单纯的稀土金属并不显现磁光效应,这是由于稀土金属至今尚未制备成光学材料。
61页1、第一课 概念1.1 什么是稀土? 1.2 稀土生产与分离 1.3 稀土资源 1.1 什么是稀土? 稀土就是化学元素周期表中镧系元素镧(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),以及与镧系的 15 个元素密切相关的两个元素钪(Sc)和钇(Y)共 17 种元 素,称为稀土元素(Rare Earth)。简称稀土(RE或 R)。 稀土元素最初是从瑞典产的比较稀少的矿物中发现的,“土”是按当时的习惯,称不溶于水的物质,故称稀土。 根据稀土元素原子电子层结构和物理化学性质,以及它们在矿物中共生情况和不同的离子半径可产生不同性质的特征,十七种稀土元素通常分为二组。轻稀土(又称铈组)包括:镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆。 重稀土(又称钇组)包括:铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇。 称铈组或钇组,是因为矿物经分离得到的稀土混合物中,常以铈或钇占优势而得名。 稀土元素的主要物理化学性质 稀土元素是典型的金属元素。它们的金属活泼性仅次于碱金属和碱土金属元素,而比其他金属元
2、素活泼。在 17 个稀土元素当中,按金属的活泼次序排列,由钪, 钇、镧递增,由镧到镥递减,即镧元素最活泼。稀土元素能形成化学稳定的氧化物、卤化物、硫化物。稀土元素可以和氮、氢、碳、磷发生反应,易溶于盐酸、硫酸 和硝酸中。 稀土易和氧、硫、铅等元素化合生成熔点高的化合物,因此在钢水中加入稀土,可以起到净化钢的效果。由于稀土元素的金属原子半径比铁的原子半径大,很容易填补在其晶粒及缺陷中,并生成能阻碍晶粒继续生长的膜,从而使晶粒细化而提高钢的性能。 稀土元素具有未充满的 4f 电子层结构,并由此而产生多种多样的电子能级。因此,稀土可以作为优良的荧光,激光和电光源材料以及彩色玻璃、陶瓷的釉料。 稀土离子与羟基、偶氮基或磺酸基等形成结合物,使稀土广泛用于印染行业。而某些稀土元素具有中子俘获截面积大的特性,如钐、铕、钆、镝和铒,可用作原子能反应堆的控制材料和减速剂。而铈、钇的中子俘获截面积小,则可作为反应堆燃料的稀释剂。 稀土具有类似微量元素的性质,可以促进农作物的种子萌发,促进根系生长,促进植物的光合作用。 17 种稀土元素名称的由来及用途浅说 镧(La) “ 镧”这个元素是 1839 年被命名
3、的,当时有个叫“莫桑德”的瑞典人发现铈土中含有其它元素,他借用希腊语中“隐藏”一词把这种元素取名为“镧”。从此,镧便登上了历史舞台。 镧的应用非常广泛,如应用于压电材料、电热材料、热电材料、磁阻材料、发光材料(兰粉)、贮氢材料、光学玻璃、激光材料、各种合金材料等。她也应用到制备许多有机化工产品的催化剂中,光转换农用薄膜也用到镧,在国外,科学家把镧对作物的作用赋与“超级钙”的美称。 铈(Ce) “ 铈”这个元素是由德国人克劳普罗斯,瑞典人乌斯伯齐力、希生格尔于1803 年发现并命名的,以纪念 1801 年发现的小行星谷神星。 铈广泛应用于(1)铈作为玻璃添加剂,能吸收紫外线与红外线,现已被大量应用于汽车玻璃。不仅能防紫外线,还可降低车内温度,从而节约空调用电。从 1997 年起,日本汽车玻璃全加入氧化铈,1996 年用于汽车玻璃的氧化铈至少有 2000 吨,美国约一千多吨。(2)目前正将铈应用到汽车尾气净化催化剂 中,可有效防止大量汽车废气排到空气中。美国在这方面的消费量占稀土总消费量的三分之一强。(3)硫化铈可以取代铅、镉等对环境和人类有害的金属应用到颜 料中,可对塑料着色,也可用于涂
4、料、油墨和纸张等行业。目前领先的是法国罗纳普朗克公司。(4)Ce:LiSAF 激光系统是美国研制出来的固体激光器,通 过监测色氨酸浓度可用于探查生物武器,还可用于医学。铈应用领域非常广泛,几乎所有的稀土应用领域中都含有铈。如抛光粉、储氢材料、热电材料、铈钨电极、 陶瓷电容器、压电陶瓷、铈碳化硅磨料、燃料电池原料、汽油催化剂、某些永磁材料、各种合金钢及有色金属等。 镨(Pr) 大约 160 年前,瑞典人莫桑德从镧中发现了一种新的元素,但它不是单一元素,莫桑德发现这种元素的性质与镧非常相似,便将其定名为“镨钕”。“镨钕”希腊 语为“双生子”之意。大约又过了 40 多年,也就是发明汽灯纱罩的 1885 年,奥地利人韦尔斯巴赫成功地从“镨钕”中分离出了两个元素,一个取名为“钕”, 另一个则命名为“镨”。这种“双生子”被分隔开了,镨元素也有了自己施展才华的广阔天地。 镨是用量较大的稀土元素,其主要用于玻璃、 陶瓷和磁性材料中。(1)镨被广泛应用于建筑陶瓷和日用陶瓷中,其与陶瓷釉混合制成色釉,也可单独作釉下颜料,制成的颜料呈淡黄色,色调纯正、淡 雅。(2)用于制造永磁体。选用廉价的镨钕金属代替纯钕
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