“是什么成就了稀土这张王牌”

本篇文章2771字，读完约7分钟

稀土非土在化学元素周期表中，稀土是镧系元素、钪、钇共17种金属元素的总称。

作为不可再生的稀缺性战术资源，被称为“工业维生素”、“新材料之母”，广泛应用于尖端科技行业和军事行业。

在炼钢过程中，只需向钢中添加少量稀土，就能使本来高质量的钢更“坚固”，提高其寿命。

在军事行业，稀土能够大幅提高武器装备的合金战略性能，例如海湾战争中，加入稀土元素镧的夜视仪成为美军坦克压倒性特征的来源。

在核能行业中，稀土元素钆及其同位素是最有效的中子吸收剂，用作控制核电站链式反应水平的抑制剂，成为核反应堆的“安全保护神”……

现实中，从手机画面到数码相机、导弹、雷达、潜水艇，稀土随处可见。 作为不可再生的稀缺性战术资源，被称为“工业维生素”、“新材料之母”，广泛应用于尖端科技行业和军事行业。 那么，稀土是怎么被发现的呢？ 如何开始新的用途发现之旅？ 科技日报记者就这些问题采访了稀土分离技术的专家。

4个“世界第一”我国可以供应所有稀土元素

不溶于水的固体氧化物通常称为土，例如氧化铝称为“陶土”，氧化钙称为“碱土”等。 事实上，稀土是镧、钪、钇等17种金属元素的总称。 当时，冶炼提纯困难，用于提取这类元素的矿物稀少，所得氧化物难溶于水，不容易分离，外观酷似“土壤”，被称为稀土，从18世纪至今。

稀土“大家庭”有轻稀土和中重稀土之分。 镧、铈、镨、钕、钹、钐、铕是轻稀土元素，也称为铈组稀土元素； 钪、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镤和钇是中重稀土元素，也称为钇组稀土元素。 两者的元素原子电子层结构和物理化学性质以及它们在矿物中的共生状况和离子半径不同。

在应用上，轻稀土也被业内人士称为“假稀土”，库存大，应用广，但价值相对低廉。 稀土资源匮乏，可用于航天、军事、国防及新材料合成等高科技行业，价格高，可替代性小。

上述专家指出，稀土元素在地壳中分布非常广泛，但非常不均匀，其中稀土储量大的有亚洲的中国、印度、北美的美国、加拿大、俄罗斯、澳大利亚、南非、埃及等几个 我国稀土矿藏丰富，占四个世界第一位:资源储量第一，占23%左右的产量第一，占世界稀土商品量80%至90%的销量第一，60%至70%的稀土产品出口海外第一。

不仅如此，我国南方的离子型矿还有世界70%以上的重稀土资源，主要分布在我国江西、广东、福建、广西等省，其重稀土达到30%—80%，是具有绝对竞争特点的战术资源。 中国是目前世界上唯一能供应所有稀土元素的国家。

充满历史误解的“双胞胎兄弟”被认为是“一体的身体”

稀土元素于1794年由芬兰化学家加德环从未知矿物中发现，也就是铍钇矿中发现了“钇土”(钇)。 自1794年发现钇土以来，1947年提取了最后的稀土元素钹，前后共经过了150多年，期间充满了许多历史性的误解。

上述专家称，事实上，稀土元素最早是在北欧发现的，1787年，业余矿物学家阿伦尼斯在斯德哥尔摩附近的一个叫伊特比的小村庄里发现了他从未见过的黑色矿石，并借用这个村名为yteerite。 1794年，加德环声称从该矿物中发现了新元素“钇土”，将其命名为yteelium (钇)。

人们把这一年视为最初发现稀土元素“钇”的年代。 其实，这是误会。 因为，加多林当初发现的“钇土”不是稀土元素，只能说是“钇群稀土”混合氧化物。 后来的科学家从这“钇土”中相继发现了镱、铒、铽等重稀土元素。 原来化学家们把这些“孪生兄弟”看成是“一个身体”。 同样的误解也会发生在轻稀土上。

