稀土元素的應(yīng)用

1、3/9/2024,稀土元素的應(yīng)用,3/9/2024,稀土元素的應(yīng)用　　稀土元素獨特的物理化學(xué)性質(zhì)為其廣泛的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。隨著科學(xué)的發(fā)展，對材料提出各種要求。稀土元素的應(yīng)用從早期的主要利用它們的共性，擴展到利用單一稀土的特性，已深入到現(xiàn)代科技的各個領(lǐng)域。目前，稀土合金及化合物已成為發(fā)展現(xiàn)代尖端科技不可少的特殊材料。,3/9/2024,,,,,摻釹的 yvo4 晶體,加入稀土元素釔(y)鋸片,添加少量鏑(dy)的金屬材料1,添加少量鏑(

2、dy)的金屬材料2,永磁材料，添加少量鏑（（Dy）、鋱（Tb）、鈮（Nb）、等元素,3/9/2024,KONA KULA SUPREME 09款頂級鈧合金越野競技山地車架,完美稀寶(稀土) 植物營養(yǎng)液,加入稀土的彩色玻璃裝飾品,3/9/2024,稀土元素鈰可作催化劑、電弧電極、特種玻璃等。鈰的合金耐高熱，可以用來制造噴氣推進器零件。,3/9/2024,愛國者”導(dǎo)彈的防空導(dǎo)彈能力，也來自于制導(dǎo)系統(tǒng)中大約4公斤的釤鈷磁體

3、和釹鐵硼磁體。上圖為釤鈷磁體元件。,3/9/2024,在海灣戰(zhàn)爭中，加入稀土元素鑭的夜視儀成為美軍坦克壓倒性優(yōu)勢的來源。上圖為氯化鑭粉末。,3/9/2024,1、稀土元素在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用　　 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域：稀土作為植物的生長、生理調(diào)節(jié)劑，對農(nóng)作物具有增產(chǎn)、改善品質(zhì)和抗逆性三大特征；同時稀土屬低毒物質(zhì)，對人畜無害，對環(huán)境無污染；合理使用稀土，可使農(nóng)作物增強抗旱、抗?jié)澈涂沟狗芰ΑＯ⊥猎乜梢蕴岣咧参锏娜~綠素含量，增強光合作用，促進

4、根系發(fā)育，增加根系對養(yǎng)分吸收。稀土還能促進種子萌發(fā)，提高種子發(fā)芽率，促進幼苗生長。,3/9/2024,冶金工業(yè)上的應(yīng)用：　?。ǎ保﹥艋撘?，提高強度。（稀土元素對S,O親和力強，可起到凈化鋼液的作用。減少有害元素，改善鋼的性能。如：提高抗熱強度、抗腐蝕性能，減少表面缺損、裂紋，改善加工性能，消除熱脆性等）　?。ǎ玻┨岣咔蚰T鐵的耐磨耐腐蝕性。（因稀土加到鑄鐵中，使鑄鐵中的石墨成球狀結(jié)構(gòu)，使它們能深入到基體內(nèi)部，石墨球間相互獨立，器件

5、表面不易剝落，壽命提高）　　（３）生產(chǎn)稀土合金。（有色金屬中加入稀土，生產(chǎn)稀土合金。該類合金高溫抗氧化性能提高，材料的性能提高，加工工藝提高）,3/9/2024,電光源工業(yè)領(lǐng)域：稀土作為熒光燈的發(fā)光材料，是節(jié)能性的光源，特點是光效好、光色好、壽命長。比白熾燈可節(jié)電75—80%。 在有色合金方面應(yīng)用，對以有色金屬為基的各種合金都有良好的作用，改善合金的物理和機械性能。應(yīng)用最多的是鋁、鎂、銅三個系列。,3/9/2024,玻璃工業(yè)

6、領(lǐng)域：稀土在玻璃工業(yè)中有三個應(yīng)用：玻璃著色、玻璃脫色和制備特種性能的玻璃。用于玻璃著色的稀土氧化物有釹(粉紅色并帶有紫色光澤)、鐠玻璃為綠色(制造濾光片)等；二氧化鈰可將玻璃中呈黃綠色的二價鐵氧化為三價而脫色，避免了過去使用砷氧化物的毒性，還可以加入氧化釹進行物理脫色；稀土特種玻璃如鈰玻璃(防輻射玻璃)、鑭玻璃(光學(xué)玻璃)。,3/9/2024,陶瓷工業(yè)領(lǐng)域：稀土可以加入陶瓷和瓷釉之中，減少釉和破裂并使其具有光澤。稀土更主要用做陶瓷的顏料

