā)后,從基態(tài)4I15/2躍遷至高能態(tài)4I13/2,當(dāng)處于高能態(tài)的Er再躍遷回至基態(tài)時發(fā)射出1550nm波長的光,石英光纖可傳送各種不同波長的光,但不同的光光衰率不同,1550nm頻帶的光在石英光纖中傳輸時光衰減率最低(0.15分貝/公里),幾乎為下限極限衰減率。因此,光纖通信在1550nm處作信號光時,光損失最小。這樣,如果把適當(dāng)濃度的鉺摻入合適的基質(zhì)中,可依據(jù)激光原理作用,放大器能夠補(bǔ)償通訊系統(tǒng)中的損耗,因此在需要放大波長1550nm光信號的電訊網(wǎng)絡(luò)中,摻鉺光纖放大器是必不可少的光學(xué)器件,摻鉺的二氧化硅纖維放大器已實現(xiàn)商業(yè)化。據(jù)報道,為避免無用的吸收,光纖中鉺的摻雜量幾十至幾百ppm。光纖通信的迅猛發(fā)展,將開辟鉺的應(yīng)用新領(lǐng)域。

2、另外摻鉺的激光晶體及其輸出的1730nm激光和1550nm激光對人的眼睛安全,大氣傳輸性能較好,對戰(zhàn)場的硝煙穿透能力較強(qiáng),保密性好,不易被敵人探測,照射軍事目標(biāo)的對比度較大,已制成軍事上用的對人眼安全的便攜式激光測距儀。

3、Er加入到玻璃中可制成稀土玻璃激光材料,是輸出脈沖能量最大,輸出功率最高的固體激光材料。 4、Er還可做稀土上轉(zhuǎn)換激光材料的激活離子。

5、另外鉺也可應(yīng)用于眼鏡片玻璃、結(jié)晶玻璃的脫色和著色等。

1、銩用作醫(yī)用輕便X光機(jī)射線源,銩在核反應(yīng)堆內(nèi)輻照后產(chǎn)生一種能發(fā)射X射線的同位素,可用來制造便攜式血液輻照儀上,這種輻射儀能使銩-169受到高中子束的作用轉(zhuǎn)變?yōu)殇A-170,放射出X射線照射血液并使白血細(xì)胞下降,而正是這些白細(xì)胞引起器移植排異反應(yīng)的,從而減少器的早期排異反應(yīng)。

2、銩元素還可以應(yīng)用于臨床診斷和治療腫瘤,因為它對腫瘤組織具有較高親合性,重稀土比輕稀土親合性更大,尤其以銩元素的親合力最大。

3、銩在X射線增感屏用熒光粉中做激活劑LaOBr:Br(藍(lán)色),達(dá)到增強(qiáng)光學(xué)靈敏度,因而降低了X射線對人的照射和危害,與以前鎢酸鈣增感屏相比可降低X射線劑量50%,這在醫(yī)學(xué)應(yīng)用具有重要現(xiàn)實的意義。

4、銩還可在新型照明光源金屬鹵素?zé)糇鎏砑觿?/p>

5、Tm加入到玻璃中可制成稀土玻璃激光材料,這是輸出脈沖量最大,輸出功率最高的固體激光材料。Tm也可做稀土上轉(zhuǎn)換激光材料的激活離子。

1、作熱屏蔽涂層材料。鐿能明顯地改善電沉積鋅層的耐蝕性,而且含鐿鍍層比不含鐿鍍層晶粒細(xì)小,均勻致密。

2、作磁致伸縮材料。這種材料具有超磁致伸縮性即在磁場中膨脹的特性。該合金主要由鐿/鐵氧體合金及鏑/鐵氧體合金構(gòu)成,并加入一定比例的錳,以便產(chǎn)生超磁致伸縮性。

3、用于測定壓力的鐿元件,試驗證明,鐿元件在標(biāo)定的壓力范圍內(nèi)靈敏度高,同時為鐿在壓力測定應(yīng)用方面開辟了一個新途徑。

4、磨牙空洞的樹脂基填料,以替換過去普遍使用銀汞合金。

5、日本學(xué)者成功地完成了摻鐿釓鎵石榴石埋置線路波導(dǎo)激光器的制備工作,這一工作的完成對激光技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展很有意義。另外,鐿還用于熒光粉激活劑、無線電陶瓷、電子計算機(jī)記憶元件(磁泡)添加劑、和玻璃纖維助熔劑以及光學(xué)玻璃添加劑等。

