稀土在冶金工业中的应用
摘要：稀土元素是元素周期表中15种镧系元素，以及与镧系元素化学性质相似的钪（Sc）和钇（Y）共17 种元素。稀土元素在冶金、石油、化工、纺织、陶瓷、玻璃、永磁材料等领域都得到了广泛的应用。正因为稀土元素在工业中应用十分广泛，所以稀土享有“工业维生素”“工业味精”的美称。稀土曾经被作为廉价的物品出口；现如今，国家已把稀土作为重要战略物资储存，减少了出口，防止了国家重要资源的流失。
关键字：稀土元素；冶金；工业
1前言：稀土简介
1.1稀土元素：17个稀土元素分别是门捷列夫周期表中ⅢB族，第四周期原子序数21的钪（Sc）、第五周期原子序数39的钇（Y）、和位于周期表的第六周期的57~71的镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu）。
1.2稀土史略：
1.2.1稀土发现史：1788 年盛夏，瑞典一位名叫卡尔·阿雷尼乌斯的军官在斯德哥尔摩附近的伊特比小镇上，找到一块不常见的黑色石头。1794 年，芬兰的著名化学家加多林研究了阿雷尼乌斯所得到的这块矿石，发现其中含有一种新的土性氧化物。这种氧化物难溶于水，于是发现了第一种稀土元素的氧化物“钇土”。1803年发现了硅铈石，1843年从钇土中分离出来了钇、铒、铽的氧化物。随后更多的稀土元素被陆续发现，最后在l947 年马林斯基等人发现了最后一个稀土元素钷，前后经历了l50 多年的时间，终于找到了全部的稀土元素。
1.2.2稀土发展史：1787-1949被成为稀土发展的摇篮时代；1950-1969被成为稀土发展的启蒙时代；1970- 被成为稀土发展的黄金时代。
1. 3稀土在自然界的分布情况：整体稀土元素在地壳中的丰度比一些常见的元素要多，轻稀土比重稀土的丰度大，稀土元素在自然界分布不均匀，主要集中在岩石圈内，稀土元素主要以类质同晶，吸附矿的状态存在。
1.4我国的稀土资源：中国稀土资源占世界的50%左右，包头的稀土资源占中国的84%，包头矿为混合型稀土矿白云矿（氟碳铈矿）和鄂博矿（独居石矿）比值约
为3：1。包头的稀土主要以轻稀土为主（La-Ga）其中Ce含量最多占50.07%。
除了包头矿还有江西寻乌矿，重稀土（Tb-Lu）居多。主要是离子型吸附矿。
2 我国稀土的应用领域
我国稀土的主要应用领域分为两大类: 一是在传统领域中的应用, 如冶金机械、石油化工、玻璃陶瓷、农轻纺等; 二是在高新技术领域中的应用, 如稀土永磁材料、稀土荧光粉、稀土储氢材料、稀土催化材料等,如图1所示是我国稀土消费领域及消费结构比例图
从图中可以看出来占比例最大的
部分是新材料领域，其次才是冶金
机械领域，出现这样的情况主要有
两方面的原因：一是国内稀土消费
量增长的速度加快; 二是在其它领
域,特别是在高新技术领域中的应用
量增长的更快。稀土的消费趋势正
向着新材料领域发展。
2.1各种稀土元素在工业领域的应用
1.镧(la)镧的应用非常广泛，如应用于
压电材料、电热材料、热电材料、磁阻
材料、发光材料（兰粉）、贮氢材料、
光学玻璃、激光材料、各种合金材料等。
2.铈(Ce) 铈作为玻璃添加剂、汽车尾气
净化催化剂、硫化铈可以取代铅、镉等
对环境和人类有害的金属应用到颜料中，
抛光粉、储氢材料、热电材料、铈钨电极、陶瓷电容器、压电陶瓷、铈碳化硅磨料、燃料电池原料、汽油催化剂、某些永磁材料、各种合金钢及有色金属等。
3.镨(Pr)镨被广泛应用于建筑陶瓷和日用陶瓷中; 用于制造永磁体; 用于石油催化裂化; 镨还可用于磨料抛光。
4.钕(Nd)金属钕的最大用户是钕铁硼永磁材料；钕还应用于有色金属材料。在镁或铝合金中添加1.5～2.5%钕，可提高合金的高性能、气密性和耐腐蚀性，广泛用作航空航天材料；钕也用于玻璃和陶瓷材料的着色以及橡胶制品的添加剂。
5.钷(Pm)可作热源、X-射线仪、制备荧光粉、度量厚度以及航标灯中等。
6. 钐(Sm)钐钴磁体是最早得到工业应用的稀土磁体,还可以做屏敝材料和控制
材料
7.铕(Eu) 氧化铕大部分用于荧光粉。
8. 钆(Gd)钆镓石榴石中的钆对于磁泡记忆存储器是理想的单基片；其硫氧化物可用作特殊亮度的示波管和x射线荧光屏的基质栅网等的应。
9. 铽(Tb)荧光粉用于三基色荧光粉中的绿粉的激活剂；磁光贮存材料；磁光玻璃。
10. 镝(Dy) 作为钕铁硼系永磁体的添加剂; 镝用作荧光粉激活剂是制备大磁致伸缩合金铽镝铁合金的必要的金属原料; 镝金属可用做磁光存贮材料; 用于镝灯的制备。
11. 钬(Ho) 用作金属卤素灯添加剂；钬可以用作钇铁或钇铝石榴石的添加剂；另外用掺钬的光纤可以制作光纤激光器、光纤放大器、光纤传感器等等光通讯器件在光纤通信迅猛的今天将发挥更重要的作用。
12. 铒(Er)铒也可应用于眼镜片玻璃、结晶玻璃的脱色和着色等。
13. 铥(Tm)铥用作医用轻便X光机射线源; 铥元素还可以应用于临床诊断和治疗肿瘤; 铥在X射线增感屏用荧光粉中做激活剂; 加入到玻璃中可制成稀土玻璃激光材料。
14.镱(Yb)作热屏蔽涂层材料, 作磁致伸缩材料, 用于测定压力的镱元件, 磨牙空洞的树脂基填料等。
15.镥(Lu)制造某些特殊合金; 稳定的镥核素在石油裂化、烷基化、氢化和聚合反应中起催化作用; 能源电池技术以及荧光粉的激活剂等。
16. 钇(Y)钢铁及有色合金的添加剂; 掺钇SrZrO3高质子传导材料; 高喷涂材料、原子能反应堆燃料的稀释剂、永磁材料添加剂以及电子工业中作吸气剂等。17. 钪(Sc)在冶金工业中，钪常用于制造合金（合金的添加剂），以改善合金的强度、硬度和耐热和性能。在电子工业中，钪可用作各种半导体器件，如钪的亚硫酸盐在半导体中的应用已引起了国内外的注意，含钪的铁氧体在计算机磁芯中也颇有前途3，在化学工业上，用钪化合物作酒精脱氢及脱水剂，生产乙烯和用废盐酸生产氯时的高效催化剂。4，在玻璃工业中，可以制造含钪的特种玻璃等。
3.稀土在钢铁冶金工业中的应用
将稀土元素运在钢铁冶金这个行业已经有很长一段历史了。早在第一次世界大战时期德国人已经把稀土金属成功地用于镁合金和铝合金, 1920年开始在生铁中试用;七十年代达到了高潮。近二十多年来美、日、西欧等国把稀土研究开发重点转向高新技术应用的新材料。现在国际上把稀土誉为新技术革命中的战略元素、高技术的生长点、新材料的宝库。
3.1稀土元素在冶金工程中有什么作用
3.1.1降低金属材料中有害元素
(1)脱氧作用(2)脱硫作用(3)同时脱氧脱硫作用(4)降低金属材料中微量低熔点金属的危害作用(5)能稳定氢或吸住氢原子以降低氢的危害作用(6)去氮和降低氮的危害作用
3.1.2非金属夹杂物的变质以及降低和去除其残留在固态金属
稀土的基本作用与机理是控制稀土硫、氧等夹杂物的形态。当稀土加入量适宜时,稀土元素能减少夹杂数量,还能使之细化。由于夹杂的变质,能增加夹杂物与晶界之间及晶界抵抗裂纹形成与扩展的能力。