中国最早的稀土矿于1934年被发现，可知人是何作霖教授。 此后，中国地质科学工作者不断探索和总结中国地质构造演化、快速发展的优势，运用和创立新的成矿理论，在全国范围内发现和揭示了重要的稀土矿床，并发现我国稀土资源成矿条件好，分布面广，北轻南重，有价元素含量高

稀土元素中15个“成员”来自巨大的“家族”镧系元素，是元素周期表中从第57个元素镧到第71个元素镨的15种元素的总称。

从物理性质上看，镧系金属为银白色，柔软，具有延展性。 活性强，仅次于碱金属和碱土金属，需要隔绝空气体后保留。 镧系金属是强还原剂，其还原能力仅次于金属镁( mg )，其反应性可与铝比较。 随着原子序数的增加，还原能力有逐渐减弱的趋势，其电子位于内层4f轨道，外层电子的构型基本相同。 这是因为这些“成员”的化学性质比较相似。

各自的本领开启现代应用发现之旅

由于各种稀土元素的性质极其相似，因此多以氧化物混合物的形式存在于各种复杂的矿物中。 因为这种稀土元素的分离和纯化是极其困难的工作。 直到1947年，美国科学家发明了用离子交换法分离稀土，著名学者西班牙改进了离子交换法的技术，制造了公斤级纯单一稀土，为研究各种单一稀土的固有特征和稀土开发用途创造了基本条件。 人们逐渐认识到稀土丰富的光、电、磁、核性质，为各种稀土功能新材料和新器件的研制与应用奠定了基础。

新闻、生物、新材料、新能源、空之间和海洋被现代科学家推向6个新科技群，人们重视稀土、研究稀土、开发稀土，稀土各成员各具特点，各具高精尖。 目前，稀土元素生产的稀土永磁、发光、储氢、催化剂等功能材料已是先进装备制造业、新能源等高新技术产业不可缺少的原材料，广泛应用于电子、石油化工、治金、机械、新能源、轻工、环保、农业等

为了使镧可以应用于制造多种有机化工产品的催化剂和光转化农用膜，国外将镧对作物的作用赋予了“超级钙”的美称。 铈的合金耐高温，可用于制造喷气推进器零件，可作为玻璃添加剂吸收紫外线和红外线，也可作为优良的环保材料，应用于汽车尾气净化催化剂，可以比较有效地防止大量的汽车尾气排放到空气体中

钕的最大客户是钕铁硼永磁材料，以其优异的性能广泛应用于电子、机械等领域，钕铁硼永磁的诞生为稀土高科技行业注入了新的生命力和活力。 被誉为现代“永磁之王”，其中阿尔法磁谱仪的研制成功，标志着我国钕铁硼磁体的各项磁性能已达到世界一流水平。

从医疗角度来说，钆的水溶性顺磁络合物可以提高人体的核磁共振成像信号。 铥可以作为医疗用轻型x光机的放射源，发射x光照射血液，降低白细胞，减少器官移植早期的排斥反应。 由于对肿瘤组织亲和性高，铥还可以用于肿瘤的临床诊断和治疗。

另外，稀土还可以作为优良的荧光、激光和电光源材料、彩色玻璃、陶瓷的釉料。 稀土离子与羟基、偶氮基或磺酸基等形成络合物，将稀土广泛用于印染领域。 一些稀土元素具有钐、铕、钆、镝、铒等中子俘获截面积大的特点，可以作为核反应堆的控制材料和减速剂。 铈、钇的中子捕捉截面积小时，会成为核反应堆燃料的稀释剂。

几乎每3~5年，科学家们就能发现稀土的新用途，六项发明中就有一项离不开稀土。 随着科学技术的飞速发展，稀土科技行业的扩大和扩张，稀土元素将处于更广的利用率空之间。 (谢开飞)

来源：人民视窗网