稀土元素及其应用领域论文600字

江西赣州是“稀土王国”占全世界的百分之80 稀土元素分离的新方法 译自：《SCIENCE》 前言：稀土元素及其化合物在现代技术中占有重要的地位，但其单一元素的分离却是一项复杂的过程。2000年国际最具权威的学术期刊Science杂志发表了日本科学家Uda等人的一篇论文（289卷，2326-2329页），提供了一种全新方法，大大简化了稀土分离的步骤，为降低稀土的高昂价格提供了一个令人振奋的机会。他们通过控制稀土不同氧化态以及利用二卤、三卤化物挥发性的差异来达到稀土元素分离的目的。这不仅仅是有趣的科学现象，同时也将对稀土生产以及以其为原料的材料和器件的制造业产生重大影响。英国剑桥大学的Fray教授对此论文进行了权威评述，发表在同期的2326-2329页，现摘译如下。 “稀土元素”这一称谓源自早期的观点，当时认为这些元素只能从非常稀有的材料中分离得到。然而地质勘察结果表明这些元素在地壳中储量相当丰富，例如铈的储量高于钴，钇的储量高于铅，镥和铥储量与锑、汞、银相当。但是由于它们的物理、化学性质比较接近，稀土元素通常在地壳中聚集出现，这使得它们的分离非常困难。正因为如此，仅仅是分离和鉴定出所有的稀土元素就用了从1839到1907年的将近70年时间。稀土元素在现代科技中占有重要地位，但与其它金属相比，稀土元素非常昂贵。稀土氧化物的价格根据其稀少程度和萃取方法的不同，从$20/kg到$7000/kg不等，而稀土金属又比其氧化物大约贵$80/kg。这种状况完全是由于稀土元素难于分离造成的。传统的稀土分离是基于溶剂萃取和离子交换的过程，这些方法很繁琐，近年来也只有一些很小的改进，没有实质性的改变。在传统工艺中，富含稀土元素的矿石首先要经过浓酸或浓碱溶解，这是最简单的一步，而随后稀土元素进一步的分离则是无机化学中一个巨大的难点。目前有两种方法已经用于商业生产中，一种是以固－液系统为基础，利用分步结晶或沉淀法分离，另一种则以液－液系统为基础，利用离子交换或溶剂萃取的方法达到分离。20世纪60年代以来，液－液萃取成为较流行的工艺路线。在这种方法中，稀土元素首先被分离进入酸性有机相。现代工艺中通常要求有机相含有可互溶的两相，因为高粘性的活性组分（萃取剂）必须得以溶解以保证两相混合均匀。然而，液－液萃取分离的效率通常较低，且需要多次循环。例如Molycorp提取氧化铕了的流程（如图）就显示了这种方法的复杂性，每一级的分离系数只有2～10。与之相比，Uda等人所报道的新方法中分离系数高达500～600，因而极大地减少了分离步骤。他们是通过将不同卤化物的合成热力学与挥发度二者差异的完美结合而实现这一目标的。 稀土元素在冶金、燃料电池、玻璃和制陶染色以及磁体生产等领域都有广泛的应用。在冶金工业中，将“混合稀土金属”（从混合氧化物中直接还原得到的一种稀土金属混合物）加入熔融铁水或有色金属中，可以改进金属的机械性质。例如用镁等有色金属替代铁，可以制造更为轻便道交通工具。低温燃料电池需要储氢，使用镧－镍合金可以达到这个目的。高温燃料电池使用稀土氧化物稳定的氧化锆作为电解质，一些电极材料也含有稀土元素。同样的电解质若用于氧传感器，可以用来控制内燃机，以及测量熔化的铁水和铜水中的氧含量。而且，利用钆合金的磁热效应可以在不同系统中实现磁致冷或磁致热。目前，稀土氧化物最大的用途仍然是有色玻璃和陶瓷。加入钕可使玻璃从蓝色变成酒红色，加镨可变成绿色，加铒可变成粉红色，加钬可变成蓝色。将稀土与其它元素结合，可以生成其它颜色，比如，钛和铈结合生成黄色。稀土元素应用增长最快的领域是对其磁性的应用。钐－钴合金和钕－铁－硼合金是非常稳定的磁体，它们有很高的剩磁和矫顽力。这些磁体是构成硬盘驱动器、电动发动机和耳塞的必需部分。稀土元素的应用很有可能会继续增加，但是许多应用被这些元素高昂的价格所限制。Uda等人报道的新方法将会使稀土元素的分离方法向更为简单、便捷的方向发展，进一步降低稀土价格，为这些独特的元素开辟更加广阔的应用前景。（参考文献略） 中间有图，可以发E-Mail给你

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