稀土“十七姊妹”——稀土金属

如果你有打火机，只要用大拇指把打火机上的可动部分一按，“咔嚓”一声，小转轮底下迸出了火花，就把汽油灯芯或可燃气体给点着了。

稀土金属

打火机打火，关键在于金刚砂转轮底下的那一小块打火石。打火石不是普通的石头，而是一种稍加摩擦或敲打就很容易氧化并发火燃烧的金属，是一种用镧、铈等稀土金属与铁的合金制成的。这种发火合金现在已被广泛地应用到曳光弹、子弹和点火装置以及其他军事设施上。

讲到稀土金属，前面已经说过，成员可真不少，总共17个，被称为“稀土十七姊妹”。

稀土金属大都有一副朴素的银灰色的外表，只有少数几种呈淡黄色或浅蓝色。它们的外貌相像，化学性质相似，所以在矿物中经常共生在一起，只有钪是例外。从1794年芬兰人加多林在1种不寻常的黑色矿石——硅铍钇矿中分离出第一种稀土金属钇，到1947年美国人马林斯基等从铀的裂变产物中找到钷，其间经历150多年，才终于把稀土家族的全部成员找齐。

从发现到应用还有一个相当长的时期。钇、铈、镧等少数几种稀土金属到20世纪50年代，其余多数稀土金属到20世纪60年代，才开始进行工业性生产。即使到今天，我们还很少有机会看到单一的纯稀土金属。工业上往往直接利用混合稀土金属，也就是包含有多种稀土金属的合金。

稀土金属的用途日广，用量增大，越来越成为我们生产和生活中的得力助手。

“稀土十七姊妹”的化学性质活泼，几乎能同所有的元素起作用。在电真空技术中，混合稀土金属和铝、钍的合金用作电子管的消气剂，清除里面的残余气体，提高电子管的真空质量。

稀土金属的光谱非常丰富，而且能量分布均匀，可以得到强度很高、颜色非常匀称的弧光。电器工业用稀土金属的各种氟化物(主要是氟化铈)制造碳弧电极，用到探照灯、弧光灯和彩色电视等方面，灯的亮度增强，发光时间持久。

稀土金属的化合物是极重要的发光材料。它们以某种方式吸收外界的能量，然后把它转化成为光发射出来。单一的高纯稀土氧化物如氧化钇、氧化铕、氧化钆、氧化镧、氧化铽等，可以制成各种荧光体，广泛应用到彩色电视机、彩色和黑白大屏幕投影电视、航空显示器、X射线增感屏等方面，同时也可用来制作超短余辉材料、各种灯用荧光粉等等。

日光灯是千家万户不可缺少的光源，它省电，发光效率高，但也有不足，主要是显色性差，灯光下看物体白淡淡的。如果采用稀土三基色(红、绿、蓝)荧光粉，并按一定配比涂在灯管上，那么发光效率就可以更高，节电25％，而且显色性好，能够充分显示被照物体的本来颜色，光线柔和，对保护视力也大有好处。

一台彩色电视机就用上了五种稀土金属:电视机的玻壳里含有氧化钕，玻壳要用氧化钕抛光，氧化钪被用作彩色显像管里电子枪上的阴极，荧光屏上的红色荧光粉是钇和铕的氧化物。这种荧光粉的发光效率高，色彩鲜艳稳定，能使图像亮度增强40％。

此外，稀土发光材料还被用做投影电视白色荧光粉、超短余辉荧光粉、其他各种灯用荧光粉、X射线增感屏用荧光粉等等。用于X射线增感屏的稀土荧光粉，可使增感倍数达到5倍之多，这不仅大大降低了X射线剂量，减少了它对人体的危害，而且还能节约能源，延长X射线管的使用寿命，有利于有关设备的小型化。

人们从60年代起就开始认识到稀土金属的催化性能。裂化是石油的化学加工过程，目的是把石油的大分子裂解成更多的小分子，也就是以重质油品为原料，制得较轻较贵重的油品(如汽油)。这个过程在催化剂的作用下可以进行得更快更有效。过去石油催化裂化都用合成硅酸铝作催化剂，1962年，人们研制出一种稀土分子筛催化剂来逐步代替它，与原来的催化剂相比，稀土分子筛催化剂的活性高，寿命长，处理能力提高24％，汽油产率增长13％，还能改善所产汽油的质量。

直到现在，石油化工仍然是稀土金属的主要用户之一。除了把铈族混合稀土氯化物和富镧稀土氯化物制备的微球分子筛，用于石油的催化裂化过程外，稀土催化还可以用到其他各个方面，比如硫酸铈是氧化二氧化硫的催化剂，氯化铈是聚酯生产的催化剂，硝酸铈是合成耐纶、人造羊毛的催化剂。一种稀土金属镨、钕的催化剂已用到合成橡胶的生产上，化肥生产过程中也要用到稀土催化剂。

近些年来，稀土金属还在消除公害、防止污染方面初显身手。比如，稀土化合物可以用来有效地清除工业废水里的磷酸盐、氟化物等杂质。某些稀土金属与另外一些金属的复合氧化物，可以用于净化气体，一个典型的例子是把镧铜锰氧化物制成催化剂，用到汽车排气系统中，它能催化一氧化碳和碳氢化合物在较高温度下氧化，变成二氧化碳和水，使一辆汽车即使行驶万里也不冒一缕黑烟，既减轻了大气污染，又节省了汽油消耗。

