稀土材料的应用及发展

　　摘要:本文以综述的形式介绍了稀土冶金材料，稀土发光材料，石油化工，玻璃陶瓷等方面的应用情况和发展前景。

　　关键词:稀土材料;发展;应用

　　稀土元素是元素周期表中镧系元素系稀土类元素群的总称[1～2]，包含钪(Sc)、钇(Y)及镧系中的镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)等共17个元素。由于17个元素位于元素周期表同一族———ⅢB，造成物化性质有一定相似性。特别是镧系的15个元素(La—Lu)均位于周期表的同一格內，它们的性质更为接近，分离成单一元素时十分困难。

　　但是它们本身是17个不同的元素，尤其在电子结构，原子及离子半径等方面又有显著的不同，其特异性能来源于稀土元素具有特异的4f电子构型，大的原子磁矩，非常强的自旋轨道耦合等因素，稀土元素与其他元素形成稀土配合物时，配位数可在3～12之间变化，稀土化合物的晶体结构也是多元化的。在各种材料的制备加工过程中，添加稀土元素可以明显提高产品的性能和制备工艺，目前稀土永磁材料是已知的综合性能最好的一种永磁材料。另外，稀土材料在发光、贮氢、超导材料及军事和农业等领域也有着广泛的应用。

　　1冶金工业

　　稀土永磁材料是目前综合性能最高的一种永磁材料，它比铁氧体和铝镍钴性能都要优越。在熔炼的钢中加入稀土元素，可以改善钢铁在加工过程中的性能，同时也可以去除一些有害杂质，因为他们的熔点低，在熔炼过程中易去除。还有一些铸铁被广泛的应用在汽车，柴油机等机械制造业中，这是由于这种铸铁在加工的过程中利用稀土硅铁合金等作为球化剂，使其具有被生产复杂器件的性能。为了提高合金不同温度下的性能，在加工铝、铜、锌等合金的过程中可以添加稀土元素。

　　2发光材料

　　稀土的发光和激光性能是由于稀土的4f电子在不同能级之间的跃迁产生的。由于稀土例子具有丰富的能级和4f电子活跃的特性，这就为多个领域提供了高性能的发光材料。比如现阶段电视机和之前的老一代电视机相比，在画面亮度和色彩鲜艳度方面都有明显提高，[3]这是由于将稀土荧光粉加入到电视机显像管中就能提高这些性能。现在医学领域也将发光材料应用到医学放射图像中，使图像更加清晰，鲜明。目前应用广泛的节能灯也是由金属卤化物发光材料制成的。

　　3石油化工

　　催化技术在化工产业中起到至关重要的作用。而稀土元素被广泛应用到制备催化剂的过程中，汽油、柴油等轻质油是在重油轻质化的二次加工的催化裂化过程中产生的，这就弥补了蒸馏方法得到轻质油比例低的缺点。在炼油过程中使用稀土分子筛裂化催化剂可使其成本降低20%，并使裂化装置生产能力提高30%～50%。

　　4玻璃陶瓷

　　稀土元素作为着色剂生产出的有色玻璃具有颜色鲜明，着色稳定等特点。稀土元素也可作为玻璃的脱色剂使用，如为了去除玻璃中的绿色，就需要在熔制玻璃过程中加入二氧化铈，因为二氧化铈对铁有氧化作用。稀土元素在生产特种陶瓷时也起到十分重要的作用，为了改变Al2O3的产品性能，可以将少量的Y2O3外加剂加入到Al2O3陶瓷中，可以有效的降低陶瓷的烧结温度。[4]

　　西安交通大学的邹秦等人制得了工艺性能良好陶瓷材料，其保持了电阻率低(ρ为10-2Ω/cm量级)、非线性高(非线性系数α>10)的介电-压敏复合功能特性。他们采用的工艺是略去了Nb5+、Ta5+等离子的涂覆过程，直接在(Sr，Ca)TiO3中掺杂了Y3+、La3+进行热扩散。

　　5农业方面

　　稀土元素可以促进农作物种子的萌发。在研究过程中发现，为了提高水稻、小麦等农作物的发芽率和成活率，可以将其种子浸泡在一定浓度的稀土溶液中已达到目的。稀土元素可以改变农作物的品质，提高农作物产量。色氨酸作为生长素物质的前体，为了增加它的含量，将农作物的种子经过稀土元素进行处理，从而促进了植物茎叶的生长。

　　稀土还能促进种子萌发，提高种子发芽率，促进幼苗生长。除了以上主要作用外，稀土元素还具有提高农作物抗病性能的作用。稀土元素可以促进农作物对土壤养分中钾元素的吸收，钾元素是保障农作物健壮生长的必要元素。为了有效的防止病菌对植株的伤害，就研究出一套植株互保的方法，这种方法就是利用稀土元素，提高了植株体内氧化酶的活性，增加了其内部酚类物质的含量。

　　6军事方面

　　稀土有工业“黄金”之称，由于其具有优良的光电磁等物理特性，能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料，其最显著的功能就是大幅度提高其他产品的质量和性能。[5]比如镧元素可以用于战斗机的夜视装备，它不光可以增加驾驶员的可视距离，同时可以让驾驶员在黑暗的作战条件下看清前方的物体。稀土元素同样可以用来制作防辐射材料，被广泛的用于坦克，装甲车等军事装备中。稀土科技在军事上的应用，先进的战争手段，在一定程度上影响了一些国家的战略地位。

　　7结语

　　我国虽是稀土储量大国，但与美国、日本等国家相比在材料的研究，开发及应用等方面还相差甚远。国家加大力度研究稀土，重视对稀土材料的技术创新，将稀土资源优势转化为经济优势。稀土材料的种类众多，用途范围之广，随着科研的不断进步，新的稀土材料必将不断涌现，稀土材料产业将有着更深远的发展前景。

　　参考文献：

　　[1]刘光华.稀土材料学[M].化学工业出版社，2007.

　　[2]徐光宪.稀土(第二册，下册)[M].北京:冶金工业出版社，1995.

　　[3]李建宇.稀土发光材料及其应用[M].北京:化学工业出版社，2003.

　　[4]郑子樵，李红英.稀土功能材[M].北京:化学工业出版社，2003.

　　[5]梁小蕊，江炎兰，等.稀土材料的应用及发展趋势[J].化学工程师，2011.

　　化学方向刊物推荐：《化学工程师》(月刊)创刊于1970年，由原化工部科技情报所、黑龙江省化工学会和黑龙江省化工研究院联合创办的，现由黑龙江省化工研究院、黑龙江省化工学会联合主办的综合性化工科技类月刊，是黑龙江省唯一的一本反映化工及与化工专业相关的科技类学术期刊。本刊主要面向各大中小型石油、化工、医药、农药等行业的科研、企业、设计、贸易等单位发行。是科研及企业管理者的良师益友。