铈及其应用发展.docx

铈及其应用发展在稀土这个元素大家族中，铈是当之无愧的“老大哥”其一，稀土在地壳中总的丰度为 238ppm，其中铈为68ppm，占稀土总配分的28%，居第一位;其二，铈是在发现钇（1794年）9年 之后，被发现的第二个稀土元素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）在分析瑞 典产的 Tungsten 矿（“重石”之意）时，发现了一种与“钇土”性质十分相似但又完全不同的新 元素一 “铈土”在他们提出的发现报告中，将其命名为Cemm（铈），以纪念1801年发现的小 行星一谷神星（Ceres）严格说来，最初发现的“铈士”只能算作是饰的富集物，或者说是与镧镨钕等共生在一起 的轻稀土混合氧化物，当时镧镨钕等尚隐藏在“铈土”中未被发现但无论如何，在稀土这17 个相貌极为相似的孪生兄弟姐妹中，铈最容易辨认因为铈有个显著的化学特性，除丁象其他 稀土元素通常以三价状态存在外，他还会以四价状态稳定存在这种离子价态的差异性必然会 扩大化学性质的差异性，利用这种差异性就能比较容易地把铈同相邻的其他稀土元素分离开来， 因而就出现了化学法提铈这便于化学家们对铈的提取和认识，加上他资源丰富易提取，比其 他稀土产品价格便宜，也就使他成为最早有实际用途的稀土。

尽管如此，由于化学家们最初被困惑在不断发现新稀土的“迷宫”中，直到发现“铈土” 的 83年后，才为铈（也是稀土）找到第一个用途一用作汽灯纱罩的发光增强剂 1886年，奥地利 人韦尔斯巴赫（AuerVonWeldach发现，将99%的氧化钍和1%的氧化铈加热时，会发出强光，用 于煤汽灯纱罩可以大大提高汽灯的亮度而汽灯在当时电灯尚未普及的欧洲是照明的主要光源， 对于工业生产、商贸和生活至关重要而18世纪90年代开始，汽灯纱罩的大规模生产，增加 了钍和铈需求，有力推动了世界范围内对稀土矿藏的勘察，在巴西和印度陆续发现了大型独居 石矿，遂发展成为所谓的独居石工业，也就是早期稀土工业尽管第一次世界大战后，电灯逐 步取代了煤气灯，但铈又不断开拓出新的用途1903年，找到了铈的第二大用途一还是那位奥地利人韦尔斯巴赫，发现铈铁合金在机械摩 擦下能产生火花，可以用来制造打火石铈的这种经典用途，至今已有100年的历史吸烟的 人都知道打火机要用打火石，但许多人却不了解稀土，更不知道是其中的铈在给人们带来了火 种只是如今，打火石遭遇压电陶瓷的有力挑战，产量已经大减这期间，还发现铈基合金（如 Th2dl-RE ）可用作电子设备和真空管的吸气剂。