7、，由于稀土元素有未充滿的4f電子，可以吸收或發(fā)射從紫外、可見到紅外光區(qū)不同波長的光，發(fā)射每種光區(qū)的范圍小，導(dǎo)致陶瓷的顏色更柔和、純正，色調(diào)新穎，光潔度好。如黃色、紫羅蘭色、綠色、桃紅色、橙色、棕色、黑色等。稀土氧化物可以制造耐高溫透明陶瓷(應(yīng)用于激光等領(lǐng)域)、耐高溫坩堝(冶金)。,3/9/2024,石油化工領(lǐng)域中的應(yīng)用： （１）石油裂化催化劑：稀土沸石催化劑用于石油裂化，可大大提高汽油柴油的收率，降低煉油成本。 （２）有

8、機合成催化劑：稀土化合物可用于順丁橡膠、異戊橡膠及合成氨工業(yè)的催化劑。 （３）汽車尾氣燃燒催化劑：使汽車尾氣中CO含量減小，有利于環(huán)境保護。,3/9/2024,稀土拋光粉：稀土拋光粉主要應(yīng)用于電視玻殼、陰極射線管、顯示屏、玻璃光學(xué)儀器、集成線路板、眼鏡片、光掩膜的拋光，它的最大傳統(tǒng)市場是彩電陰極射線管。近年來，隨著液晶平面顯示技術(shù)、電子光學(xué)工業(yè)的不斷發(fā)展，高性能稀土拋光粉在液晶顯示屏、平面直角大屏幕彩電等平面顯示產(chǎn)品、計算機、文

9、字處理器以及汽車導(dǎo)航系 統(tǒng)、光掩膜、汽車工業(yè)等方面得到了廣泛應(yīng)用，尤其歐美、日本、韓國等發(fā)達國家和地區(qū)對用于液晶顯示屏、大屏幕高清晰度彩電、光掩膜的高性能稀土拋光粉需求增加。,3/9/2024,玻璃脫色劑： CeO2 ，Nd2O3 CeO2可將玻璃中的Fe2+氧化Fe３+而脫色。（玻璃有色是由于Fe2+吸收可見光，透過綠色光，使玻璃顯綠色，人的眼睛對綠色敏感。若被氧化為Fe３+，它的淺黃色可與Nd３+的紫紅色互補，使顏色消失，

10、同時人眼對淺黃色不敏感。,3/9/2024,輕紡工業(yè)的應(yīng)用： 毛線染色：稀土元素與染料中的N,O原子配位，使吸收峰向長波方向移動，顏色加深。因此，稀土染色，色澤濃艷，起到節(jié)約染料的作用。 稀土鍋：耐高溫抗氧化，使用壽命長。醫(yī)藥工業(yè)的應(yīng)用： 稀土是有效的殺菌物。稀土化合物對于改善藥物的性能、提高藥效找到了新的途徑。許多含稀土的化合物，可用于治療各種腫瘤，結(jié)核病，麻風(fēng)病，濕疹，關(guān)節(jié)炎，糖尿病等。,3/9/2024,2

11、、稀土元素在高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用 　　 顯示器的發(fā)光材料：稀土元素中釔、銪是紅色熒光粉的主要原料，廣泛應(yīng)用于彩色電視機、計算機及各種顯示器。目前，我國年產(chǎn)彩電紅粉300—400噸，計算機顯示器紅粉50—100噸，以滿足國產(chǎn)3 500萬支彩顯管和近百萬支顯示器的需求。,3/9/2024,稀土發(fā)光激光材料：　　稀土元素具有未充滿的4f電子使一些稀土離子在可見光區(qū)有類線性的吸收和發(fā)射光譜，可用于制備發(fā)光材料，電光原材料和激光材料。（１）稀

12、土熒光材料： 彩色電視機紅粉：Y2O2S:Eu 彩色電視機藍粉：Mg2Al16O27:Ba,Eu ; 彩色電視機綠粉：LaF3:Yb,Er ; （２）稀土鹵化物新型電光原材料：用于廣場

13、照明，攝影燈等。如：鏑鈥燈，鈉鈧燈等，體積小輕，亮度大。（３）激光材料：Nd,Y稀土化合物是重要的固體激光器制作材料，這些激光材料在國防工業(yè)中得到了應(yīng)用。,3/9/2024,儲氫材料：稀土與過渡元素的金屬間化合物MMNi5(MM為混合稀土金屬)和LaNi5是優(yōu)良的吸氫材料，被稱為氫海綿。其最為成功的應(yīng)用是制造二次電池——金屬氫化物電池，即鎳氫電池。其等體積充電容量是目前廣泛使用的鎳鎘電池的2倍，充放電循環(huán)壽命和輸出電壓與鎳鎘電池一樣，