1、制造某些特殊合金。例如镥鋁合金可用于中子活化分析。

2、穩(wěn)定的镥核素在石油裂化、基化、氫化和聚合反應(yīng)中起催化作用。

3、釔鐵或釔鋁石榴石的添加元素,改善某些性能。

4、磁泡貯存器的原料。

5、一種復(fù)合功能晶體摻镥四硼酸鋁釔釹,屬于鹽溶液冷卻生長晶體的技術(shù)領(lǐng)域,實驗證明,摻镥NYAB晶體在光學(xué)均勻性和激光性能方面均優(yōu)于NYAB晶體。

6、經(jīng)國外有關(guān)部門研究發(fā)現(xiàn),镥在電致變色顯示和低維分子半導(dǎo)體中具有潛在的用途。此外,镥還用于能源電池技術(shù)以及熒光粉的激活劑等。

1、鋼鐵及有色合金的添加劑。FeCr合金通常含0.5-4%釔,釔能夠增強(qiáng)這些不銹鋼的抗氧化性和延展性;MB26合金中添加適量的富釔混合稀土后,合金的綜合性能得到明顯的改善,可以替代部分中強(qiáng)鋁合金用于飛機(jī)的受力構(gòu)件上;在Al-Zr合金中加入少量富釔稀土,可提高合金電導(dǎo)率;該合金已為國內(nèi)大多數(shù)電線廠采用;在銅合金中加入釔,提高了導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度。

2、含釔6%和鋁2%的氮化硅陶瓷材料,可用來研制發(fā)動機(jī)部件。

3、用功率400瓦的釹釔鋁石榴石激光束來對大型構(gòu)件進(jìn)行鉆孔、切削和焊接等機(jī)械加工。

4、由Y-Al石榴石單晶片構(gòu)成的電子顯微鏡熒光屏,熒光亮度高,對散射光的吸收低,抗高和抗機(jī)械磨損性能好。

5、含釔達(dá)90%的高釔結(jié)構(gòu)合金,可以應(yīng)用于航空和其它要求低密度和高熔點的場合。

6、倍受人們關(guān)注的摻釔SrZrO3高質(zhì)子傳導(dǎo)材料,對燃料電池、電解池和要求氫溶解度高的氣敏元件的生產(chǎn)具有重要的意義。此外,釔還用于耐高噴涂材料、原子能反應(yīng)堆燃料的稀釋劑、永磁材料添加劑以及電子工業(yè)中作吸氣劑等。

1、在冶金工業(yè)中,常用于制造合金(合金的添加劑),以改善合金的強(qiáng)度、硬度和耐熱和性能。如,在鐵水中加入少量的鈧,可顯著改善鑄鐵的性能,少量的鈧加入鋁中,可改善其強(qiáng)度和耐熱性。

2、在電子工業(yè)中,鈧可用作各種半導(dǎo)體器件,如鈧的亞硫酸鹽在半導(dǎo)體中的應(yīng)用已引起了國內(nèi)外的注意,含鈧的鐵氧體在計算機(jī)磁芯中也頗有前途。

3、在化學(xué)工業(yè)上,用鈧化合物作乙醇脫氫及脫水劑,生產(chǎn)乙烯和用廢鹽酸生產(chǎn)氯時的高效催化劑。

4、在玻璃工業(yè)中,可以制造含鈧的特種玻璃。

5、在電光源工業(yè)中,含鈧和鈉制成的鈧鈉燈,具有效率高和光色正的優(yōu)點。

6、自然界中鈧均以45Sc形式存在,另外,鈧還有9種放射性同位素,即40~44Sc和46~49Sc。其中,46Sc作為示蹤劑,已在化工、冶金及海洋學(xué)等方面使用。

7、在醫(yī)學(xué)上,國外還有人研究用46Sc來醫(yī)治癌癥。

信息、生物、新材料、新能源、空間和海洋被當(dāng)代科學(xué)家推為六大新科技群,人們之所以重視稀土、研究稀土、開發(fā)稀土、就是為稀土元素在這六大科技群中都有其施展本領(lǐng)的天地。然而ree畢竟還是一組尚不被人們完全認(rèn)識的元素,這就需要下大力氣去研究、認(rèn)識它們,從而去撐握它們,使它們對人類有更大的貢獻(xiàn),稀土元素必將在高科技的發(fā)展中煥發(fā)出勃勃生機(jī)。

