央媒详解稀土元素”家族” 我国稀土矿藏雄踞四个”世界第一”-千龙网·中国首都网

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资料图:图为美媒报道的2013年美国使用的稀土分配示意图。(PC端可拖拽查看大图,手机端可保存可查看大图)

资料图:稀土金属(Rare Earth
Metals)又称稀土元素。(PC端可拖拽查看/保存大图,手机端可保存本图可查看大图)

稀土概念近日广为资本市场所关注。什么是稀土,为什么对国家利益如此重要?

■是什么成就了稀土这张王牌

(科技日报6月3日报道)在神话中,息壤是可以自己生长不息的土壤。如今,一种类似“息壤”功能的新型萃取沉淀剂面世了,其“神奇”之处在于,可与稀土形成固体萃合物,并可以反复萃取和循环使用,大大提高了稀土分离富集效率,有效避免传统技术中大量“三废”污染。

稀土(Rare
Earth),并不是一种土,而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,自然界中有超过250种稀土矿。作为不可再生的稀缺性战略资源,它有“工业维生素”“新材料之母”之称,广泛应用于尖端科技领域和军工领域,同时也不仅仅只能使用在这些领域。

(科技日报6月6日报道)作为不可再生的稀缺性战略资源,它有“工业维生素”“新材料之母”之称,广泛应用于尖端科技领域和军工领域。在炼钢过程中,仅需在钢中加入少量稀土,就能使原本优质的钢变得更加“坚强”,提高其使用寿命。

作为不可再生的稀缺性战略资源,稀土被誉为“超级工业味精”,当前低成本稀土清洁生产技术成为世界性难题,是各国竞争拼抢的行业制高点。这项由中科院海西研究院厦门稀土材料研究所孙晓琦团队发明的科技成果,相关工作日前在国际期刊《湿法冶金》上发表,使我国在稀土采选分离技术上继续保持全球领先地位。

军事方面

在军事领域,稀土能够大幅度提高武器装备的合金战术性能,如海湾战争中,加入稀土元素镧(读音lán)的夜视仪成为了美军坦克压倒性优势的来源。在核能领域,稀土元素钆及其同位素都是最有效的中子吸收剂,可用作控制核电站的连锁反应级别的抑制剂,成为核反应堆的“安全保护神”……

■繁荣之中的“三废”隐忧

稀土有工业“黄金”之称,由于其具有优良的光电磁等物理特性,能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料,其最显著的功能就是大幅度提高其他产品的质量和性能。比如大幅度提高用于制造坦克、飞机、导弹的钢材、铝合金、镁合金、钛合金的战术性能。而且,稀土同样是电子、激光、核工业、超导等诸多高科技的润滑剂。稀土科技一旦用于军事,必然带来军事科技的跃升。从一定意义上说,美军在冷战后几次局部战争中压倒性控制,得益于稀土科技领域的技术。

现实中,小到手机屏幕、数码相机,大到导弹、雷达、潜艇,稀土无处不在。作为不可再生的稀缺性战略资源,它有“工业维生素”“新材料之母”之称,广泛应用于尖端科技领域和军工领域。那么,稀土是如何被发现?又是如何开启新用途发现之旅?科技日报记者就这些问题采访了稀土分离技术方面的专家。

小到手机、照相机,大到精确制导导弹、火箭卫星,现实中处处都有稀土的影子。稀土分轻稀土和重稀土两类。特别是,分布我国南方的离子型矿,占据了全球70%以上的重稀土资源,其资源稀缺,可替代性小,可广泛应用于航天、军事、国防及新材料合成等高精尖领域。

冶金工业

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然而,早前的中国,虽是稀土大国,却是相关研发的“弱国”。上世纪60年代,稀土分离提纯核心技术一直掌握在世界少数国家手中。拥有巨大稀土资源的中国,当时却不得不从国外高价购进深加工的稀土产品。经过徐光宪院士等老一辈科学家几十年的艰苦努力,我国稀土分离化学与工程研究取得长足进步,在稀土采掘、冶炼、分离提纯方面占据领先地位,建立了完整的稀土资源利用产业链,成为全球储量最大、产量最大和出口量最大的国家。但传统的稀土分离提纯技术也带来资源利用率有待提高、环境治理成本较高等问题。

稀土金属或氟化物、硅化物加入钢中,能起到精炼、脱硫、中和低熔点有害杂质的作用,并可以改善钢的加工性能;稀土硅铁合金、稀土硅镁合金作为球化剂生产稀土球墨铸铁,由于这种球墨铸铁特别适用于生产有特殊要求的复杂球铁件,被广泛用于汽车、拖拉机、柴油机等机械制造业;稀土金属添加至镁、铝、铜、锌、镍等有色合金中,可以改善合金的物理化学性能,并提高合金室温及高温机械性能。

据测算,我国传统离子型稀土矿冶金技术平均资源利用率不到25%,每分离1吨离子吸附型稀土矿消耗8—10吨盐酸、6—8吨液碱或1—1.2吨液氨等。国家杰出青年基金获得者、教育部长江学者特聘教授李梅为此曾痛心地说:“几十年来,我们为全世界提供了90%以上的稀土原料,别的国家用上了新材料,我们自己却制造出了严重的环境污染。”

石油化工

事实上,国内传统工业稀土分离体系源于国外,已工业运用几十年,企业很难通过调节流程参数对其存在缺陷加以优化。如何改变稀土提取的原料结构,让整个稀土提取工艺不产生“三废”问题?多年来,国内稀土行业一直在思考和探索着。

用稀土制成的分子筛催化剂,具有活性高、选择性好、抗重金属中毒能力强的优点,因而取代了硅酸铝催化剂用于石油催化裂化过程;在合成氨生产过程中,用少量的硝酸稀土为助催化剂,其处理气量比镍铝催化剂大1.5倍;在合成顺丁橡胶和异戊橡胶过程中,采用环烷酸稀土-三异丁基铝型催化剂,所获得的产品性能优良,具有设备挂胶少,运转稳定,后处理工序短等优点;复合稀土氧化物还可以用作内燃机尾气净化催化剂,环烷酸铈还可用作油漆催干剂等。

改变“亦步亦趋”的困境,从源头上开辟自主创新之路!孙晓琦团队着眼国家目标、立足基础研究,开拓新型萃取体系,推动清洁高性能稀土分离技术的研发,提升资源综合利用水平,努力实现可持续发展。

玻璃陶瓷

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主要包括以下几个方面:超导陶瓷、压电陶瓷、导电陶瓷、介电陶瓷及敏感陶瓷等。

稀土氧化物或经过加工处理的稀土精矿,可作为抛光粉广泛用于光学玻璃、眼镜片、显像管、示波管、平板玻璃、塑料及金属餐具的抛光;在熔制玻璃过程中,可利用二氧化铈对铁有很强的氧化作用,降低玻璃中的铁含量,以达到脱除玻璃中绿色的目的;添加稀土氧化物可以制得不同用途的光学玻璃和特种玻璃,其中包括能通过红外线、吸收紫外线的玻璃、耐酸及耐热的玻璃、防X-射线的玻璃等;在陶釉和瓷釉中添加稀土,可以减轻釉的碎裂性,并能使制品呈现不同的颜色和光泽,被广泛用于陶瓷工业。

农业方面

研究结果表明,稀土元素可以提高植物的叶绿素含量,增强光合作用,促进根系发育,增加根系对养分吸收。稀土还能促进种子萌发,提高种子发芽率,促进幼苗生长。除了以上主要作用外,还具有使某些作物增强抗病、抗寒、抗旱的能力。

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