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稀土元素是17種特殊的元素的統(tǒng)稱，包括化學(xué)元素周期表中鑭系元素——鑭(La）、鈰(Ce）、鐠(Pr）、釹(Nd）、钷(Pm）、釤(Sm）、銪(Eu）、釓(Gd）、鋱(Tb）、鏑(Dy）、鈥(Ho）、鉺(Er）、銩(Tm）、鐿(Yb）、镥(Lu），以及與鑭系的15個(gè)元素密切相關(guān)的元素—釔(Y)和鈧(Sc)共17種元素，稱為稀土元素。稀土是重要的戰(zhàn)略資源，被譽(yù)為“工業(yè)維生素”，已廣泛應(yīng)用于電子、石油化工、冶金、機(jī)械、能源、輕工、環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。今天首先來介紹排在第一位的金屬鑭。

一、鑭的簡介
1839年，瑞典化學(xué)家莫桑德爾（CarlMosander）發(fā)現(xiàn)了“鑭”（其命名源于希臘語為“隱藏者”之意）。鑭是一種金屬稀土元素，原子序數(shù)57，原子量138.9055。銀灰色光澤，質(zhì)地較軟，密度6.174g/cm³，熔點(diǎn)921℃，沸點(diǎn)3457℃；鑭在地殼中的含量為0.00183%，在稀土元素中含量僅次于鈰。鑭有兩種天然同位素：鑭139和放射性鑭138。

金屬鑭是銀白色的金屬，質(zhì)軟易切割。金屬鑭的化學(xué)性質(zhì)活潑，易溶于稀酸。在空氣中易氧化，新鮮的表面遇空氣迅速變暗，金屬鑭一般保存于礦物油或稀有氣體中。加熱能燃燒，生成氧化物和氮化物。在氫氣中加熱生成氫化物，在熱水中反應(yīng)強(qiáng)烈并放出氫氣。鑭存在于獨(dú)居石沙和氟碳鈰鑭礦中。鑭單質(zhì)是可鍛壓、可延展的銀白色金屬，質(zhì)軟可用刀切開；熔點(diǎn)921°C，沸點(diǎn)3,457°C，密度6.174克/立方厘米。鑭化學(xué)性質(zhì)活潑，在冷水中緩慢腐蝕，熱水中加快；鑭可直接與碳、氮、硼、硒、硅、磷、硫、鹵素等反應(yīng)；鑭的化合物呈反磁性。

近三年氧化鑭、金屬鑭和鑭鈰金屬合金價(jià)格走勢：

二、金屬鑭的應(yīng)用

（一）鋼鐵改質(zhì)劑

金屬鑭或混合稀土金屬加入鋼中可脫硫和氧，細(xì)化晶粒，形成微合金改變夾雜物的形態(tài)及分布，降低氫擴(kuò)散系數(shù)，提高抗氫脆和應(yīng)力腐蝕性能；加入鐵中可凈化鐵水，改變石墨形態(tài)，防止雜質(zhì)元素破壞球化作用。由于鋼鐵在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，金屬鑭在鋼、鑄鐵等高性能產(chǎn)品發(fā)展過程中均扮演著重要的角色。

（二）還原劑

金屬鑭、鈰性質(zhì)相近，鑭屑與氧化釤等混合后壓塊，在高溫下發(fā)生還原反應(yīng)，利用蒸氣壓差可真空蒸餾分離提純得到金屬釤等高蒸氣壓金屬；該工藝的設(shè)備為真空感應(yīng)爐或真空電阻爐，還原和蒸餾過程同時(shí)進(jìn)行，工藝簡單，污染少。

（三）金屬方棒內(nèi)襯

純稀土金屬因其化學(xué)性質(zhì)活潑，極易同氧、硫、氮作用生成穩(wěn)定的化合物，當(dāng)受到劇烈摩擦與沖擊發(fā)生火花時(shí)，可引燃易燃物。因此，早在1908年它就被制成打火石。現(xiàn)已查明，17種稀土元素中有鈰、鑭、釹、鐠、釤和釔六種元素具有特別良好的縱火性能。而鑭的價(jià)格最低。人們將稀土金屬的縱火性制成了各式燃燒武器，例如美國“馬克—82型”227kg航彈采用稀土金屬內(nèi)襯，除了產(chǎn)生爆炸殺傷效應(yīng)處，還產(chǎn)生縱火效應(yīng)。美國空對地“阻尼人”火箭戰(zhàn)斗部內(nèi)裝108個(gè)稀土金屬方棒作內(nèi)襯，取代部分預(yù)制破片，靜爆破試驗(yàn)證明，其點(diǎn)燃航空油料的能力比無內(nèi)襯的高44%。

