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今天6月9日高考第三天,也是最后一天。先上一幅图,祝高三党旗开得胜,加油必胜!
Ga镓(加)、U铀(油)、Bi铋(必)、As砷(胜)?都不是稀土元素啊!跑题了,言归正传!
稀土(RareEarth),是化学周期表中镧系元素和钪、钇共十七种金属元素的总称。稀土元素的原子序数是21、39、57到71。稀土一词是历史遗留下来的名称。稀土元素是从18世纪末叶开始陆续发现,当时人们常把不溶于水的固体氧化物称为土。
物以稀为贵
自然界中有种稀土矿。一般而言,地球上的稀土以稀土氧化物形式存在。稀土分为轻稀土(镧、铈、镨、钕、钷)、中稀土(钷、钐、铕、钆、铽、镝)和重稀土(钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇)。中稀土和重稀土更为珍贵。80年代初中我国在内蒙古自治区发现了上千万吨稀土,当时全世界其他国家几乎还没有探明的稀土矿藏,所以我们曾经引以为豪的一个数据是,中国的稀土占比达全世界的90%!但随着勘探科技的发展,目前全世界已探明的稀土含量从万吨增加到了6亿吨,所以我国的稀土含量减少到了40%。
事实上,全世界稀土储量尽管数十倍于80、90年代,但稀土的重要性有增无减,而且中国在稀土领域的重要性同样有增无减!外国目前发现的稀土储量目前都是轻稀土,而中稀土和重稀土中的钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥和钇,其已知可采储量,几乎为中国独有。
稀土矿石样本贵在冶炼过程难
但是这些金属元素并不是以单质存在于自然界中,而是以化合物的形式,主要以稀土元素氧化物的形式,存在于各种矿石中。例如独居石、氟碳铈矿、磷钇矿、镧钒褐帘石、碳酸氯化稀土、磷矿稀土、混合稀土等。
稀土一般是以氧化物状态分离出来的,虽然在地球上储量非常巨大,但冶炼提纯难度较大,显得较为稀少,因此得名稀土。稀土如此珍贵,和冶炼难度大有很大关系。一般金属的冶炼要经过三步:第一步是矿石的富集,除去杂质,提高矿石中有用成分的含量;第二步是冶炼,利用氧化还原反应的原理,在一定条件下,用还原剂把金属矿石中的金属阳离子还原成金属单质;第三步是精炼,采用一定的方法,提炼纯金属。
稀土冶炼方法有两种,即湿法冶金和火法冶金。湿法流程大多处于溶液、溶剂之中,如稀土精矿的分解、稀土氧化物、稀土化合物、单一稀土金属的分离和提取过程就是采用沉淀、结晶、氧化还原、溶剂萃取、离子交换等化学分离工艺过程。现应用较普遍的是有机溶剂萃取法,它是工业分离高纯单一稀土元素的通用工艺。湿法冶金流程复杂,产品纯度高,该法生产成品应用面广阔。火法冶金工艺过程简单,生产率较高。稀土火法冶炼主要包括硅热还原法制取稀土合金,熔盐电解法制取稀土金属或合金,金属热还原法制取稀土合金等。火法冶金的共同特点是在高温条件下生产。
贵在用途广泛,却无可替代
稀土有“工业维生素”的美称。在工业上,稀土是“维生素”。在荧光、磁性、激光、光纤通信、贮氢能源、超导等材料领域有着不可替代的作用,想替代稀土,除非有极其高超的技术,目前基本做不到。
在军事上,稀土是“核心”。目前几乎所有高科技武器都有稀土的身影,且稀土材料常常位于高科技武器的核心部位。例如美国当年的“爱国者”导弹,正是在其制导系统中使用了约3公斤多的钐钴磁体和钕铁硼磁体,用于电子束聚焦,才能精确拦截来袭导弹,M1坦克的激光测距机、F-22战斗机的发动机及轻而坚固的机身等等都有赖于稀土,一位前美军军官甚至称:“海湾战争中那些匪夷所思的军事奇迹,以及美国在冷战之后,局部战争中所表现出的对战争进程非对称性控制能力,从一定意义上说,是稀土成就了这一切。”
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