北京大学稀土材料化学及应用国家重点实验室 严纯华 教授 博士 2005年09月13日 14:24
“稀土”(Rare Earth)家族由17个元素组成,包括15个镧系元素(镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu))和与之同族的钪(Sc)、钇(Y)。由于该家族成员往往共生于自然界、且分布“稀散”,其混合物貌似泥土,因而给世人留下了这么一个并不起眼的名字。
事实上,稀土不稀。稀土元素在地球大陆地壳中的整体含量和一些单一稀土的含量比我们常见的元素,如锌、铜、锡、铅的含量还要高。据估计,全世界已探明的稀土氧化物储量达4500万吨,可开采的年数长达1000年。可见“稀土”名不符实,储量丰富。
我国的稀土资源更是得天独厚。北有储量居世界首位的内蒙古包头的白云鄂博矿,西有世界储量第二的四川西昌地区的攀西矿,东有山东微山矿,南有分布于广东、台湾等沿海地区的稀土矿物。更为珍贵的是,我国南方的赣南、粤北和闽西接壤地区储藏有便于开采、有价元素含量高、组成独特的稀土矿藏。这些宝贵而又丰富的资源共占世界总资源的75%以上,我国稀土资源的优势和可持续发展的潜力由此可见一斑。
稀土元素的神奇功能主要仰仗于它特殊的4f电子结构、奇特的配位性质、大的原子磁矩和有序变化的原子(离子)尺寸。稀土在传统工业和高技术产业中均扮演了不可替代的重要角色,因而被喻为高新技术材料的“味精”和“维生素”。正因为稀土元素在高科技领域应用的神奇功效,美、日等国均将其悉数列入“战略元素”的行列,予以特殊储备和开发。
稀土元素的神奇首先表现在其特殊的发光特性上。从100多年前风靡全球的掺有少量硝酸铈的汽灯纱罩,到当今人们不可缺少的电视、计算机显像管,各种性能各异、能耗小、光色可人的照明,以及X光探测、激光材料等均与稀土的贡献分不开。更重要的是,几乎所有的光信息载体、传输、存储、放大、调制材料和光信息显示材料都离不开稀土元素。
稀土元素的神奇还表现在它们的磁性质上。从人们熟知的高性能永磁体,到现代电子、信息产业中的磁记录、磁探测器件,包括高密度磁光记录和存储材料等也都建立在稀土的特异磁性能上。
稀土元素的神奇还体现在其化合物独特的电学性质上。人们已经熟悉的高温超导材料,高效、绿色新能源的产生、储存和转换的电解质和电极材料,以及高灵敏度气体、有毒离子的探测器等,无不能看到稀土的身影。
在传统的钢铁、有色金属冶炼、加工和成材过程中,稀土的加入可提高材料的强度和韧性、强化材料的抗腐蚀性、降低使用成本。稀土化合物的催化特性不仅可以提高石油的利用率,还可转化和消除工业、汽车等排放的有毒气体,这对于保护我们的绿色家园无疑具有重要意义。稀土在玻璃、陶瓷材料中的应用也给人类带来了丰富多彩的感官享受和实实在在的防辐射功效。
此外,稀土在生物、医学中的功用初露端倪,已经报道的稀土化合物的抗癌、抗爱滋病及其治疗中的作用引起世人的关注;在农作物和畜产品增产和抗逆性能方面的作用也为全世界所接受。
总之,随着我国稀土资源的开发利用,稀土元素的神奇将日益突显、并更多地造福于人类。神奇的稀土也会成为寻常百姓的耳熟能详的元素家族,成为我们每个人的朋友。