稀土发展史

稀土发展史于海燕应化13031050113313摘要：稀土已成为21世纪全球现代工业化建设中不可或缺的资源，有着重要的战略价值。研究我国稀土现状，发现其中的问题和潜力，实现稀土产业可持续发展，具有重要意义。本文介绍了稀土的发现史和发展史概况，提出了我国稀土战略可持续发展对策。关键词：发现史；新材料；可持续发展引言稀土元素于18世纪末首次被发现，当时人们把不溶于水的固体氧化物称为土，例如，氧化铝被称为“陶土”，氧化钙被称为”碱土“等。虽然实际上稀土在自然界的储量巨大，但是由于稀土一般是以氧化物状态分离出来的，冶炼提纯在当时来说是非常困难的，所以显得比较稀少，因而得名为稀土（RareEarth，简称RE或R）。从1794年第一个稀土元素钇被发现，到1947年最后一个稀土元素钷被发现，历时整整153年。1稀土发现史1794年芬兰化学家加多林（J.Gadolin）在一种名叫Yteerite的黑色矿石中发现了新元素钇，其实，加多林发现的“钇土”是“钇组稀土”混合氧化物，后来科学家们在其中发现了镱、铒、铽等重稀土元素。而1803年瑞典化学家伯采利乌斯（J.J.Berzelius）和他的老师黑新格尔（W.Hisingerr）发现新元素“铈土”，这里的“铈土”也是“铈组稀土”的混合氧化物。从中可以分离出镧、镨、钕等轻稀土元素。1839年，瑞典化学家莫桑德尔（CarlMosander）发现了新元素镧（希腊语中意为隐藏者），1841年，他又从铈土中发现了镨钕化合物，命名为“迪迪姆”（希腊语中意为孪生子）。直到1885年，奥地利化学家韦尔斯巴克（C.F.AuerVonWelsbach）才发现“迪迪姆”并非镨钕化合物而是单一的镨和钕元素，很难想象，从镨钕化合物的发现到真正发现单一的镨钕元素竟然历时44年。直到1947年，美国人马林斯克（J.A.Marinsky）和他的同事们格兰德宁（L。E。Glendenin）和科列尔（C。D。Coryell）从原子反应堆铀裂变产物中用离子交换分离出最后一个稀土元素钷，才算完成了17个稀土元素的发展历史，这17种元素分别是镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥钇、钪。事实上，化学元素周期表的创始人门捷列夫在世时，化学家只发现了钇、镧、铈、铒和镨钕化合物，但是门捷列夫已经意识到稀土元素对元素周期表的深远影响，他曾经写道：“（稀土）这是周期表中最难的问题之一”，所以他为稀土元素在周期表上留下了位置。2稀土的应用及发展2.1稀土贮氢材料贮氢材料是在一般温和条件下，能反复可逆地（通常在一万次以上）吸入和放出氢的材料，这种材料的开发使得氢作为能源被实用化成为可能。在能源短缺和环境污染日益严重的今天，贮氢材料的开发与应用自然成为研究的热点。稀土与过渡族元素的金属间化合物MMNi5(MM为混合稀土金属)及LaNi5是优良的吸氢材料，可用作氢的提纯、分离和回收。稀土贮氢材料的另一项重要应用是可以被用作Ni/MH电池的阴极材料。镍氢电池与传统的镍镉电池相比，其能量密度提高两倍，且无污染，被称为绿色能源。Ni/MH电池应用十分广泛，如笔记本电脑、计算机、摄像机、收录机、数码相机、通讯器材等，还有一项潜在的重要用途为电动汽车。2.2稀土发光和激光材料稀土元素无论被用作发光材料的基质成分，还是被用作激活剂，共激活剂，敏化剂或掺杂剂，所制成的发光材料一般统称为稀土发光材料。它的优点是吸收能力强，转换率高，可发射从紫外到红外的光谱，在可见光区域，有很强的发射能力，且物理化学性质稳定。