稀土元素是從稀少礦物中發現的
土原指不溶於水的物質 故稱稀土
又稱稀土金屬Rare Earth Element
(英文縮寫為RE或REM)
來表示稀土金屬 顏色多呈銀灰色
晶體結構多為HCP或FCC
是元素周期表中的鈧與釔和鑭系元素
鈧和釔被列入稀土金屬的原因是
常與鑭系元素出現在同一礦床中
註 鑭系元素中的鉕不存在自然界
存在於鈾礦的衰變物中
所以不能算是稀土金屬
天然稀土元素常與其他礦物結合
人們必須想方設法才能把其分離
化學活性僅次於鹼金屬和鹼土金屬
稀土金屬在室溫下會起氧化作用
其表面氧化與續氧化的程度
會影響氧化物的結構性質
故稀土中的土字指的是氧化物
目前已知的稀土合金鋼有81種
但大量應用的只有10餘種
全球年產量僅100萬噸
僅佔總鋼產量的0.5％
位於中國內蒙古自治區的包頭市北部的
白雲鄂博礦區擁有世界上最大稀土礦藏
註 其儲量占全中國的97％
爲除中國外 世界總儲量的5倍
註 內蒙的包頭鋼鐵集團為
全球最大稀土合金鋼製造商
已知其儲量約4350萬噸
遠景儲量約5738萬噸
據美國礦務部公布的數據
全球稀土儲量僅1.54億噸
註 白雲鄂博在蒙語中
意思為 富饒的祭祀地
鄂博 是敖包的另一種漢語音譯
當地蒙古人稱它為 白音博格德
意思為 富饒的神山
稀土金屬的家族
鑭(La) 鈰(Ce)鐠(Pr) 釹(Nd)
鉕(Pm) 銪(Eu) 釓(Gd) 鋱(Tb)
鏑(Dy) 鏑(Dy) 鉺(Er) 銩(Tm)
鐿(Yb) 鑥(Lu) 釔(Y) 鈧(Sc)
稀土金屬的來源
氟碳鈰鑭礦鈰鈮鈣鈦礦
獨居石(具放射性的鈽原礦)
稀土金屬的提煉
相較於其他過渡金屬而言
稀土金屬較難提煉 價格亦較昂貴
其提煉過程為 利用化學方式
從氟碳鈰鑭礦或獨居石中
獲得稀土氯化物或氧化物的混合物
再進行單一稀土元素的分離和提煉
常用的方法分別為
(一)溶劑萃取法
用稀土元素在水和有機溶劑中
分配比例不同的特性
與有機溶劑和水作多次接觸
不斷地再分配而將之分離
優點是 生產規模大且週期短
(二)離子交換法
用稀土元素與離子交換劑的
結合穩定度不同而將之分離
是分離稀土元素最有效的方法
缺點是 生產規模小且週期長
(三)金屬熱還原法
用鈣 鋰 鈉 鎂等金屬做還原劑
還原稀土金屬中的鹵化物
(四)熔鹽電解法
電解稀土鹵化物與鹼金屬
和鹼土金屬鹵化物的熔鹽
稀土金屬的應用
稀土作為鋼鐵製程中的
添加劑與脫氧劑和脫硫劑
可以淨化鋼液 細化晶粒
改變雜質組織分佈的型態
提高力學與物理性質 和
熱加工穩定性和耐腐蝕性
減少熱脆性和焊接件的牢固性
每噸鋼只要加稀土300克
即有十分顯著的效果
在航太工業上用於
應用於超音速飛機的MO207合金
可在400℃的高溫環境下長期工作
是現今高溫性能最好的合金之一
持久強度比一般鋁合金高1～2倍
在材料工業上用於
製造高性能薄鋼材
橫向衝擊韌性可提高50%
耐腐蝕性可提高60%
在玻璃工業中用於
抛光粉及玻璃脫色和著色
在石化工業中用於
石油裂解過程的篩裂催化劑
特點是 活性高 選擇性好 生産率高
在染整工業中用於
提高上染率 改善色澤外觀與柔軟度
並可節約染料及減少環境污染
本文參考自
張思遠-稀土離子的光譜學(簡)
李紅英-稀土功能材料的應用技術
糟糕副總-特殊材料學之稀土合金鋼