區(qū)別

稀土被人們稱為新材料的“寶庫”,是各國科學(xué)家,尤其是材料專家最關(guān)注的一組元素,被美國、日本等國家有關(guān)部門列為發(fā)展高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵元素。有人認(rèn)為,隨著稀土元素的開發(fā),將會引發(fā)一場新的技術(shù)革命。

稀土元素最初是從瑞典產(chǎn)的比較稀少的礦物中發(fā)現(xiàn)的,“土”是按當(dāng)時的習(xí)慣,稱不溶于水的物質(zhì),故稱稀土。稀土的英文是RareEarth,意即“稀少的土”。人類第一次從天然礦物中發(fā)現(xiàn)稀土是1794年。ree之間的性質(zhì)相近,在自然界中往往共生在一起,1794年首次發(fā)現(xiàn)的是混合稀土。由于當(dāng)時科學(xué)技術(shù)水平的限制,人們只能制得一些不純凈的、像土一樣的氧化物,故人們便給這組元素留下了這么一個別致有趣的名字。隨著科技的進(jìn)步,以后才逐漸將它們彼此分離出來。從發(fā)現(xiàn)稀土到將17個稀土元素找齊(最后一個稀土元素是1947年發(fā)現(xiàn)的),共經(jīng)歷了150多年。

根據(jù)國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會對稀土元素的定義,稀土類元素是德米特里·門捷列夫元素周期表第三副族中原子序數(shù)從57至71的15個鑭系金屬,即鑭(57)、鈰(58)、鐠(59)、釹(60)、钷(61)、釤(62)、銪(63)、釓(64)、鋱(65)、鏑(66)、鈥(67)、鉺(68)、銩(69)、鐿(70)、镥(71),再加上與其電子結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)相近的鈧(21)和釔(39),共計17個元素。除鈧與钷外,其余15個元素往往共生。

ree在元素周期表中的位置十分特殊,17個元素同處在第ⅢB族,鈧、釔、鑭、分別為第四、五、六、長周期中過渡元素系列的第一個元素。鑭與其后的14個元素性質(zhì)十分相似,化學(xué)家們只能把它們放入一個格子內(nèi),難怪有人把它們當(dāng)成“同位素”對待,然而由于其原子序數(shù)不同,還不能算作真正的同位素。就是說,它們性質(zhì)十分相似,又不完全一樣,這就造成了這組元素分離的困難,但也表明只要利用其微小的差別,分離又是可能的。

稀土元素是典型的金屬元素。它們的金屬活潑性僅次于堿金屬堿土金屬元素,而比其他金屬元素活潑。在17個ree當(dāng)中,按金屬的活潑次序排列,由鈧,釔、鑭遞增,由鑭到镥遞減,即鑭元素最活潑。稀土元素能形成化學(xué)穩(wěn)定的氧化物、鹵化物、硫化物。稀土元素可以和氮、氫、碳、磷發(fā)生反應(yīng),易溶于鹽酸、硫酸和硝酸中。

稀土易和氧、硫、鉛等元素化合生成熔點高的化合物,因此在鋼水中加入稀土,可以起到凈化鋼的效果。由于稀土元素的金屬原子半徑比鐵的原子半徑大,很容易填補(bǔ)在其晶粒及缺陷中,并生成能阻礙晶粒繼續(xù)生長的膜,從而使晶粒細(xì)化而提高鋼的性能。

ree具有未充滿的4f電子層結(jié)構(gòu),并由此而產(chǎn)生多種多樣的電子能級。因此,稀土可以作為優(yōu)良的熒光,激光和電光源材料以及彩色玻璃、陶瓷的釉料。稀土離子與羥基、偶氮基或磺基等形成結(jié)合物,使稀土廣泛用于印染行業(yè)。而某些稀土元素具有中子俘獲截面積大的特性,如釤、銪、釓、鏑和鉺,可用作原子能反應(yīng)堆的控制材料和減速劑。而鈰、釔的中子俘獲截面積小,則可作為反應(yīng)堆燃料的稀釋劑。

稀土具有類似微量元素的性質(zhì),可以促進(jìn)農(nóng)作物的種子萌發(fā),促進(jìn)根系生長,促進(jìn)植物的光合作用。

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