稀土发光材料因其激发方式不同又可分为稀土阴极射线发光材料、稀土光致发光材料、X射线稀土发光材料、稀土闪烁体、稀土上转换发光材料及其它稀土功能发光材料。目前，稀土发光材料主要用于彩电显像管、计算机显示器、照明、医疗设备等方面。稀土发光材料用量最大的是彩电显像管、计算机显示器、稀土三基色节能灯、PDP等离子显示屏。稀土发光材料的另一项重要应用是稀土三基色节能灯，它使用的稀土三基色荧光粉是光致发光材料，稀土节能灯发光效率高，节约电力，其开发应用受到世界各国重视。此外，还有稀土上转换发光材料，广泛用于红外探测。例如，某些上转换稀土发光材料如BaYF5∶Yb,Er可将红外线转换成可见光，夜视镜中使用的就是这种材料。稀土激光材料是与激光同时诞生的，稀土是激光工作物质中的重要元素，90%的激光材料都与稀土有关。稀土激光材料广泛用于通讯、医疗、信息储存、切割和焊接等方面，可分为固液气三大类，稀土固体激光材料的应用最广。稀土固体激光材料又可以分为晶体、玻璃、光纤及化学计量激光材料。稀土光纤激光材料在现代光纤通讯中起着重要作用，虽然稀土在光纤中用量很少，世界总用量仅为公斤级，但所起的作用是决定性的。光信号直接放大技术是为补偿长距离传送过程中光衰减而开发的。掺铒光纤放大器(EDFA)的开发应用及其它高技术的发展，使现代光纤通信取得了长足的进步。2.3稀土永磁材料稀土永磁材料因其合金成份不同，目前可分为三类:(1)稀土-钴永磁材料：SmCo5、Sm2Co17;(2)稀土-铁永磁材料：Nd2Fe14B;(3)稀土铁氮(RE-Fe-N系)或稀土铁碳(RE-Fe-C系)永磁材料。Sm2Co17开发时间最早，具有较高的磁性能和稳定性，得到了广泛的应用。80年代Nd2Fe14B型稀土永磁体问世，因其优异的性能和低廉的价格在许多领域取代了Sm2Co17型稀土永磁体，并很快实现了工业化生产。NdFeB永磁体已广泛地用于能源、交通、机械、医疗、计算机、家电等领域。中国NdFeB产量较高，但中国NdFeB产业仍未形成规模化经营，产品多为中低档产品，磁能积（衡量磁体所储存能量大小的重要参数之一）一般小于45MGOe，多为40MGOe以下产品，因而多用于音响器材、磁化器、磁选机等中低档领域；而日本NdFeB生产只集中于几个大厂，其产品多为40MGOe以上产品，多用于计算机VCM、新型电机、MRI等高技术领域。2.4稀土功能陶瓷稀土陶瓷材料中稀土元素是以掺杂的形式出现的，微量的稀土掺杂可以极大地改变陶瓷材料的烧结性能、微观结构、致密度、相组成及物理和机械性能。稀土功能陶瓷包括绝缘材料(电、热)、电容器介电材料、半导体材料、超导材料、热电陶瓷材料、化学吸附材料等，还有固体电解质材料。在传统的压电陶瓷材料如PbTiO3、PbZrxTi1-xO3(PZT)中掺杂微量稀土氧化物如Y2O3、La2O3等可以大大改善这些材料的介电性和压电性，使它们更适应实际需要。现在PZT压电陶瓷已广泛地用于电声、水声、超声器件、信号处理、红外技术、引燃引爆、微型马达等方面。由压电陶瓷制成的传感器已成功用于汽车空气囊保护系统。在移动电话和计算机中使用了大量的多层陶瓷电容器，稀土元素如La、Ce、Nd在其中发挥着重要作用。对稀土半导体陶瓷的研究十分活跃，这种材料主要有BaTiO3基掺杂稀土和SrTiO3基掺杂稀土，稀土掺杂在这种效应中发挥着关键作用，PTC热敏半导材料可用作过电过热保护元件、温度补偿器、温度传感器、延时元件、消磁元件等。