（四）金屬鑭絲箔

金屬鑭絲可吸收電子管電極因受轟擊和熱擴(kuò)散作用所釋放的氧、氮、一氧化碳、二氧化碳和水蒸氣等有害氣體，從而保持電子管的高真空度。各種稀土金屬與合金箔片的中子吸收面積大，可有效捕捉到中子。金屬鑭的絲材和箔片廣泛應(yīng)用于電子、照明、核工業(yè)等領(lǐng)域。

（五）發(fā)火合金

我國早期已用混合稀土金屬（RE，含La25%）與Fe等制成多種發(fā)火合金，且可分為軍用和民用兩種。軍用發(fā)火合金是采用RE60-80%（含La25%），F(xiàn)e20-40%和少量的Al，Ca，Si和C等制成的，其主要用于制造子彈、炮彈和炸彈的引芯，點(diǎn)火裝置等。民用發(fā)火合金是由RE75-80%（含La25%），F(xiàn)e15-18%和少量Mg、Zn、Cu、Al等制成，其發(fā)火≥85%，主要用于打火機(jī)引火的火石及各種玩具的發(fā)火火石等。此外，發(fā)火合金還用于工業(yè)汽燈，焊槍點(diǎn)火器及火炬點(diǎn)火器等。

（六）用于有色金屬

金屬鑭粉比金屬鑭塊體擁有更大的比表面積、更強(qiáng)的活性及更好的分散性，在精密合金、特殊金屬和催化劑等領(lǐng)域的應(yīng)用日益增加。鎢合金、鉬合金以及鈦合金等存在晶界強(qiáng)度低、低溫易脆等問題；在其加工過程中添加金屬鑭粉等稀土金屬粉末并充分混勻，可利用稀土微合金化作用，有效細(xì)化組織，捕捉氫等有害元素，改善合金性能。

（七）金屬鑭靶

金屬鑭靶主要用于鍍膜、拋光等領(lǐng)域。熱電子陰極采用釷鎢材料存在放射性問題，而鑭鉬陰極不存在此問題，其發(fā)射性能很大程度上取決于材料表面活性物質(zhì)層。郝世明等以鉬為基體、鑭為靶材，用脈沖激光技術(shù)制備分布均勻的鑭氧薄膜，得到了性能優(yōu)良的鑭鉬陰極。CVD金剛石膜具有良好的導(dǎo)熱性和透光性，應(yīng)用非常廣泛，但薄膜表面晶粒和粗糙度大，使用性能較低。利用金剛石表面碳元素和稀土金屬反應(yīng)擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)表面拋光，可加快拋光速度，提高金剛石膜的精密度。高純度鑭靶的雜質(zhì)和空位少，濺射膜層的組織更均勻，性能更穩(wěn)定。

三、鑭化合物的應(yīng)用（一）氧化鑭（La2O3）

白色無定形粉末，密度6.51。熔點(diǎn)2315℃。沸點(diǎn)4200℃。微溶於水，溶於酸而生成相應(yīng)的鹽類。露置空氣中吸收二氧化碳，逐變漸變?yōu)樘妓徼|。用於制特種合金、光學(xué)玻璃等。由磷鈰鑭礦砂萃取或由灼燒碳酸鑭或硝酸鑭而得。制造各種合金材料，如飛機(jī)用鋁合金等；發(fā)光材料，公路路牌及路面夜光石；光學(xué)玻璃，如照相機(jī)及攝像機(jī)鏡頭；光導(dǎo)纖維；高級電容器；玻璃脫色劑以增加強(qiáng)度；激光材料；瓷器用顏料、光澤劑；磁阻材料；貯氫材料；手提電話電池；有機(jī)化工產(chǎn)品的催化劑，如光轉(zhuǎn)換農(nóng)用薄膜等。

（二）硫酸鑭（La2(SO4)3）

稍溶于冷水，在水中溫度升高，溶解度下降，不溶于丙酮。為稀土金屬硫酸鹽中溶解度最小者。最常見為其八水合物水合硫酸鑭，無色鹽為六方系晶體，500℃時(shí)脫水，700℃時(shí)生成堿式鹽，與堿金屬硫酸鹽可生成各種硫酸復(fù)鹽。在硫酸中生成La(HSO4)3，在硫化氫氣流下加熱時(shí)，生成硫化物。水合硫酸鑭可用于測定元素的原子量、光譜分析，用作防腐劑、試劑。

8水合硫酸鑭

（三）碳酸鑭（La₂(CO₃)）

碳酸鑭可降低高鈣、高磷MHD患者的血鈣、血磷水平，且安全性，可用于治療腎病患者透析時(shí)伴發(fā)的高磷血癥。

碳酸鑭作為一種新型不含鋁、鈣的磷結(jié)合劑，逐漸用于高磷血癥的臨床治療。碳酸鑭在酸性環(huán)境中具有較好的磷結(jié)合能力，三價(jià)鑭離子在胃酸性環(huán)境中與磷高度親和，可以緊密結(jié)合食物中的磷，形成不易溶解和被消化吸收的磷酸鑭，并隨糞便排泄，可起到降低血磷水平的作用，且不存在因鋁、鈣攝入量增加導(dǎo)致的毒副作用。