3.1.3金属材料中的微合金化或合金化
(1)稀土在金属中有一定固溶量及强化作用,在固溶度小的铁、镍、钴等金属中有微合金化作用,在铝、镁、钛、铜合金中有明显的合金化作用。
(2)稀土在金属中存在晶界偏聚,能强化晶界。
(3)稀土对金属的显微组织有影响。如稀土能抑制晶粒长大,使钢珠光体量减小,使铁素体量增加等。
(4)稀土对相变有影响。如影响钢的临界点,淬火钢回火以及马氏体和残余奥氏体分解热力学与动力学等。
(5)稀土降低碳、氮的活度,增加碳、氮的溶解度,降低其脱溶量,使它们不能脱溶进入内应力区或晶体缺陷中去,减小了钉扎位错的间隙原子数目;同时,稀土影响碳化物的形态、大小、分布、数量和结构,因而能提高金属和合金的机械等性能。
(6)热力学研究说明在Fe、Ni、Cu、Al等金属中稀土元素与多数合金元素相互降低活度,相互增加溶解度,有利于合金化,只与少数合金元素相互增加活度,相互降低溶解度。
(7)稀土能提高铁基、镍基、钒基、铬基等合金的再结晶温度,降低钛基等合金的再结晶温度。
(8)稀土能改善合金氧化膜结构,增加氧化膜与基体粘附性,明显提高抗氧化能力,能有效防止铬的氮脆等。
(9)稀土对金属表面具有改性作用。因为稀土对表面扩散及渗层组织有明显影响,存在催渗作用和共渗作用,能增加工件表面处理的渗浸速度、渗层厚度、降低共渗温度,节约能源,提高表面渗层的抗磨性能、抗腐蚀性能等,并能延长使用寿命。
(10)稀土在一些合金中可以节省Ni、Mn、贵金属等合金元素。
3.2稀土对钢组织和性能的影响
(1)稀土改善钢的疲劳性能；
(2)改善易切削钢的切削加工性能；
(3)提高不锈钢的耐点蚀能力；
(4)改善高合金钢的热加工性；
(5)抑制钢的回火脆性、降低韧-脆转变温度；
(6)稀土提高了含磷钢的耐大气腐蚀性；
(7)稀土提高高合金钢高温蠕变断裂强度和塑性；
(8)稀土元素改善高合金钢焊缝金属抗晶间裂纹形成能力；
(9)稀土对钢淬透性的影响；
(10)提高铸钢的强度和塑性、韧性；
(11)提高铸钢的耐磨性；
(12)提高钢和合金的高温抗氧化性能；
(13)稀土对钢的室温强度、硬度和短时高温拉伸强度的影响；
(14)通过改变钢的组织影响钢的性能；
(15)稀土元素可消除Fe-Cr-Al合金高温使用时的脆化倾向。
3.3简单介绍稀土在几种钢铁应用的效果
1在纯铁中确定稀土的主要作用是纯化作用，并有改善铸造组织、细化晶粒的作用，因而显著改善了塑性、韧性、耐腐触性能和收得率，对强度没有显著影响。2铸铁加0.2多左右的稀土(如FeCe)就能加倍地提高铁的机械性能，使复杂的铸件能得到良好的机械性能。
3工具钢、高速钢冶金工业部锢铁研究院等确定稀土可以改善热加工性能，若使用恰当能减小一些工具铜中炭化物相的偏折。
4不锈钢国外的一些文献都认为稀土能改善镍铬奥氏体型不锈锢的表面厦量、加工性能、塑性、韧性、抗氧化性，以及耐腐触性能。对铁素体铬不锈钢同样有好的影响。对铬锰氢铜来说，微量稀土也有好的影响。
3.4防止稀土加入方法不当和应用不当引起的不良作用
防止在金属液中保留大量局部聚集的非金属夹杂。稀土不宜作预脱氧、预脱硫剂,适宜脱氧、硫良好后再加入,有深度脱氧硫作用,并能很好控制氧、硫夹杂物形态,防止生成大块不均匀分布的脆性大的稀土金属间化合物,防止减弱或消除某些元素的合金化作用,防止浇注水口的结瘤等。
4稀土冶金工业的问题和展望
目前我国铁水预处理比、钢水精炼比较先进国家低，一大部分中小型钢厂低合金钢硫含量现状仍是钢铁强国20 世纪70 年代末到80年代初的水平，硫含量0.012%左右。这样的硫含量比国外现状高数倍，仅用钙处理是不够的，我国的国情需要再加一道稀土处理工艺来彻底地控制硫化物夹杂形态，才能保证生产优质低合金钢、合金钢，参与国际竞争。
4.1大力发展稀土处理钢还存在下述问题：
一是重点解决稀土加入方法问题。我国稀土在钢中应用虽然取得了较大成绩，但是钢中稀土的加入工艺和设备尚满足不了从国外引进的炼钢和炉外精炼设备高度自动化、连续化的要求。还有稀土加入方法必须与炼钢工艺相适应，这是解决稀土处理钢生产问题的重中之重。
4.2怎样解决上述问题
要认真的培养并集中优秀人才，发挥专家作用，科技人才战略是科技发展的三大战略之一，其核心是落实以人为本的发展观，牢固树立人才资源是第一资源的观念，稀土在钢铁中应用重大发展的问题，应当征求稀土在钢中应用的专家意见及建议，充分发挥他们的作用，只有这样才能更好的利用稀土资源并应用于冶金行业。
结语：无论是在冶金工业还是在其他的石油化工、农业医药、无机非金属材料或新型的材料领域，稀土都是必不可少的添加剂，国家应该重点开发和保护这部分宝贵的资源，使稀土的开发技术真正的掌握在自己的手里，这样才能生产出来高质量的产品，而不是半成品，稀土在前些年的低价出口非常严重，造成了很大的资源流失，近年来国家终于将稀土定为了重要的战略储备资源，希望将来可以更好的利用和还发稀土资源。
参考文献：
[1]夏国金，解萍，夏昕昱.近三年我国稀土在钢铁中应用现状及发展趋势(上)[J]，
稀土信息，
[2]夏国金，解萍，夏昕昱.近三年我国稀土在钢铁中应用现状及发展趋势(下)[J]，稀土信息，总第308 期
[3]杜挺.稀土元素在金属材料中的作用与机理[J] ，中国有色金属学报，第6卷第
期
[4]刘书祯，涂黎明.稀土添加剂在冶金工业中的应用[J]，金属材料与冶金工程，
第39卷第1期
[5]崔炜田沂川稀土元素在冶金工业中的应用[J]，河南冶金，第3期总第12期
[6]刘余九.中国稀土产业现状及发展的主要任务[J]，中国稀土学报，第25卷第
三期
[7]黄梦真，王晓梅.稀土在钢中的应用[J] ，科技信息，2009年第21期总第308
期
[8]夏国金.稀土在钢铁中的应用现状和发展建议[J]，稀土信息，总第288期
[9]李春龙.稀土在钢中的应用及需注意的一些问题[J]，稀土，第22卷第4期
[10]余宗森，卢先利.我国稀土在钢中应用的进展和前景[J]，稀土信息，2001.10
[11]柳方秀.稀土钢：是问题更是希望[J]，稀土信息，总第310 期
[12]马杰,刘芳稀土元素在钢中的作用及对钢性能的影响[J]，钢铁研究，2009年
6月
[13]江歌.包头稀土产业发展的制约因素[J]，稀土信息，2006年第2期
[14]盛达.稀土冶金工业的发展及展望[J] ，兵器材料科学与工程，第2期
[15] 杜挺.稀土元素在冶金中的应用[M]
[16] Du Ting, Wang Longmei, Wu Yieminget al. J MaterTechnol, 1993, 9: 68.
[17]Waudby P E. Rare earth additions to steel [J].International Metal
Reviews,1978,(2):74～98.
