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专家访谈:让我们读懂稀土


http://www.sciencehuman.com   科学人  网站  2012-05-09

 

  受访专家:

  张安文中国稀土学会副秘书长

  庄卫东北京有色金属研究总院稀土发光材料专家

  朱明刚中国钢铁研究总院功能所磁性材料基础研究室主任

  采访整理:

  光明日报记者胡其峰 袁于飞

  今年3月,美国联合欧盟和日本,向世界贸易组织(WTO)提起一项针对中国限制稀土出口的贸易诉讼。稀土,一时在国际上成为一个非常热门的话题,渐渐进入公众的视野。4月8日,中国稀土行业协会成立。那么,稀土在现实生活中,到底有哪些应用呢?科学家告诉我们,稀土具有丰富的磁、光、电的特性,不仅在绿色能源、军工、航空航天等领域占有重要地位,也早跟人们的日常生活密不可分,甚至央视春晚舞台上的LED显示效果,都跟稀土有关。

  近日,在中国科协主办的科学家与媒体面对面活动中,记者就稀土产业发展状况、我国稀土资源的分布、日常应用及其重要作用,以及如何纠正大众对于稀土的一些不正确认识等问题,采访了相关专家。

  稀土不是土

  记者:一听稀土,很多人以为是稀有的土,还有人说稀土有放射性。这些说法科学么?

  庄卫东:稀土不是土,实际上是一组元素,是17个元素的总称,是元素周期表57-71号的15个镧系元素,再加上和它性质相近的21号和39号的总称。稀土目前比较通行的分类方法就是依据元素周期表,前面是轻稀土,中间是中稀土,后面称为重稀土。

  稀土这个名字是怎么来的?过去稀土主要跟冶金工业有关。稀土第一个元素被发现是在1787年,当时从冶金工业的炉渣里分离出一些固体氧化物,很稀少,看着像土,因而得名为稀土。最后一个稀土元素被发现是在1945年,中间经历了近两百年。

  17个元素里面有个钷的元素,是合成的元素,实际上自然界是不存在的。只有钷有放射性,其他的稀土元素没有放射性。

  记者:稀土主要有哪些应用?

  朱明刚:稀土最主要的应用是永磁材料。稀土永磁材料,主要用来做电机。稀土永磁电机的体积小,效率高。比如一台风力发电机,发电一兆瓦需要一吨左右的稀土。

  稀土另一个重要的用途,是作为稀土贮氢材料。现在所有的五号电池、七号电池、充电电池,大部分是镍氢电池,这种材料是上世纪六十年代飞利浦公司发现的,具有优异的贮氢性能。

  庄卫东:发光也是稀土很重要的应用。发光领域最主要的应用是两大领域,第一就是照明,氧化钇和硫氧化钇用于荧光,主要用在液晶电视。稀土发光材料的发展,具有里程碑意义的是1963年彩色电视的发明。未来的二三十年主流显示方式都需要用到稀土发光材料。等离子电视、3D显示的兴起,稀土起到了很大的作用。尤其是大屏幕显示,更离不开稀土。

  稀土催化材料目前主要使用的是铈。稀土催化材料在石油炼制催化、汽车尾气催化这两方面占很大的用量。还有固体氧化燃料电池,可以做分布式发电。谷歌大楼使用的氧化燃料电池,用的就是稀土材料。

  稀土在生活中不可或缺

  记者:稀土在日常生活中有哪些应用?

  张安文:日常生活中,家具、燃料、油漆等,都跟稀土有关系。节能光源都是含有稀土的,比如LED灯,看起来形状像白炽灯,实际上光效比白炽灯高了几十倍。LED的光源,还可以根据心情进行调节,可以进行比较人性化的设计。

  单反相机、卡片机、手机摄像镜头都应用了加稀土镧的玻璃。这种玻璃的折光率非常好,可以照出非常清晰的图像。纺织品用稀土去染色,色彩非常鲜艳,不同的阳光下有不同的颜色。稀土应用到防晒霜上,可以把紫外线转为红外线,减少紫外线对皮肤的灼伤,还有增白的效果。DVD,包括过去的VCD,还有Hi-Fi音响,汽车上的磁钢,都应用了稀土材料,这样声响效果好,分离度高,还原效果好。激光头识别器,都是用稀土的。工艺玻璃,很多也都是加了稀土做出来的。稀土陶瓷刀具非常锋利,还非常干净。

  朱明刚:电脑也跟稀土密切相关。电脑的硬盘驱动器里头的驱动电机,需要稀土永磁材料,外壳需要稀土镁合金,还有屏幕发光材料。手机也要用到稀土永磁材料,还有耳机。变频空调,也需要用到稀土永磁材料。稀土还有一个重要用途就是磁制冷材料,是冰箱、空调以后的替代产品,但是现在还没走向实用,处于研发过程。望远镜也需要用稀土的材料。