1910年，发现了铈的第三大用途，用于探照灯和电影放映机的电弧碳棒与汽灯纱罩类似， 铈可以提高可见光转换效率探照灯曾是战争防空的重要用具电弧碳棒也曾是放映电影不可 缺少的光源以上铈的三大用途也代表了稀土早期的三大用途，甚至可以说，早期的稀土工业完全建立 在对铈的性能开发和利用上 50年代初，我国稀土工业也起步于这三大应用这些用途都与发 光有关可以说铈作为稀土元素家族的优秀代表，一开始就作为”光明使者”在为人类造福20 世纪 30 年代起，氧化铈开始用作玻璃脱色剂、澄清剂、着色剂和研磨抛光剂二氧化 铈作为化学脱色剂和澄清剂可以取代有剧毒的白磁（氧化碑）从而减少操作和环境污染铈钛黄 颜料用作玻璃着色剂可以制造出漂亮的亮黄色工艺美术玻璃氧化铈作为主成分制造各种规格 的抛光粉，已完全取代铁红抛光粉，大大提高了抛光效率和抛光质量，早期用于平板玻璃和眼 睛片抛光，如今已广泛应用于阴极射线管（CRT）玻壳、各种平板显示，光学玻璃镜头和计算机 芯片等，既是铈的经典用途，也是目前铈的主要应用领域之一铈作为玻璃添加剂，能吸收紫 外线与红外线，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，日本汽车玻璃全加人氧化饰， 1996年用于汽车玻璃的氧化铈至少有2000 吨，美国用量超过 1000 吨铈的化学活泼性使他在冶金领域中也大展身手1948年，英国人莫勒（HMomgh）宣布用铈 处理铸铁可以获得球墨铸铁，随后冶金学家发现镁是球墨铸铁的高效球化剂，但续易燃烧会产 生强烈镁光，单独加镁反应过于激烈不够安全 20 世纪 50 年代，我国著名科学家邹元燨研究 成功用硅铁还原含稀土包头高炉渣制取稀土硅铁合金的独特工艺，进而制得稀土硅铁镁中间合 金用作球化剂，既克服了单独用镁的弊病，又取得更稳定的球化效果，从此开始了稀土在球墨 铸铁以及蠕墨铸铁中的广泛应用以铈为主成分的混合稀土金属，还广泛用于稀土处理钢（脱氧、 脱硫、变性）、稀土电工铝和稀土铸造镁合金（净化变质、细化晶粒、合金化）等金属材料铈还被用作优良的环保材料，目前最有代表性的应用是汽车尾气净化催化剂在普遍使用 的贵金属（铂、铑、钯等）三元催化剂中加入铈，可以提高催化剂性能并减少贵金属用量，汽车 尾气主要污染物为一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物，他们会影响人体造血机能，形成光化 学有毒烟雾并产生致癌物，对人、动物和植物都会造成损害。

三元净化催化技术可以使碳氢化 合物和一氧化碳充分氧化生成二氧化碳和水，使氮氧化物分解成氮气和氧气 （故名三元催化） 铂、铑、钯等贵金属是尾气净化的优良催化材料但价格昂贵且对发动机和汽油均有较高要求， 限制了它们的广泛应用在催化剂中加人铈可明显减少贵金属用量并改善催化性能，使催化器 的价格大幅下降在美国，汽车尾气净化催化剂已成为消费稀土的第一大用户氧化铈还能与 纳米氧化钛制成光催化剂，用于抗菌陶瓷和富氧离子环保涂料等硫化铈可以取代铅、镉等对环境和人类有害的金属用作塑料红色着色剂，也可用于涂料、 油墨和纸张等行业法国罗地亚公司目前掌握领先技术富铈轻稀土环烷酸盐等有机化合物还 被用于油漆催干剂、PVC塑料稳定剂和MC尼龙改性剂等方面，既可以取代铅盐等毒性大的物 质，又可以减少钻盐等昂贵材料铈还被用来制造许多特殊功能材料，如荧光级氧化铈用于制造灯用三基色荧光粉的绿粉 （CeMgA111O19：Tb3+）；美国研制的Ce:LiSAF激光系统固体激光器，通过监测色氨酸浓度可用于 探查生物武器，还可用于医学用金属铈可以制造铈钻铜铁永磁材料；铈鸽电极可以代替有放 射性的钍鸽电极，等等以铈为主的轻稀土作为植物生长调节剂可以改善农作物品质，增加产量并提高作物的抗逆 性。

用作饲料添加剂，可以提高禽类的产蛋率和鱼虾养殖的成活率，还能改善长毛羊的羊毛质 量铈属低毒性物质，美国一本稀土专著称，对老鼠进行的喂食实验表明，富含铈的轻稀土氧 化物的口服毒性与口服食盐相当至今在稀土富矿地区也尚未发现因稀土引起的地方病我国 科学家通过大量的实验研究认为，稀土农用不会产生环境污染，不会对人和动物的生存产生危 害综观铈的应用发展史，我们有理由确信，铈作为自然界中丰度最高和最为廉价的稀土元素， 不但在过去和现在为人类作出了辉煌的贡献，对我们今天和未来的现代化建设也必定会发挥越 来越大的作用。