[18]Du Tinget al. Journal of Alloys and Compounds, 1993:193: 38.
[19]李梅,柳召刚,吴锦绣,胡艳宏.稀土元素及其分析化学[M]. 化学工业出版
社.2009.8
稀土催化剂研究进展 摘要 稀土催化材料的研究和发展为La 和Ce 等高丰度轻稀土元素的高质、高效利用提供了有效的途径。稀土元素具有未充满电子的4f轨道和镧系收缩等特征, 作为催化剂的活性组分或载体使用时表现出独特的催化性能。 本文介绍了稀土催化材料在石油化工，化石燃料催化燃烧、机动车尾气的催化净化，有毒有害废气的治理、固体氧化物燃料电池及移动制氢、稀土催化理论研究等方面的应用和研究现状，并就稀土催化材料研究中存在的问题和稀土催化材料的发展进行了思考和展望。关键词：稀土，催化，环境
THE RESEARCH PROGRESS OF RARE EARCH CATALYST ABSTRACT The research and development of rare earth catalytic materials for light rare earth element provides an efficient way. Rare earth elements is not full of electronic 4f tracks and have characteristics of lanthanide contraction. They shows unique catalytic properties when used as active component of catalyst or carrier. Rare earth catalytic materials in petrochemical industry has been introduced in this paper, such as: the fossil fuel catalytic combustion, motor vehicle tail gas purification, the management of the poisonous and harmful waste gas, solid oxide fuel cell and mobile hydrogen production, rare earth catalyst application and research status of theoretical research, etc. In this paper, the problems of rare earth catalytic materials and rare earths catalytic materials for the development of thinking and outlook. KEYWORDS: Rare earths, catalysis, environment
17种稀土元素名称及用途 镧(La) "镧"这个元素是1839年被命名的，当时有个叫"莫桑德"的瑞典人发现铈土中含有其它元素，他借用希腊语中"隐藏"一词把这种元素取名为"镧"。镧的应用非常广泛，如应用于压电材料、电热材料、热电材料、磁阻材料、发光材料（兰粉）、贮氢材料、光学玻璃、激光材料、各种合金材料等。她也应用到制备许多有机化工产品的催化剂中，光转换农用薄膜也用到镧，在国外，科学家把镧对作物的作用赋与"超级钙"的美称。 铈（Ce）"铈"这个元素是由德国人克劳普罗斯，瑞典人乌斯伯齐力、希生格尔于1803年发现并命名的，以纪念1801年发现的小行星--谷神星。 铈的广泛应用: （1）铈作为玻璃添加剂，能吸收紫外线与红外线，现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，日本汽车玻璃全加入氧化铈，1996年用于汽车玻璃的氧化铈至少有2000吨，美国约1000多吨. （2）目前正将铈应用到汽车尾气净化催化剂中，可有效防止大量汽车废气排到空气中。美国在这方面的消费量占稀土总消费量的三分之一强。 （3）硫化铈可以取代铅、镉等对环境和人类有害的金属应用到颜料中，可对塑料着色，也可用于涂料、油墨和纸张等行业。目前领先的是法国罗纳普朗克公司。 （4）Ce:LiSAF激光系统是美国研制出来的固体激光器，通过监测色氨酸浓度可用于探查生物武器，还可用于医学。铈应用领域非常广泛，几乎所有的稀土应用领域中都含有铈。如抛光粉、储氢材料、热电材料、铈钨电极、陶瓷电容器、压电陶瓷、铈碳化硅磨料、燃料电池原料、汽油催化剂、某些永磁材料、各种合金钢及有色金属等。 镨(Pr) 大约160年前，瑞典人莫桑德从镧中发现了一种新的元素，但它不是单一元素，莫桑德发现这种元素的性质与镧非常相似，便将其定名为"镨钕"。"镨钕"希腊语为"双生子"之意。大约又过了40多年，也就是发明汽灯纱罩的1885年，奥地利人韦尔斯巴赫成功地从"镨钕"中分离出了两个元素，一个取名为"钕"，另一个则命名为"镨"。这种"双生子"被分隔开了，镨元素也有了自己施展才华的广阔天地。镨是用量较大的稀土元素，其用于玻璃、陶瓷和磁性材料中。 镨的广泛应用: （1）镨被广泛应用于建筑陶瓷和日用陶瓷中，其与陶瓷釉混合制成色釉，也可单独作釉下颜料，制成的颜料呈淡黄色，色调纯正、淡雅。
稀土在农业上的运用成果汇总 课程名：生命科学概论 姓名：俞永宏 学号：0962108226 学院：稀土学院 班级：09级2班 上课时间:星期二四晚 时间：2012.04.25
稀土就是化学元素周期表中镧系元素，简称稀土(RE或R)。 稀土农用是稀土化工和稀土生物分离出来的一门新的学科，包括植物应用和动物应用两个方面，本文只介绍植物方面的。 一、基本概念和地壳中的含量 稀土是周期表中的一族元素，它由性质十分相似的镧、铈、镨、钕等15种元素和与镧系元素性质极为相似的钪、钇共十七种元素组成，统称为稀土元素。 其实稀土元素并不稀少，17种元素共占地壳总量的0.0153%，这比铜在地壳中的总量还多一倍。就单个元素而言，铈最多，它的克拉克值为0.0046%，与常见元素锌差不多。钇为0.0028%，镧为0.0018%比常见元素铅还多。 总之，稀土元素在地壳中的含量与铜、铅、锌不相上下，比锡、钴、银、汞等元素还多。 二、我国储量和其独特的用途 我国稀土资源得天独厚，已探明储量为4300万吨，居世界首位。由于稀土元素独特的电子层结构，使其具有优异的磁、光、电等特性。因此，稀土材料被广泛应用于冶金机械、石油化工、轻工农业、电子信息、能源环保、国防军工和高新材料等13个领域的40多个行业。产生了显著的经济效益和社会效益，是当今世界各国改造传统产业，发展高新技术和国防尖端技术不可缺少的战略物资。 三、稀土农用的起源和国内外研究进展 1917年中国钱崇澍与美国Ostenhout发表了钡、锶、铈对水绵生理作用的论文，开创了稀土元素的生物活性研究的先河。20世纪30年代，前苏联对稀土的植物生理效应做了大量的试验研究，涉及作物有豌豆、萝卜、黄瓜、亚麻和橡胶草等，且明确了稀土对上述作物生长的促进作用。 我国从二十世纪70年代以来，通过深入的试验研究与反复的生产实践。于1985