在油漆、颜料、纺织、化学试剂、照相药品等生产部门，稀土金属的化合物也得到了广泛的应用。在日常使用的各种塑料制品的生产中，加进适量的稀土化合物，不仅可防止塑料制品的老化，且能提高它们的耐磨、耐热、耐酸性能。稀土用于皮革和毛线的染色，对皮革具有去臭、防腐、防蛀、防酸的效果，着色牢固，日晒雨淋也不易褪色;对毛线则有增强光泽和鲜艳度的功能，穿在身上蓬松柔软而不起球。

更有意思的是，稀土还跟农业直接挂上了钩。民以食为天，农业收成如何，关系到整个国民经济的发展。稀土在实现我国农业现代化方面，可以发挥一定的作用，它不仅可以制造农药，消灭害虫病菌，更重要的是可以用来生产稀土微量元素肥料——“常乐”，直接为增加农业收成和改善作物果实品质作贡献。

名不见经传的“常乐”是我国科技人员的创造，实际上是一种以稀土为主要成分的新型植物生长调节剂。说它是微量元素肥料，是因为它用量很少，远不像施普通肥料那样多，一般一亩地只需25～50克就够。可是，用量虽小，作用却很大，它能促进农作物生根发芽，枝繁叶茂，叶绿素增加，光合作用增强，氮、磷、钾的吸收和运转加快，结果使小麦、水稻等粮食作物增产5％～13％，花生、大豆等油料作物增产10％以上，甘蔗增产8％～12％，烟草增产8％～19％，茶叶增产20％，蔬菜、水果增产10％～20％。投资1元，能取得7～10元的收益，而且使用技术简便，成本低，无毒无污染，安全可靠，何乐而不为。

我国从1986年开始大面积推广稀土农用，到1989年已总共施用2500吨“常乐”，累计推广面积6200万亩，增产粮食、豆类约5亿千克，增加的农业经济效益接近6亿元。继冶金、石油化工之后，农业已成为我国稀土的第三大用户。

不断发展的新用途

我们在日常生活中会经常碰到磁体，而制造电子、电工器件以及精密仪器、仪表就更少不了磁性材料。一切具有磁性的物体都可以叫做磁体，其中能长期保存磁性的磁体被叫做永磁体。

人们最早利用的磁体是天然磁体，比如磁铁矿就是。但是现在用的磁体却是用钢、合金或金属氧化物制成的，叫做人工磁体。近几十年来，人工永磁体有了很大的发展，从普通的高碳钢发展到铁钻合金，以后又在这种合金中加进了钨、钼或者铝、镍等等。但是，这些磁性材料都有一个很大的缺点，即它们的磁场能量小，做成的器件又大又重，结果带来了很多麻烦。

重大的变化发生在1967年，美国科学家首先发现某些稀土和钻的金属间化合物具有极优异的磁性能，这样就发明了一种有名的钐钴永磁体。以后，又在这个基础上发展出了一系列以稀土和铁、钴、铜、镍等合金为基的永磁体。这就是第一代和第二代稀土永磁材料，它们的磁场能量比碳钢高150倍，相当于铝镍钴磁体的4倍。

1983年又研制出了第三代稀土永磁材料——钕铁硼永磁体，这才是真正的“永磁王”，它的磁场能量超出第一代稀土永磁体1倍多。钕铁硼永磁体可吸起比它自身重量大640倍的铁块，而同样大小的铁氧体磁体，却只能吸起比自身重量大120倍的铁块。具有优异磁性能的稀土永磁体，为所制器件和产品的微型化轻量化开辟了道路，并被广泛用到电机装置、家用电器、仪器仪表、医疗器械以及粒子束聚焦系统、磁悬浮技术等方面。

你手上戴的指针式石英电子手表，就少不了稀土永磁体，因为转动指针要用微型步进电机，而这种电机的转子就是用钐钴永磁材料制作的。用稀土永磁体做的拾音器，体积小，重量轻，装到电吉它上，灵敏度要比铁氧体拾音器高3～4倍，而且音色、音量也好得多。高压电子显微镜上的重要部件——小型磁透镜，是用稀土金属镝和钬制成的，它的效能与500千克重的铁芯磁透镜相同，而重量却只有它的1％。利用强大的稀土永磁体，还可以使轴承与轴座脱离接触，变成一种无摩擦轴承，它不需要外来能源，运行起来要安全可靠得多。

前面已经提到核磁共振成像装置，它是目前世界上最先进的医疗诊断设备。这种设备所需的强大磁场，如果依靠铁氧体磁体来提供，那就需要100吨重的磁体，若用“永磁王”钕铁硼来代替，则仅要2～4吨便足够，从而使这个庞然大物变得简单小巧得多。

我国稀土永磁材料的研究开发工作发展迅速，如今已广泛应用到卫星通信的行波管、陀螺仪以及航空、坦克、汽车、电梯、家用电器、电脑驱动等各类专用电机上。我国新生产的10万～30万千瓦发电机组，几乎全部配用稀土永磁副励磁机，总装机容量为1640万千瓦，仅仅由于可靠性提高这一点，就已经为国家节约了1.9亿千瓦时的电力。