稀土高温超导材料也是国际热门研究课题，其应用十分广泛，可用作超导电磁体用于磁悬浮列车，可用于发电机、发动机、动力传输、微波等方面。3世界及中国稀土资源现状世界上主要稀土储藏国有中国、俄罗斯、美国、澳大利亚和印度，在已探明的稀土储量中，中国约占31%；美国的稀土储量至少有1300万t，占总储量的15%；以俄罗斯为中心的独联体有1900万t，占总储量的22%；澳大利亚约占6%；其他国家约占25%。这个比例只限于已经勘探并探明的矿区，而对于尚未勘探的世界大部分地区，稀土储量依然是个未知数。其中，巴西、蒙古、澳大利亚、印度、越南、哈萨克斯坦等国不断传来新的稀土矿探明的消息。我国是世界第一稀土资源大国，储量大、分布广、品种全，基础储量8900万t（以稀土氧化物计，下同），资源量6780万t，约占世界55%，广泛分布于全国22个省区稀土矿产品产量逐年增长。现在，我国已经成为世界最大稀土资源、生产、出口国和最大稀土应用消费国。4稀土发展中的问题及可持续发展策略4.1产能过剩、产业集中度低2008年，世界稀土的消费量约为13万吨，而我国实际稀土冶炼分离能力已超过20万吨。冶炼分离产能严重过剩在客观上造成了稀土原矿供不应求的局面，许多分离加工企业在吃不饱的情况下，大量收购非法原矿，使得稀土开采和生产监管面临巨大压力。同时，冶炼分离企业数量多，单体规模小，产业集中度低的问题还未得到根本改善。因此要不断推进结构调整和升级，要把产品结构调整和企业组织结构结合起来。4.2资源浪费、环境污染在市场利益的驱动下，部分地区乱采滥挖、无序开采的问题仍时有发生，导致产量偏大、恶性市场竞争。稀土资源采选、冶炼分离等生产过程污染环节较多，一些稀土企业对环保的重视程度不够，缺乏必要的环境保护设施和生态恢复措施，“三废”超标、放射性废渣也未完全妥善处理，矿区植被破坏和地下水污染问题仍需加快解决。稀土矿山的开发要坚持科学开发和合理开采的原则，采用和推广先进的稀土矿开采工艺，提高企业经济效益。技术进步具有相当大的作用，这是资源优势转换为经济优势的关键所在。要加强对开采过程的监督，加大执法力度，对违法开采行为要严加惩处，维护稀土矿业秩序。4.3稀土出口缺乏科学管理措施，出口利润低，效益差我国稀土出口的依存度偏高，而控制稀土的出口依存度的一个重要政策措施便是合理地控制稀土出口配额。我国可以实行稀土出口配额政策措施，探讨以征收特别矿产资源税和出口税的办法代替配额制度；严格审批新的稀土矿采矿权，将每年的稀土出口配额总量控制在法律规定的以内，通过宏观调控和市场资源配置等手段，正确引导稀土市场合理有序发展。4.4我国稀土行业技术水平较落后由于多数稀土专利都在美日等发达国家手中，我国不能任意出口稀土产品，否则就可能侵权因此，要获取稀土市场话语权，需提升稀土产业技术水平。日本之所以能出口稀土产品，关键在于它可以进行高附加值的稀土加工，并且这种加工是具有自主知识产权的。相关资料显示，中国的钕铁硼产量与日本相近，但是产值却不足日本的1/3，我国作为世界钕铁硼永磁材料的主要生产者，可以生产、销售和使用钕铁硼永磁材料，却不能出口产品到外资专利覆盖区，否则将构成侵权。因此，加强技术上的自主创新，是中国从稀土大国走向稀土强国的必由之路。5结论稀土是21世纪全球现代工业化建设中不可或缺的资源，通过介绍稀土的发现史和发展史概况，本文提出了我国稀土战略可持续发展对策。中国作为稀土资源的最大拥有国,合理开发利用丰富的稀土资源,按照科学发展观和新型工业化的要求,加强自主创新技术,尽快突破各种技术壁垒，以促进中国稀土产业的可持续性发展。