稀土在石化催化剂中的应用 (李才英，石油化工科学研究院，北京100083) 作者简介：炼油催化剂专家。1942年6月25日生。1964年毕业于北京理工大学。中石化石油化工科学研究院催化裂化催化剂研究室副主任、高级工程师。1972年开始从事沸石分子筛催化剂的研究，1983——1985年作为访问学者在英国帝国理工学院化学系进行沸石分子筛离子交换的研究。作为发明人之一，已经申请了20余篇专利。是自然科学突出贡献政府津贴获得者。 一、前言 石油炼制与化工是稀土应用的一个重要领域，也是使用并消耗稀土的大户之一。在石化工业中，催化技术占有极其重要的地位，稀土主要被用于制备含稀土的催化剂，应用在各种催化反应过程之中。 在石油炼制方面，由于我国的原油偏重，用蒸馏的方法只能得到约30％的轻质油。剩下的重质油可通过二次加工，进一步获得汽油和柴油等轻质油品。催化裂化是我国重油轻质化的重要二次加工手段，我国70％以上的汽油和30％以上的柴油均来自催化裂化。 催化裂化是烃类分子在酸性固体催化剂存在下进行催化反应的过程。自六十年代以来使用高活性的沸石分子筛裂化催化剂，稀土作为一个组分被引入到裂化催化剂中，从而，开创了稀土在裂化催化剂中应用的新局面。我国在七十年代也开发成功了稀土分子筛催化剂，并实现了工业规模的生产和使用。随着国民经济的发展，原油加工能力不断扩大，催化裂化的处理量已为原油加工能力的36％。裂化催化剂的产量，质量和品种也有了很大的发展，稀土在其中继续发挥着它的重要作用。本文将重点介绍近年来稀土在裂化催化剂中的应用情况，对于稀土在环保类型催化剂中我们所涉及的一些工作，也将作一简单介绍。 二、稀土在催化裂化催化剂中的应用 1．稀土可改善分子筛的稳定性和催化性能 目前，沸石分子筛是裂化催化剂中必不可少的活性组分。所用的合成分子筛， 及其它金属阳离子是一种结晶的铝硅酸钠，只有当其孔道中的钠离子被H+,NH+ 4 交换后，它才能呈现出固体酸性，具有催化作用。轻稀土(La、Ce、Pr…)离子为三价阳离子，对沸石分子筛有亲和力易于交换，且交换后的分子筛晶体结构稳定性好，活性高，对汽油的选择性好。因此，自1962年初次在工业上应用，很快
稀土在高分子材料中的应用 摘要：论述了稀土在高分子材料中的基本应用，如作为稳定剂、催化剂、补强剂、促进剂、偶联剂、颜料、催干剂及其特殊的功能性应用，如作为磁性剂、抗菌剂、阻燃剂、光能转化剂等。并展望了稀土在高分子材料中的应用前景。 关键词：高分子材料；稀土；应用 Application of Rare Earths in Polymeric Materials Lei Guo,Ge Hu Abstract:In this paper, the traditional applications of rare earth such as stabilizers, catalyzers,accelerants, coupling agents, and pigments as well as the functional applications such as magnetic agents,antimicrobial agents, fire retardants, and light energy converters in the polymeric materials wereintroduced. An outlook was given on the future application of rare earths in the polymeric materials. Key words:polymeric material; rare earth; application 1引言 稀土共17种元素，包括Sc、Y和镧系（从La到Lu）。稀土元素具有独特的4f电子结构，丰富的能级跃迁，大的原子磁矩，很强的自旋轨道耦合等特性。与其他元素形成稀土配合物时，配位数可在3~12间变化，使稀土化合物晶体结构多样化[1]。 这些特性赋予稀土元素及其化合物独特的光、电、磁、热等功能，在一些体系中加入少量的稀土化合物往往产生不同于原体系的性能，因而有“工业味精”之称，被认为是构筑信息时代新材料的宝库。稀土在轻工纺织和农林畜牧等各个领域以及有色冶金、石油化工、玻璃陶瓷、磁性材料等功能材料方面均取得了可喜的成绩。稀土在高分子材料中的应用是其应用研究的一个重要方面，涉及有机合成、精细化工、材料加工等领域。有关研究已显示稀土化合物在改进高分子材料加工和使用性能等方面具有独特的功效，并赋予高分子材料新的特殊功能[2]。本文系统论述了稀土在高分子材料中的应用。 2稀土在高分子材料中的基本应用 2.1稳定剂 稀土稳定剂的主要成分是镧和铈的有机或无机盐类。其主要品种是硬脂酸稀土及稀土盐和铅盐复合型稳定剂。
稀土矿的应用简介 一、稀土矿的简介 1、稀土的发现史 从1794年发现元素钇，到1945年在铀的裂变物质中获得钷，前后经过151年的时间，人们才将元素周期表中第三副族的钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥17个性质相近的元素全部找到，把它们列为一个家族，取名稀土元素。我国稀土品种全，17种元素除钷尚未发现天然矿物，其余16种稀土元素均已发现矿物、矿石。2、资源储量分布 我国稀土矿产主要集中在内蒙古白云鄂博铁-铌、稀土矿区，其稀土储量占全国稀土总储量的90%以上，是我国轻稀土主要生产基地。即轻稀土主要分布在北方地区，重稀土则主要分布在南方地区，尤其是在南岭地区分布可观的离子吸附型中稀土、重稀土矿，易采、易提取，已成为我国重要的中、重稀土生产基地。此外，在南方地区还有风化壳型和海滨沉积型砂矿，有的富含磷钇矿(重稀土矿物原料)；在赣南一些脉钨矿床(如西华山、荡坪等)伴生磷钇矿、硅铍钇矿、钇萤石、氟碳钙钇矿、褐钇铌矿等重稀土矿物，在钨矿选冶过程中可综合回收，综合利用。 二、稀土的用途 稀土（RE）常被冠以“工业味精”的美誉。稀土元素因其具有独特的电子结构而表现出特殊的光、电、磁学等物理化学性质。无论是稀土金属还是其化合物都有良好的应用价值。1、传统领域中的稀土材料 （1）稀土在农轻工中的应用 稀土元素作为微量元素用于农业有2个优点：一是作为植物的生长、生理调节剂；二是稀土属低毒、非致癌物质，合理使用对人畜无害、环境无污染。如添加稀土元素的硝酸盐化合物作为微量元素化肥施用于农作物可起到生物化学酶或辅助酶的生物功效，具有增产效果。 纺织业中:铈组元素（Eu以前的镧系元素）的氯化物或醋酸盐可提高纺织品的耐水性，并使织物具有防腐、防蛀、防酸等性能。某些稀土化合物还可以作为皮革的着色剂或媒染剂，La、Ce、Nd的一些化合物可用作油漆的干燥剂，增强油漆的耐腐蚀性。 (2)稀土在冶炼工业中的应用 稀土元素对O、S和某些非金属具有强亲和力，利用这一特点，将稀土用于炼钢中能净化钢液，能起到脱S和脱O的作用，其原理是加入钢中的稀土能结合钢中可能生成的MnS、Al2O3和硅铝酸夹杂物中的O和S形成化合物。 钢的脱硫:在钢中添加混合稀土金属的目的之一是控制硫夹杂物的含量和形状。炼钢通常要添加锰，锰与硫结合形成硫化物夹杂物，这种夹杂物在轧钢时会变形。而添加混合稀土金属则能产生稀土的硫化物、硫氧化物，它们在轧钢时形状保持不变，使钢的性能得到改善。 稀土球墨铸铁:混合稀土金属以稀土硅铁合金或硅镁钛合金的形式加入铁不中促进石墨的球化，从而提高铸铁的可锻强度。产品称球墨铸铁。 打火石:混合稀土金属制造打火石，这是75%的混合稀土金属和25%的铁制成的一种合金。 有色金属合金中：稀土金属有色金属合金中也获得广泛应用。例如有一种稀土镁合金（含有Mg、Zn、Zr、La、Ce）可用于制造喷气式发动机的传动装置，直升飞机的变速箱，飞机的着陆轮和座舱罩。在镁合金中添加稀土金属优点是可提高其高温抗蠕变性，改善铸造性能和室温可焊性。有一种铝锆钇合金用作电线，其特点是输出功率高、耐热、耐振动和耐腐蚀。（3）稀土在炼油业中的应用 目前，世界上90%的炼油裂化装置都使用含稀土的催化剂，其中稀土分子筛型石油裂化
