稀土有什么用(稀土的用途及应用领域)

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稀土元素的应用范围

 目前稀土元素的应用蓬勃发展,已扩展到科学技术的各个方面,尤其现代一些新型功能性材料的研制和应用,稀土元素已成为不可缺少的原料。

1、稀土元素在传统产业领域中应用

——农业领域:目前发展有稀土农学、稀土土壤学、稀土植物生理学、稀土卫生毒理学和稀土微量分析学等学科。稀土作为植物的生长、生理调节剂,对农作物具有增产、改善品质和抗逆性三大特征;同时稀土属低毒物质,对人畜无害,对环境无污染;合理使用稀土,可使农作物增强抗旱、抗涝和抗倒伏能力。

——冶金工业领域:稀土在冶金工业中应用量很大,约占稀土总用量的1/3。稀土元素容易与氧和硫生成高熔点且在高温下塑性很小的氧化物、硫化物以及硫氧化合物等,钢水中加入稀土,可起脱硫脱氧改变夹杂物形态作用,改善钢的常、低温韧性、断裂性、减少某些钢的热脆性并能改善加热工性和焊接件的牢固性。 稀土在铸铁中作为石墨球化剂、形核剂和对有害元素的控制剂,提高铸件质量,对铸件的机械性能有很大改善,主要用于钢锭模、轧锟、铸管和异型件四个方面。 在有色合金方面应用,对以有色金属为基的各种合金都有良好的作用,改善合金的物理和机械性能。应用最多的使铝、镁、铜三个系列。

——石油化工领域:稀土用于石油裂化工业中的稀土分子筛裂化催化剂,特点是活性高、选择性好、汽油的生产率高。稀土在这方面的用量很大。

——玻璃工业领域:稀土在玻璃工业中有三个应用:玻璃着色、玻璃脱色和制备特种性能的玻璃。用于玻璃着色的稀土氧化物有钕(粉红色并带有紫色光泽)、镨玻璃为绿色(制造滤光片)等;二氧化铈可将玻璃中呈黄绿色的二价铁氧化为三价而脱色,避免了过去使用砷氧化物的毒性,还可以加入氧化钕进行物理脱色;稀土特种玻璃如铈玻璃(防辐射玻璃)、镧玻璃(光学玻璃)。

——陶瓷工业领域:稀土可以加入陶瓷和瓷釉之中,减少釉和破裂并使其具有光泽。稀土更主要用做陶瓷的颜料,由于稀土元素有未充满的4f电子,可以吸收或发射从紫外、可见到红外光区不同波长的光,发射每种光区的范围小,导致陶瓷的颜色更柔和、纯正,色调新颖,光洁度好。如黄色、紫罗兰色、绿色、桃红色、橙色、棕色、黑色等。稀土氧化物可以制造耐高温透明陶瓷(应用于激光等领域)、耐高温坩埚(冶金)。

——研磨材料:氧化铈是极有效的抛光用化合物,因为它能用化学分解和机械摩擦二种形式同时抛光玻璃。在抛光过程中,氧化铈抛光粉有两种作用,即机械作用与胶体化学作用,这两种作用是同时出现。所以氧化铈抛光粉其具有切削力强、抛光时间短、使用寿命长、抛光精度高的优点。因此在工业制品抛光中获得了广泛的应用,如各种光学镜头玻璃、眼镜片、平板玻璃、工艺玻璃、手机屏玻璃、半导体晶片和金属精密制品等的抛光。

——电光源工业领域:稀土作为荧光灯的发光材料,是节能性的光源,特点是光效好、光色好、寿命长。比白炽灯可节电75—80%。

——在轻纺工业中:稀土氯化物还广泛用于鞣制毛皮、皮毛染色、毛线染色及地毯染色等方面。

2、稀土元素在高新技术产业中应用

——显示器的发光材料:稀土元素中钇、铕是红色荧光粉的主要原料,广泛应用于彩色电视机、计算机及各种显示器。目前,随着显像管显示器的淘汰用量逐渐萎缩。

——稀土镍氢动力电池应用:与传统的化学电源(如铅酸、镍镉等)相比,镍氢动力电池具有无污染、高比能、大功率,可快速充放电,耐滥用性等许多优异特性,具有广阔的应用和市场前景。

——磁性材料:钕、钐、镨、镝等是制造现代超级永磁材料的主要原料,钕铁硼磁性高出普通永磁材料4—10倍,被誉为“永磁之王”。用它代替其他永磁材料,可使器件体积和重量成倍下降,从而获得了极为广泛的应用。目前主要应用领域有:永磁电动机、发电机、核磁共振成像仪、磁选机、音响扬声器、磁力传动、磁力起重、仪器仪表、液体磁化、磁疗设备、医疗设备、声电设备、磁悬浮列车及军事工业等等,已成为汽车制造、通用机械、电子信息产业和尖端技术不可缺少的功能材料。

——激光材料:稀土离子是固体激光材料和无机液体激光材料的最主要的激活剂,其中以掺Nd3+的激光材料研究得最多,除钇铝石榴石(YAG)、铝酸钇(YAP)玻璃等基质外,高稀土浓度激光材料可能称为特殊应用的材料。

——精密陶瓷,人造宝石:氧化钇部分稳定的氧化锆是性能十分优异的结构陶瓷,可制作各种特殊用途的刀剪;可以制作汽车发动机,因其具有高导热、低膨胀系数、热稳定性能好、在1650℃下工作强度不降低,导致发动机马力大、省燃料等优点。 用氧化钇、氧化锆加工的人造宝石具有很多天然宝石不具备的特性。

——催化剂:稀土除用于制造石油裂化催化剂外,广泛应用于很多化学反应,如稀土氧化物LaO3、Nd2O3和Sm2O3用于环己烷脱氢制苯,用LnCoO3代替铂催化氧化氨制硝酸。并在合成异戊橡胶、顺丁橡胶的生产中作为催化剂。 汽车尾气需要将CH、CO氧化,对NOX进行还原处理,以解决目前城市空气污染问题。稀土元素是汽车尾气净化催化剂的主要原料。稀土催化还用于油漆催干、塑料稳定剂及稀土高分子材料等众多领域。

——高温超导材料:近几年研究表明,许多单一稀土氧化物及其某些混合稀土氧化物是高温超导材料的重要原料。一旦高温超导材料进入实用,整个世界将起翻天覆地的变化。目前,我国在稀土超导材料的成材研究方面取得了有意义的突破。

——稀土超磁致伸缩材料:新型功能材料,主要是指铽镝铁磁致伸缩合金(Terfenol-D),具有比传统的磁致伸缩材料和压电陶瓷高几十倍的伸缩性能,故被称作超磁致伸缩材料。其机械响应快、功率密度高,尺寸的变化大,使电-机械转换技术获得突破性进展,开辟了磁致伸缩材料的新时代。广泛应用于声纳、燃料喷射、液体阀门、驱动器等精密控制、太空望远镜的调节机构和飞机机翼调节器等领域,是一种具有广阔发展前景的稀土功能材料,对发展尖端科学、军事技术及传统产业的现代化将产生重要作用。

——稀土电热材料:铬酸镧(LaCrO3)是一种新型功能材料,可用作氧化气氛中高温电炉发热体,可以在1500~1800℃高温下长时间使用,电阻变化小于5%,具有良好的抗腐蚀和化学稳定性,易于实现精确控温,1750℃以下使用超过4000小时。主要用于精密陶瓷烧结、高温单晶材料制备、材料高温性能测量、宝石变色处理等方面。在燃料电池、热敏电阻、高温导电涂层及光催化等领域具有很好发展前景。

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