14、但沒有了鎘污染。,3/9/2024,納米陶瓷：納米陶瓷雖然還有許多關(guān)鍵技術(shù)需要解決，但是在顯微結(jié)構(gòu)中，晶粒、晶界及其結(jié)合都處于納米級水平，晶粒的細化，晶界數(shù)量大幅度增加，使其室溫和高溫力學(xué)性能、抗彎強度、斷裂韌性等大幅度提高，在切削刀具、軸承、汽車發(fā)動機部件等方面都有廣泛用途；并在超高溫、強腐蝕等苛刻的環(huán)境下起著其他材料不可替代 的作用；還對陶瓷的電學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)性能產(chǎn)生重要影響，為陶瓷的利用開拓了一個嶄新領(lǐng)域。,3/9/2024

15、,精密陶瓷：氧化釔部分穩(wěn)定的氧化鎬是性能十分優(yōu)異的結(jié)構(gòu)陶瓷，可制作各種特殊用途的刀剪；可以制作汽車發(fā)動機，因其具有高導(dǎo)熱、低膨脹系數(shù)、熱穩(wěn)定性能好、在1 650℃下工作強度不降低，導(dǎo)致發(fā)動機馬力大、省燃料等優(yōu)點。 催化劑：稀土除用于制造石油裂化催化劑外，廣泛應(yīng)用于很多化學(xué)反應(yīng)，如稀土氧化物L(fēng)aO3、Nd2O3和Sm2O3用于環(huán)己烷脫氫制苯，用LnCoO3代替鉑催化氧化氨制硝酸。并在合成異戊橡膠、順丁橡膠的生產(chǎn)中作為催化劑。,3

16、/9/2024,航空航天領(lǐng)域：稀土材料由于其獨特的耐高溫、硬度高等性能正日益受到廣泛關(guān)注。如La與B組成的化合物L(fēng)aB6具有耐高溫性能，可以用作航空飛機中耐高溫噴嘴材料。此外，由于LaB6還具有電阻恒定、抗熱輻射性好、耐離子轟擊性好等許多特殊性能，因此在真空或氮氣氛圍條件下用LaB6作陰極材料時，可為軍工、航空航天等高科技領(lǐng)域提供純度接近于100 %的單一硼離子，形成強大而且穩(wěn)定的離子源。,3/9/2024,稀土磁性材料 稀土磁

17、性材料包括稀土永磁材料、稀土磁致伸縮材料、稀土磁光材料、稀土巨磁阻材料和磁致冷材料等。 磁性材料：釹、釤、鐠、鏑等是制造現(xiàn)代超級永磁材料的主要原料，其磁性高出普通永磁材料4—10倍，廣泛應(yīng)用于電視機、電聲、醫(yī)療設(shè)備、磁懸浮列車及軍事工業(yè)等高新技術(shù)領(lǐng)域。,3/9/2024,稀土磁致冷材料 磁致冷材料是用于磁致冷系統(tǒng)的具有磁熱效應(yīng)的物質(zhì)。磁致冷首先是給磁體加磁場，使磁矩按磁場方向整齊排列，然后再撤去磁場，使磁矩的方向變得雜

18、亂，這時磁體從周圍吸收熱量，通過熱交換使周圍環(huán)境的溫度降低，達到致冷的目的。磁致冷材料是指用于磁致冷系統(tǒng)的具有磁熱效應(yīng)的一類材料，磁致冷材料是磁致冷機的核心部分，即一般稱謂的制冷劑或制冷工質(zhì)。,3/9/2024,低溫磁致冷所使用的磁致冷材料主要是稀土石榴石單晶。 磁致冷是使用無害、無環(huán)境污染的稀土材料作為制冷工質(zhì)，若取代目前使用氟里昂制冷劑的冷凍機、電冰箱、冰柜及空調(diào)器等，可以消除由于生產(chǎn)和使用氟里昂類制冷劑所造成的環(huán)境污染和

19、大氣臭氧層的破壞，因而能保護人類的生存環(huán)境，具有顯著的環(huán)境和社會效益。,3/9/2024,稀土特種玻璃：鑭玻璃具有高折射、低色散的良好光學(xué)穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于各種透鏡和鏡頭材料。鈰玻璃在核輻射下保持透明、不變暗的特點，可用作防輻射材料及電視工業(yè)中。釹玻璃可以制成很大的尺寸，是巨大功率激光裝置的激光材料。 激光材料：稀土離子是固體激光材料和無機液體激光材料的最主要的激活劑，其中以摻Nd3+的激光材料研究得最多，除釔鋁石榴石(YAG)