各种稀土元素的应用领域 镧(La)：镧的应用非常广泛，如应用于压电材料、电热材料、热电材料、磁阻材料、发光材料（兰粉）、贮氢材料、光学玻璃、激光材料、各种合金材料等。她也应用到制备许多有机化工产品的催化剂中，光转换农用薄膜也用到镧，在国外，科学家把镧对作物的作用赋与"超级钙"的美称。 铈（Ce）：1，铈作为玻璃添加剂，能吸收紫外线与红外线，现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，日本汽车玻璃全加入氧化铈，1996年用于汽车玻璃的氧化铈至少有2000吨，美国约1000多吨。2，目前正将铈应用到汽车尾气净化催化剂中，可有效防止大量汽车废气排到空气中美国在这方面的消费量占稀土总消费量的三分之一强。3，硫化铈可以取代铅、镉等对环境和人类有害的金属应用到颜料中，可对塑料着色，也可用于涂料、油墨和纸张等行业。目前领先的是法国罗纳普朗克公司。4，Ce:LiSAF激光系统是美国研制出来的固体激光器，通过监测色氨酸浓度可用于探查生物武器，还可用于医学。铈应用领域非常广泛，几乎所有的稀土应用领域中都含有铈。如抛光粉、储氢材料、热电材料、铈钨电极、陶瓷电容器、压电陶瓷、铈碳化硅磨料、燃料电池原料、汽油催化剂、某些永磁材料、各种合金钢及有色金属等。 镨(Pr)：1，镨被广泛应用于建筑陶瓷和日用陶瓷中，其与陶瓷釉
混合制成色釉，也可单独作釉下颜料，制成的颜料呈淡黄色，色调纯正、淡雅。2，用于制造永磁体。选用廉价的镨钕金属代替纯钕金属制造永磁材料，其抗氧性能和机械性能明显提高，可加工成各种形状的磁体。广泛应用于各类电子器件和马达上。3，用于石油催化裂化。以镨钕富集物的形式加入Y型沸石分子筛中制备石油裂化催化剂，可提高催化剂的活性、选择性和稳定性。我国70年代开始投入工业使用，用量不断增大。4，镨还可用于磨料抛光。另外，镨在光纤领域的用途也越来越广。 钕(Nd)：钕元素的到来活跃了稀土领域，在稀土领域中扮演着重要角色，并且左右着稀土市场。金属钕的最大用户是钕铁硼永磁材料。钕铁硼永磁体的问世，为稀土高科技领域注入了新的生机与活力。钕铁硼磁体磁能积高，被称作当代"永磁之王"，以其优异的性能广泛用于电子、机械等行业。阿尔法磁谱仪的研制成功，标志着我国钕铁硼磁体的各项磁性能已跨入世界一流水平。钕还应用于有色金属材料。在镁或铝合金中添加1.5～2.5%钕，可提高合金的高温性能、气密性和耐腐蚀性，广泛用作航空航天材料。另外，掺钕的钇铝石榴石产生短波激光束，在工业上广泛用于厚度在10mm以下薄型材料的焊接和切削。在医疗上，掺钕钇铝石榴石激光器代替手术刀用于摘除手术或消毒创伤口。钕也用于玻璃和陶瓷材料的着色以及橡胶制品的添加剂。随着科学技术的发展，稀土科技领域的拓展和延伸，钕元素将会有更广阔的利用空间。
稀土永磁材料与应用 一、稀土永磁材料 稀土永磁材料是将钐、钕混合稀土金属与过渡金属（如钴、铁等）组成的合金，用粉末冶金方法压型烧结，经磁场充磁后制得的一种磁性材料。 稀土永磁分钐钴（SmCo）永磁体和钕铁硼（NdFeB）系永磁体，其中SmCo磁体的磁能积在15～30MGOe之间，NdFeB系永磁体的磁能积在27～50MGOe之间，被称为“永磁王”，是目前磁性最高的永磁材料。钐钴永磁体，尽管其磁性能优异，但含有储量稀少的稀土金属钐和稀缺、昂贵的战略金属钴，因此，它的发展受到了很大限制。我国稀土永磁行业的发展始于60年代末，当时的主导产品是钐-钴永磁，目前钐-钴永磁体世界销售量为630吨，我国为90.5吨（包括SmCo磁粉），主要用于军工技术。 随着计算机、通讯等产业的发展，稀土永磁特别是NdFeB永磁产业得到了飞速发展。 稀土永磁材料是现在已知的综合性能最高的一种永磁材料，它比十九世纪使用的磁钢的磁性能高100多倍，比铁氧体、铝镍钴性能优越得多，比昂贵的铂钴合金的磁性能还高一倍。由于稀土永磁材料的使用，不仅促进了永磁器件向小型化发展，提高了产品的性能，而且促使某些特殊器件的产生，所以稀土永磁材料一出现，立即引起各国的极大重视，发展极为迅速。我国研制生产的各种稀土永磁材料的性能已接
近或达到国际先进水平。 现在稀土永磁材料已成为电子技术通讯中的重要材料，用在人造卫星，雷达等方面的行波管、环行器中以及微型电机、微型录音机、航空仪器、电子手表、地震仪和其它一些电子仪器上。目前稀土永磁应用已渗透到汽车、家用电器、电子仪表、核磁共振成像仪、音响设备、微特电机、移动电话等方面。在医疗方面，运用稀土永磁材料进行“磁穴疗法”，使得疗效大为提高，从而促进了“磁穴疗法”的迅速推广。在应用稀土的各个领域中，稀土永磁材料是发展速度最快的一个。它不仅给稀土产业的发展带来巨大的推动力，也对许多相关产业产生相当深远的影响。 二、稀土永磁材料分类 1．稀土钴永磁材料，包括稀土钴（1-5型）永磁材料SmCo5和稀土钴（2-17型）永磁材料Sm2Co17两大类。 2．稀土钕永磁材料，NdFeB永磁材料。 3．稀土铁氮（RE-Fe-N系）或稀土铁碳（RE-Fe-C系）永磁材料。 三、稀土永磁材料制备工艺分类 1．粉末冶金烧结工艺制备的烧结磁体； 2．还原扩散制粉或氢碎处理粉末及粉末冶金烧结工艺制备的烧结磁体； 3．快速凝固制粉或氢碎制粉（HDDR），粉末模压粘结工艺制备的粘结磁体； 4．快速凝固制粉或氢碎（HDDR）粉末的注射工艺制备的注射磁
稀土催化材料在汽车尾气净化中的作用 目前国外广泛开发应用于汽车尾气净化的催化剂基本上是由铂(Pt)，铑(Rh)等贵金属组成的,目前, 普遍使用的铂铑基贵金属三元催化剂主要通过Pt 的氧化作用净化HC , CO , 通过Rh 的还原作用净化NO x 。该催化剂虽具有活性高、净化效果好、寿命长等优点，但是造价也较高，尤其是Pt、Rh等受到资源限制。为了缓解Pt特别是Rh的供应与需求之间的矛盾，广泛使用价格相对便宜的钯(Pd)， 开发了Pt，Rh和Pd组成的催化剂以及钯催化剂。 人们发现用稀土代替部分贵重金属制成的催化剂成本低，而且能获得满意 的净化效果。 稀土汽车尾气净化催化剂所用的稀土主要是以氧化铈、氧化镨和氧化镧的混合物为主，其中氧化铈是关键成份。由于氧化铈的氧化还原特性，有效地控制排放尾气的组分，能在还原气氛中供氧，或在氧化气氛中耗氧。二氧化铈还在贵 金属气氛中起稳定作用，以保持催化剂较高的催化活性。所以开发稀土少贵金属的汽车尾气净化剂，是取稀土之长补贵金属贵属之短，生产出具有实用性的汽车尾气净化剂。其特点是价格低、热稳定性好、活性较高、使用寿命长，因此在汽车尾气净化领域备受青睐。 稀土元素外层电子结构相似，稀土元素间的催化性能差别比较小，总的催化活性比不上外层电子结构的过渡元素及贵金属元素。在现行的实用工业催化剂中，稀土一般只用作助催化剂或催化剂中的一种活性组分，很少作为主体催化剂。 作为贵金属催化剂的助剂，稀土能够提高和改变催化剂的性能，其助剂的作用远远大于传统意义上的碱金属或碱土金属元素。我国的机动车排放污染严重，然而我国贵金属贫乏而稀土资源丰富，因此稀土应用于机动车尾气处理在我困得到广泛的应用。 稀上在机动车尾气净化催化剂中主要是具有储氧和催化作用，将其加入催化剂活性成组中，能提高催化剂的抗铅、硫中毒性能和耐高温稳定性，并能改善催化剂的空燃比工作特性。 稀土在TWC中的应用 稀土氧化物特有的性质早已引起了国内外催化剂研究工作者的广泛关注，然而到目前为止稀上氧化物多用作催化剂载体和助剂。稀土在催化剂中的作用主要有以下几方面。 1.汽车尾气净化催化剂活性成分 汽车尾气中的主要有害成分为碳氧化合物(Hc)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NO)，在净化器中的化学反应包括氧化和还原反应。因此，需要找出一种能使氧化和还原两类反应同时进行的三元催化剂，使催化剂在汽车排气管内借助于排气温度和空气中氧的浓度，对尾气中的CO、HC和NO同时起氧化还原作用，使其转化成无害物质C02、H20和N2。Ce、La稀土催化活性的研究结果表明：Ce02的引入明显提高了CO和NO的催化转化活性。因此，可用稀土氧化物完全或部分代替贵 金属来担当催化剂的活性组分，催化还原Co、HC和No。 2提高催化剂的抗中毒能力