  电梯的电机使用稀土永磁材料,叫做永磁电机,它效率高。还有核磁共振,也要用到永磁材料。现在越是高档汽车,用稀土材料用得越多,普通车用20到40多个永磁材料,高档车用70—80多个永磁材料,包括雨刷电机、转向器等,还有电车的驱动电机,都需要永磁材料。

  在飞机轮船上,也要用到稀土材料。像飞机上各种微型电机、传感器、导航仪,都需要用到稀土永磁材料。在飞机的构造材料中,需要用稀土的镁合金等,因为它轻。在轮船上,用到永磁电机,一些潜艇、电动船,用了稀土材料之后,污染没那么大,没有噪声。

  记者:我国在稀土应用方面的情况怎么样?

  张安文:稀土的应用,包括冶炼分离,涉及到物理、化学、冶金、材料、计算机,和生物工程,制造业,传感器等产业有关。我国经过六十多年的努力,从选矿、冶炼分离、生产氧化物到金属材料,包括应用,建立了一个完整的稀土工业体系和科研体系。我国含有稀土的结构材料,如铁、钢、铝、镁、钛、铜等都可以生产。我国在原料和选矿、采矿方面的技术具有世界领先水平,在材料方面,研究和生产处于世界先进水平,有些领域居于一流水平。但元器件、零部件的生产还相对薄弱。比如汽车上的电子助力转向,国内还没有大规模设计,包括传感器等一些其他的零部件、元器件,还依赖于国外,所以我们的稀土出口价格,还是相对偏低的。

  稀土比铜、镍、钴都要多,储量是金的三万倍

  记者:稀土少见么?是不是只有中国才有稀土?

  张安文:稀土并不少,但是稀土分散,同时密度相对比较低。稀土是一组金属元素,在地壳的分布,用克拉克值来计算,即每一种化学元素在地壳中所占的平均比值。经统计,稀土在地壳中的含量比铜、镍、钴都要多,是金的三万倍。五大洲和四大洋的海底,都有稀土。在太平洋的深海,有很多稀土。中国的稀土主要分布在内蒙古的包头,还有以江西赣州为代表的南方七省。

  在欧洲,北边的格陵兰岛有很多稀土资源。瑞典是最早发现稀土的,俄罗斯也比较多。美国也有很多稀土,加州的帕斯山在八十年代曾经提供了全球百分之七、八十以上的稀土原矿。在亚洲,越南、吉尔吉斯斯坦、哈萨克斯坦、蒙古,都有稀土。北非、南非、马达加斯加,都有稀土。南美洲最典型的是巴西,有很丰富的稀土资源,有可能接近中国的储量。澳洲稀土很丰富,以威尔德矿山为代表。

  记者:世界稀土供应情况怎么样?为什么发达国家这么重视中国的稀土?

  张安文:美国2011年公布的数据,全球稀土相对量中,中国占了48.3%,美国占到11.4%,印度、澳大利亚等其他国家占到22.1%。从产量上看,中国提供了97%的需求,印度供应了2.2%,巴西供应了0.5%,马来西亚供应了0.3%。我国稀土矿中的轻、中、重稀土矿的分布都很好,国外主要把我国的中、重稀土当成战略资源、战略元素来对待。

  记者:稀土有17种元素,哪一种最紧缺?稀土产业的发展应该遵循怎样的思路?

  朱明刚:镝和铽是比较缺的,据说只有中国发现有。缺的原因,一个是含量低,再一个是它的开采对环境污染大。说到稀土产业的发展思路,就是希望平衡利用,比如镧和铈尽可能多用一些。还有环境污染的问题,这非常重要,我们国家在环境治理方面还要做深入的研究,要力争发展循环经济,将来可以做到循环利用。同时,要平衡利用,例如把铈尽可能多用一些。

  链接:

  17种稀土元素用途一览

  1、镧用于合金材料和农用薄膜

  2、铈大量应用于汽车玻璃

  3、镨广泛应用于陶瓷颜料

  4、钕广泛用于航空航天材料

  5、钷为卫星提供辅助能量

  6、钐应用于原子能反应堆

  7、铕制造镜片和液晶显示屏

  8、钆用于医疗核磁共振成像

  9、铽用于飞机机翼调节器

  10、铒军事上用于激光测距仪

  11、镝用于电影、印刷等照明光源

  12、钬用于制作光通讯器件

  13、铥用于临床诊断和治疗肿瘤

  14、镱用于电脑记忆元件添加剂

  15、镥用于能源电池技术

  16、钇用于电线和飞机受力构件

  17、钪常用于制造合金

    [光明日报]

 

 

   

 

 

 

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