20、、鋁酸釔(YAP)玻璃等基質(zhì)外，高稀土濃度激光材料可能稱為特殊應(yīng)用的材料。,3/9/2024,核反應(yīng)堆工業(yè)材料：　?。ǎ保┖朔磻?yīng)堆控制材料：Sm,Eu,Gd,La具有高的熱中子捕獲截面，可吸收中子，控制核反應(yīng)的速度，作控制材料?！　。ǎ玻┖朔磻?yīng)堆結(jié)構(gòu)材料:Y合金可做核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料，改善核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料的機械性能。,3/9/2024,稀土核材料：稀土金屬由于具有不同的熱中子俘獲截面和許多其他特殊性能，使其在核工業(yè)中也得到了廣泛的應(yīng)用

21、。如銪具有最佳的核性能，一些稀土氧化物、硫化物可以用作耐高輻射坩堝用于熔煉金屬等，鈰玻璃抗輻射性能好，已廣泛應(yīng)用于放射性極強的操作環(huán)境中等。,3/9/2024,汽車尾氣需要將CHX、CO氧化，對NOX進行還原處理，以解決目前城市空氣污染問題。稀土元素是汽車尾氣凈化催化劑的主要原料。我市化工研究院在這方面有很強的優(yōu)勢，可推動形成一個汽車尾氣凈化器產(chǎn)品。,3/9/2024,高溫超導(dǎo)材料：近幾年研究表明，許多單一稀土氧化物及其某些混合稀土氧化

22、物是高溫超導(dǎo)材料的重要原料。一旦高溫超導(dǎo)材料進入實用，整個世界將起翻天覆地的變化。目前，我國在稀土超導(dǎo)材料的成材研究方面取得了有意義的突破。,3/9/2024,3 稀土在有色金屬中的應(yīng)用,（1）稀土在鋁電線、電纜中的應(yīng)用 目前我國的稀土鋁導(dǎo)線主要有高強度稀土鋁合金電纜，成份為Al-Mg-Si-RE，用于高壓輸電線路，它的抗拉強度達到26ｋg/mm2，弧垂性能和彎曲性能好，使用壽命長。高導(dǎo)電鋁電線，成份為Al-RE，稀土的加入量為0

23、.15～0.3%。在較高溫度下（＜150℃）使用的高導(dǎo)電稀土鋁導(dǎo)線其成份為Al-Zr-RE，其載流量為純鋁線的1.6～2.0倍，用作大電流導(dǎo)線 。,3/9/2024,（2）6063稀土鋁合金及應(yīng)用 這是一種最常用的變形合金，多用于工業(yè)和民用建筑，其成份（%）為Mg0.67～0.70，Si0.45～0.48，F(xiàn)e0.20～0.21，余為鋁。在該合金熔煉過程中加入0.20～0.25%的稀土金屬，抗拉強度提高24%，擠壓速度提高0.5倍

24、，成材率提高3%，并改善了表面質(zhì)量。增加了耐蝕性和著色性。另外還有添加稀土的Al-Si-M(M=Cu,Mg,Mn)合金用于制造汽缸缸體和活塞。,3/9/2024,（3）稀土鋅鋁熱鍍合金 為防止鋼材腐蝕，通常用Zn-Al熱鍍合金（Galfan）比鍍鋅具有更好的加工成形性和耐腐蝕性，但鋅耗較高，耐蝕性也有待改善。近年Zn-Al-Mg-RE熱鍍合金開發(fā)成功并投入生產(chǎn)。這種稀土熱鍍合金的流動性、耐蝕性、鍍層的形成性能都優(yōu)于鋅和Zn-Al合

25、金。,3/9/2024,（4）稀土硬質(zhì)合金 硬質(zhì)合金用于金屬切削、鉆頭、模具等方面，其硬度大、強度高，但抗彎性差、易打損。稀土添加劑同粘結(jié)劑與硬質(zhì)相WC、TiC一起球磨鈦，制備硬質(zhì)合金原料粉，再經(jīng)壓型燒結(jié)工藝過程生產(chǎn)的硬質(zhì)合金，抗彎強度提高約15%，硬度提高0.5RHA，使用壽命提高一倍以上。,3/9/2024,（5）稀土鎂合金 稀土鎂合金比強度高，對減輕飛機重量，提高戰(zhàn)術(shù)性能具有廣泛的應(yīng)用前景。中國航空工業(yè)總公司研制的稀土