稀土元素 稀土元素的发现 稀土一词是历史遗留下来的名称。稀土元素（Rare Earth Element） 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。稀土一般是以氧化物状态分离出来的，又很稀少，因而得名为稀土(Rare Earth，简称RE或R)。 这些稀土元素的发现，从1794年芬兰人加多林(J。Gadolin)分离出钇到1947年美国人马林斯基(J。A。Marinsky)等制得钷，历时150多年。其中大部分稀土元素是欧洲的一些矿物学家、化学家、冶金学家等发现制取的。钷是美国人马林斯基、格兰德宁(L。E。Glendenin)和科列尔(C。D。Coryell)用离子交换分离，在铀裂变产物的稀土元素中获得的。过去认为自然界中不存在钷，直到1965年，芬兰一家磷酸盐工厂在处理磷灰石时发现了痕量的钷。 稀土元素组成 稀土就是化学元素周期表中镧系元素——镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)，以及与镧系的15个元素密切相关的两个元素——钪(Sc)和钇(Y)共17种元素，称为稀土元素。通常把镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕称为轻稀土元素（铈组稀土），钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇称为重稀土元素（钇组稀土）。 也有的根据稀土元素物理化学性质的相似性和差异性，除钪之外(有的将钪划归稀散元素)，划分成三组，即轻稀土组为镧、铈、镨、钕、钷；中稀土组为钐、铕、钆、铽、镝；重稀土组为钬、铒、铥、镱、镥、钇。 周期系ⅢB族中原子序数为21、39和57～71的17种化学元素的统称。其中原子序数为57～71的15种化学元素又统称为镧系元素。 稀土元素的特性 稀土元素是周期表中IIIB族钪、钇和镧系元素之总称。其中钷是人造放射性元素。他们都是很活泼的金属，性质极为相似，常见化合价+3，其水合离子大多有颜色，易形成稳定的配化合物。溶剂萃取和离子交换是目前分离稀土的较好方法。镧、铈、镨、钕等轻稀土金属，由于熔点较低，在电解过程可呈熔融状态在阴极上析出，故一般均采用电解法制取。可用氯化物和氟化物两种盐系，前者以稀土氯化物为原料加入电解槽，后者则以氧化物的形式加入。 稀土矿物
应用技术 稀土在金属表面改性中的应用 李安敏,许伯藩 (武汉科技大学材料与冶金学院,湖北武汉430081) [摘要] 扼要总结了有关稀土在金属表面改性中的应用研究情况,分析了稀土在金属表面改性中的作用,并对其机理进行了初步探讨。 [关键词] 稀土元素;金属表面;表面改性 [中图分类号]TG113.2;TG146.4 [文献标识码]B [文章编号]1001-3660(2002)04-0040-03 The Application of R are E arth to the Surface Improvement of Metal Material LI An2min,XU Bo2fan (C ollege of Material&Metallurgy,Wuhan University of Science&T echnology,Wuhan430081,China) [Abstact] The effects of the rare-earth to the surface of metal material are reviewed,and s ome trend to research im proving the surface properties of metal material is introduced. [K eyw ords] Rare-earth element;Metal surface;Snrface im proverment 0 引言 由于稀土以其优良的性能,被广泛应用于冶金、电子、化工、医学等行业中,特别是在钢铁生产中,由于稀土的净化作用、变质作用、微合金化作用[1],改善铸锭冶金质量,提高钢材的性能,取得了显著效益。近年来,稀土逐渐被应用于金属表面改性工程(如化学热处理、激光表面改性、喷焊、堆焊等)中,也显示出稀土元素独特的改性作用,同时稀土在这些金属表面改性的行为及其改性机理需要材料工作者进一步研究,使稀土更好地发挥其在金属表面改性中的作用。 1 稀土在金属表面改性中的作用 由于稀土有上述的特点,材料科学工作者利用稀土的这些特点,将稀土应用于金属表面改性中,并取得了一定的成果。 1.1 稀土在化学热处理中的应用 稀土在化学热处理中的应用有以下4种方法:粉末法、盐浴法、熔盐电解法、气体法。孙轩华等用自制 的稀土硅和E NE催化剂对45钢进行了稀土覆层的研究,研究表面渗后试样表面为高硬度的白亮层,过渡层中先共稀铁素体消失,全部变为细球状珠光体,其硬度增至H V504。 王荣滨等[3]用(70%FeB+20%K BFe+10%RE)进行固硼稀土共渗,获得70～80μm的单相致密的Fe2B渗层,硬度可达H V2000～2100。王荣滨还用(70%NaB 4 O7+10%NaF+10%Na2O3+10%RE)进行盐浴硼稀土共渗,处理的Crl2钢制无缝钢管冷拔内、外模,可提高寿命10倍以上。 程先华[4]在化学热处理渗剂中添加微量稀土元素,研究其对工艺过程、渗层的组织和性能的影响以及其在生产中的应用,发现稀土元素在化学热处理中显示出优异催渗效果,与普通化学热处理相比,可使渗入速度提高20%～35%。 杨顺贞[5]研究发现稀土对低温固体B2C2N共渗与有催渗作用。王伟兰等[6]研究稀土对H13模具钢低温粉末渗硼的影响,发现加稀土渗硼仍具有比较明显的“滑化”效果,能够提高渗硼的耐磨性,合适的饿稀土加入量促进渗层趋向均匀,致密,并有一定的催渗作用。 [收稿日期]2002203202 [作者简介]李安敏(1973-),女,广西武鸣人,硕士,主要从事金属表面改性研究。 04Aug. 2002 SURFACE TECHN OLOG Y V ol.31 N O.4
稀土元素镧及其应用 在稀土元素家族中，锢无疑是个非常重要的成员。论地位和名气，他居于稀土家族主体“镧系元素”之首，作为15个元素的代表占据了化学元素周期表主表中的一个空格，并以他的名字来命名这个元素族系。论地壳中丰度为32ppm，占稀土总丰度的14.1%，仅次于铈和钕，居第三位。从发现年代看，他也仅排在钇和铈之后，是第三个被发现的稀土元素。 1839年，那位曾经发现铈的瑞典化学家伯采利乌斯(J.J.Berzelius)，有一个瑞典学生名叫莫桑德(Car1 Mosander)，在研究“铈土”时，分离并发现其中还隐藏着一种新元素，于是莫桑德便借用希腊语中“隐藏”一词把这种元素取名为”镧”。从此，镧便登上了被人类认识和利用的历史舞台。 镧之所以被较早发现，与他在元素周期表中的位置，也就是原子结构和性质密切相关。他居镧系元素之首，4f轨道上电子数为0，与其他元素发生化学反应时呈正三价。钪和钇虽然与他同在IIIB族，但不在一个周期，性质悬殊。与他紧邻的铈又能呈稳定正四价状态，也造成较大的化学性质差异，易于分离。而他与错钕等其他稀土元素之间又有铈相隔，因此镧比较容易同其他稀土分离并提纯。 稀土元素作为典型的金属元素，其金属活泼性仅次于碱金属和碱土金属。在17个稀土元素当中，按金属的活泼次序排列，由钪、钇到镧递增，又由镧到镥递减，属镧最为活泼。因此作为金属热还原工艺的还原剂，他可以用来还原制备其他稀土金属，而还原制备金属镧，则只能采用比他更为活泼的碱金属和碱土金属，通常采用金属钙作还原剂。 活跃的化学活性和丰富的储量，使镧广泛应用于冶金、石油、玻璃、陶瓷、农业、纺织和皮革等传统工业领域。尽管生产镧并不困难，但为了降低成本，在充分发挥镧及稀土共性的前提下，经常以混合轻稀土或富镧稀土的产品形式使用。 稀土作为金属材料的净化和变质剂，通常以混合稀土金属或中间合金的形态来使用。而镧作为最活泼的一员，在去除氧、硫、磷等非金属杂质和铅、锡等低熔点金属杂质，以及细化晶粒等方面自然会发挥首当其冲的作用。只是他经常和铈错钕等轻稀土弟兄们一起协同作战。当然，也能同其他金属协同作战，如在铅中加入富镧稀土金属（0.01‰~0.2‰）和铁（0.005‰~ 0.1‰），可明显提高抗折拉性能，使铅板机械强度提高上百倍。不仅改善了铅板防辐射性能，还扩大了合金基材的应用范围。以银-氧化镧复合镀层取代纯银作为电接触材料，可节约用银70%~90%，有很大经济效益。 20世纪80年代，石泊裂化催化剂曾经是稀土最大应用领域，因为稀土用作Y 型沸石催化剂，以镧的催化活性最强。在美国一直采用富镧稀土作为石油裂化催化
催化剂在环境保护中的重要应用 环境问题是人类不能回避的现实问题，如何消除、减轻或根除由于人类的生产活动而产生的一系列有害污染物质，是人类面临的一个重要课题。目前迫切希望解决的问题有：温室效应、臭氧层破坏、酸雨范围的扩大化、重金属等环境污染物质的排放、热带雨林的减少和土壤沙漠化等。其中前三个问题是由排放到大气中的化学物质引起的。例如：二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和亚氧化氮(N2O)都与温室效应有关，氟利昂及N2O破坏臭氧层，二氧化硫(SO2)和NO X是形成酸雨和光化学烟雾的主要因素，除掉或减少这些污染物质主要是通过化学方法来解决，以环境保护为目的的催化化学在解决此类问题中起着核心作用。环保催化是指利用催化剂控制环境不能接受的化合物排放的化学过程，创造舒适环境所用的催化剂。 除去SO2用的环保催化剂 SO2几乎全部由煤和石油燃烧时产生。利用催化剂可以在重油使用前先回收30%—90%的硫，使用的催化剂主要是以Al2O3为载体的Co (Ni)-Mo系列元素；由燃烧排出的硫，传统的除去方法大都采用石灰石泥浆吸收法及其他一些修正方法将硫转化成石膏，但费用较高，这是一般经济实力不强的国家负担不起的，因此，有人提出了以V2O5为催化剂，将SO2氧化制成硫酸，或者以CeO2/ nMgO.MgAl2O3为催化剂先将SO2氧化成SO3，再和固相MgO 反应生成MgSO4，以控制SO X的排放量，最后再将其还原回收H2S。由于将H2S 转化为工业上有用的硫磺，在工艺上比较麻烦，为此近年来，有人又提出了用钙钛矿型稀土复合氧化物和萤石型复(混)合氧化物作催化剂，将SO2直接还原成工业上有用的单质硫的方法，其中钙钛矿型稀土类催化剂主要集中在镧系上，如LaTiO3、LaCoO3、La1 - xSrxCoO3(X = 0.3，0.6，0.7)、La2O2S 以及La2O3的水解产物如LaOOH 等；萤石型复(混)合氧化物作催化剂主要有CeO2、Cu2Ce2O 的复(混)合氧化物，CdZr2O7、Tb2Zr2O7、GeZr2O7等。所用的还原剂主要集中在CO、CH4和H2上。另外，还有人以焦炭为催化剂，采用炭还原的方法；以NiO/MgO为催化剂，以氨为还原剂FeO/ r—Al2O3为催化剂，CO为还原剂等，将SO2还原为单质硫，SO2的转化率均在80%以上，所以，这种催化还原法可以从根本上控制SO2所带来的污染。 除去NO X用的环保催化剂 脱NO X是环境保护中防止形成酸雨的最重要的问题，也是环保催化剂研究中最活跃的课题。大部分是高温燃烧时空气中N2和O2产生的，采取控制的措施有两点：一是燃烧方法的改进；二是对产生的NO X作后处理。后处理的方法是催化还原法，即在固体催化剂存在下，利用各种还原性气体(H2、CO、烃类和NH3等)，以至碳和NO X反应使之转化为N2气的方法。工业排放尾气的脱NO X 所用催化剂为V2O5—TiO2，这种催化剂既可用在燃烧时产生的尾气，又可用在重油燃烧时产生的尾气。美国和德国最近开发的一种价廉的分子筛催化剂，这种分子筛催化剂可用于已经脱SO X的尾气，但这种催化方法用的NH3价格相当贵，而且在未完全反应的情况下，NH3也是一种危险品，且车载很困难。为了取代NH3，日本开发了一种以Cu离子交换的分子筛为催化剂，碳氢化合物(HC)为还原剂，将NO X分解为N2。除了上述催化还原法外，NO X还可通过催化剂直接分
稀土金属的最新应用 引言 稀土金属材料可以分成稀土金属合金以及稀土金属间化合物两大类。稀土金属合金有稀土铸铁、稀土钢铁合金、稀土有色金属合金等，多为结构材料。稀土金属间化合物则是稀土金属与其他金属或类金属之间形成的具有一定化学成分、晶体结构和显著金属结合键的物质，原子遵循着某种有序化的排列。这些金属间化合物在稀土合金相图中被称为稀土金属中间相。稀土金属间化合物主要有稀土磁性材料、稀土储氢材料、稀土热电材料( YbAl3，CePd3，YbxCo4Sb12，CeNiSn) 、热电子发射材料( LaB6 单 晶) 、超导材料( LaAl，LaAl2，LaSi3) 等，多为功能材料。 一、稀土金属在冶金及其结构材料上的应用 稀土是活泼的,易与氧、氢、氮、硫和其他元素结合成化合物,但不易与碳结合。在炼钢工艺中稀土用来生产较纯的、不含气体的钢,其含硫低,夹杂少。硫化物夹杂呈球形,热轧时仍为球形,它均匀布于晶内,这就增加钢的热塑性和可弯曲性,使其韧性更加各向同性。加稀土处理过的钢达到较高的屈服强度和冲击韧性,并具有较低的脆性转变温度。它使低合金钢获致较高的硬度,很高的耐磨和抗蚀性能,使含高铬的铁素体不诱钢获得更高的抗氧化能力,在循环加热试验中结果良好,并可替代镍铬合金作发热体用。稀土促进了铸铁中的石墨化和球化,细化了石墨体,铁素体和共晶体;从而提高了铸铁的延性、韧性和强度。制延性铸铁时,加铈可减少镁的添加量,因而防止了镁的挥发和烧损。随着稀土的添加,灰口铁成为较有延性的,白口铁更为耐磨,使可加工铸铁的热处理时间缩短,而合金铸铁可获得更好的抗蚀和抗氧化能力。 稀土在金属中添加的量虽然不多，但是应用领域非常广，而且带来的附加价值高，仍有很大的发展空间。除了在铸铁、钢铁以及有色金属中的应用外，在稀土金属间化合物方面的应用也开始受到关注，如B2 型稀土金属间化合物由于具有良好的室温塑性而受到人们的关注，在这种稀土金属间化合物中发现应力诱导相变有助于提高材料的塑性。美国Ames 实验室的KarlA Gschneidner 博士在探索室温下具有较好韧性的稀土金属间化合物，在Nature Materials 杂志上报道了一系列晶体结构为CsCl 型( B2) 、化学成分为RM( R: 表示稀土金属，M: 2，8 - 13 族金属) 的稀土金属间化合物都具有良好的室温塑性。 二、稀土金属催化剂 催化剂降低反应活性能，促进化学反应，是化学化工上的一个核心技术，影响到很多产业领域。稀土元素及其化合物具有很好的催化性质，在石油化工、橡胶合成、氨的合成、尾气净化、塑料降解、污水处理一些涉及到节能和环境保护等领域得到重要应用。下面是几例最新发现： 1.稀土硅氨化物在催化制备螺[环丙烷-1,3′-吲哚]化合物中的应用 硅氨基稀土化合物化学式为[(MeSi)N]Ln(-Cl)Li(THF)，可作为催化剂催化取代靛红、亚磷酸酯和烯烃，锅化反应制备螺[环丙烷-1,3′-吲哚]化合物；催化剂中，(MeSi)N表示三甲基硅氨基，Ln表示正三价的稀土金属离子，选自镧、钐、钆、铒或镱中的种；-代表桥键；THF代表四氢呋喃。此方法中，催化剂合成方法简单，反应原料简单易得，底物适用范围广，锅化反应方法效率高，反应条件温和，大部分目标产物的收率均达85%以上。 2.稀土咪唑盐化合物作为催化剂的应用 稀土咪唑盐化合物的通式为[RECl(THF)](HIPr)，其中，RE为稀土金属，选自La、Sm、Yb、Y中的种；HIPr为1,3-二(2,6-二异丙基苯基)咪唑阳离子；本发明的稀土咪唑盐化合物合成简单，结构明确，且收率高。本发明同时提供了上述化合物的制备方法及将其作为催化剂催化氮杂环丙烷衍生物与二氧化碳反应的应用方法，应用方法条件温和，活性高，选择性好，底物适应范围广。 3.稀土改性活性炭催化剂应用
稀土催化剂在环保领域中的应用 摘要：介绍了稀土催化剂在汽车尾气治理、降解印染废水、对城市生活垃圾的处理以及其他领域的研究与应用进展，展望了稀土催化剂在环保产业中的发展前景。 关键字：稀土催化剂汽车尾气治理废水降解垃圾处理 如何高效、经济和无害化地消除或减少由于人类活动而产生的环境污染成为环境可持续发展的核心问题。在解决环境问题过程中,寻求一种既能对环境友好,又能有效降低环境污染物的催化材料至关重要,稀土材料具备这些特性。由于稀土元素具有丰富的能级和特殊的4f外电子层结构,有着特殊的物理和化学性能,不仅本身具有催化性能,而且可以作为添加剂和助催化剂,对其他催化剂进行改性,提高催化剂的催化性能。因此,稀土材料作为催化剂在许多化学过程中得到广泛应用,如化工、冶金、医疗、能源和环境等。本文主要对稀土催化材料在汽车尾气净化等涉及环境保护领域的几个重要过程中的利用和发展现状进行了评述,并就稀土催化材料在环境保护应用中存在的问题及其发展方向进行了分析与展望。 1.稀土催化剂在汽车尾气中的应用 在我国大中型城市，特别是在北京、上海、广州等地，汽车尾气排放已成为主要的大气污染源。在北京市大气污染物排放总量中，平均有83%的一氧化碳、74%的碳氢化合物，以及41%的氮氧化物是由汽车尾气排放形成的。汽车尾气治理产品在20世纪70年代前主要使用三元贵金属（Pt、Pd、Rh）催化剂，尽管这类催化剂具有催化活性高、净化效果好和使用寿命长等特点，但是因其价格昂贵，且负载催化剂的氧化铝载体热稳定性易受影响，因而限制了其广泛使用。稀土凭借其独特的物化性质，能够提高催化剂载体的热稳定性和机械强度，贵金属的分散度、改善催化剂的储氧能力等，在汽车尾气净化方面起着重要的作用。 2.稀土催化臭氧氧化法降解印染废水 印染废水是一种有机物含量高、色度高、生化性能差的难降解有机废水，印染废水处理技术中 COD难以降低和高色度废水难以脱色是两大难点。目前，有效降解印染废水的方法有很多，其中催化氧化是主流的先进技术，尤其是臭氧在处理一些难降解有机物方面占有重要地位，显示出一定的优越性。在传统的臭氧氧化体系中，掺入某些稀土化合物作为催化剂，对臭氧进行同相催化，可以有效降解废水中难降解的有机物，提高臭氧的氧化率。通过进一步实验发 现，以 TiO 2、CuO、Al 2 O 3 为载体制备的负载型稀土催化剂对臭氧进行多相催化， 可以进一步提高臭氧的催化效率。本文通过前期的比较实验发现，以 SiO 2 为载体制备的二氧化硅负载型稀土催化剂，较同类型不同载体的负载型催化剂而言， 具有较高的比表面积，且制备载体的原料 Na 2SiO 3 便宜易得，该催化剂在废水 处理方面优势明显。多相稀土/臭氧催化法具有操作简单、COD 去除率高、处理
石油化工中稀土的应用 一、前言石油炼制与化工是稀土应用的一个重要领域，也是使用并消耗稀土的大户之一。在石化工业中，催化技术占有极其重要的地位，稀土主要被用于制备含稀土的催化剂，应用在各种催化反应过程之中。在石油炼制方面，由于我国的原油偏重，用蒸馏的方法只能得到约30％的轻质油。剩下的重质油可通过二次加工，进一步获得汽油和柴油等轻质油品。催化裂化是我国重油轻质化的重要二次加工手段，我国70％以上的汽油和30％以上的柴油均来自催化裂化。催化裂化是烃类分子在酸性固体催化剂存在下进行催化反应的过程。自六十年代以来使用高活性的沸石分子筛裂化催化剂，稀土作为一个组分被引入到裂化催化剂中，从而，开创了稀土在裂化催化剂中应用的新局面。我国在七十年代也开发成功了稀土分子筛催化剂，并实现了工业规模的生产和使用。随着国民经济的发展，原油加工能力不断扩大，催化裂化的处理量已为原油加工能力的36％。裂化催化剂的产量，质量和品种也有了很大的发展，稀土在其中继续发挥着它的重要作用。本文将重点介绍近年来稀土在裂化催化剂中的应用情况，对于稀土在环保类型催化剂中我们所涉及的一些工作，也将作一简单介绍。 二、稀土在催化裂化催化剂中的应用1．稀土可改善分子筛的稳定性和催化性能目前，沸石分子筛是裂化催化剂中必不可少的活性组分。所用的合成分子筛，是一种结晶的铝硅酸钠，只有当其孔道中的钠离子被H+,NH+4及其它金属阳离子交换后，它才能呈现出固体酸性，具有催化作用。轻稀土(La、Ce、Pr…)离子为三价阳离子，对沸石分子筛有亲和力易于交换，且交换后的分子筛晶体结构稳定性好，活性高，对汽油的选择性好。因此，自1962年初次在工业上应用，很快就创纪录的在工业上迅速推广应用。美国1964～1974年，稀土在裂化催化剂中的用量增加了十倍。我国自七十年代中期开始生产和使用稀土分子筛催化剂，到1983年稀土在裂化催化剂中的用量己为1976年的五倍。近年来，随着催化裂化生产能力的扩大，裂化摧化剂的产量己接近8万吨，稀土的年消耗量也超过了1800吨。2．稀土可改善催化剂的抗钒污染性能以前，我国催化裂化的原料油中钒含量较低，镍含量高。九十年代以后，随着新疆原油和中东高钒原油加工量的逐年增加，使催化裂化原料油中的钒含量迅速增加，对裂化催化剂的抗钒污染能力要求也就高了。钒的影响主要是造成催化剂中沸石晶体的崩塌，催化剂基质因熔化而烧结，使催化剂永久性中毒，对催化裂化反应及装置效益影响很大。通过添加一些特殊的捕钒组分，可以改善催化剂基质的容钒能力，减少钒对分子筛的破坏。稀土氧化物恰好也是一种有效的抗钒组分。在催化剂基质中，添加一定量的稀土氧化物，在高钒污染时，可减缓催化剂活性的下降(见表1)。此外，根据不同的制备工艺，稀土氧化物在调节催化剂及基质的酸性方面，也能发挥一定的作用。因此，近年来尽管由于提高汽油辛烷值和渣油加工的需要，沸石分子筛中的稀土含量有明显下降，但稀土还在催化剂中起着重要作用。 表1 钒污染对催化剂活性，选择性的影响 催化剂 A B 基质中RE2O3无有 MA，％41 46