（四）六硼化鑭(LaB6)

是優(yōu)異的電子發(fā)射材料，具有高熔點(diǎn)(>2500℃)、低蒸氣壓和低功函數(shù)，電子發(fā)射性能比鎢還好，已J一泛用于電子顯微鏡、電視和陰極射線管用作電子槍。

LaB6 的逸出功比較低，是一種優(yōu)秀的陰極材料，特別適用于高溫、大電流密度的器件。基于它的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，使其具有很好的電子活性，在加熱時(shí)，晶胞中擴(kuò)散出的金屬 La 原子可以立即補(bǔ)充表面蒸發(fā)掉的金屬 La 原子，使 LaB6表面始終保持良好的陰極活性。由于 LaB6的高電導(dǎo)率、良好的熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性、低逸出功和優(yōu)異的陰極表面活性等特點(diǎn)，使它在陰極發(fā)射中得到廣泛的應(yīng)用，成為良好的熱陰極材料和場發(fā)射陰極材料。

LaB6的結(jié)晶結(jié)構(gòu)模型

（五）溴氧化鑭(LaBrO)

對x射線有很強(qiáng)的吸收特性并能非常有效地將X射線轉(zhuǎn)化為可見光，用他制作醫(yī)用X熒光增感屏，比傳統(tǒng)用的鎢酸鈣(CaWO4)增感屏大大提高了成像清晰度，并減少X射線輻照劑量，尤其適用于腦部敏感部位和兒童、孕婦的透視檢查

（六）溴化鑭（LaBr3）

淺灰白色的粉末，易吸濕；密度(25/4℃)5.063g/mL；熔點(diǎn)7834℃；沸點(diǎn)15775℃；可溶解的。摻鈰的溴化鑭單晶（LaBr3:Ce3+）是性能優(yōu)異的閃爍體材料，具有比碘化鈉、摻鈰氯化鑭等更為優(yōu)異的閃爍性能。

溴化鑭LaBr3(ce)閃爍晶體是核輻射探頭的主要組成部件。閃爍探頭可用來探測X光和γ射線等電離輻射。溴化鑭鈰閃爍晶體具有光產(chǎn)額高、能量分辨率好、衰減時(shí)間短、非線性響應(yīng)小等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于國際防恐反恐、核材料控制、安全檢查、能源、核醫(yī)學(xué)、工業(yè)計(jì)量、石油測井等多個(gè)領(lǐng)域。

溴化鑭LaBr3(ce)晶體

（七）硝酸鑭（La(NO3)3）

白色粒狀晶體，易濕解；沸點(diǎn)126℃；熔點(diǎn)40℃；溶解性:易溶于水，易溶于乙醇；密度：相對密度(水=1)2.05；穩(wěn)定性：穩(wěn)定；危險(xiǎn)標(biāo)記11)；主要用途：用于制光學(xué)玻璃、螢光粉、陶瓷電容添加劑、石油精制加工催化劑

1.用于生產(chǎn)光學(xué)玻璃，汽燈紗罩及熒光粉、防腐劑。

2.陶瓷電容器添加劑、石油精煉催化劑。

6水合硝酸鑭

（八）鉻酸鑭（LaCrO3）

鉻酸鑭材料是一種復(fù)合氧化物，其在高溫時(shí)（>1000℃）具有立方晶系鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，理論密度為6.5g/cm3，熔點(diǎn)為2,490℃。純的鉻酸鑭材料為本征半導(dǎo)體，適量摻雜后可成為具有良好導(dǎo)電性的p型半導(dǎo)體。由于化學(xué)式中含有氧元素，以鉻酸鑭材料為基材復(fù)合添加其他材料制備的鉻酸鑭電熱元件具有良好的高溫抗氧化性，在空氣環(huán)境中表面溫度可達(dá)1900℃，爐內(nèi)長期穩(wěn)定工作溫度可達(dá)1700℃。在高溫氧化氣氛電爐中使用的電阻發(fā)熱元件；其耗能少，可以精確控制溫度。能在氧化氣氛下長期使用，適合于高精度溫度的自動(dòng)化控制，其爐溫穩(wěn)定度可在1℃之內(nèi)。

（九）硅酸稼鑭(La3Ga5SiO14)

是制作高穩(wěn)定、高頻、大帶寬、低插損、小體積SAW濾波器的理想材料。鈣欽礦型錳基氧化物L(fēng)a-Ca-Mn-O材料具有巨磁電阻效應(yīng)(CMR)，這促進(jìn)了一門新興學(xué)科——自旋電子學(xué)的發(fā)展，并開始在許多新型電子器件上得到應(yīng)用。

硅酸鎵鑭(LGS)晶體

硅酸鎵鑭(LGS)晶體與石英晶體一樣，同屬于三方晶系，但其機(jī)電耦合系數(shù)高于石英晶體的2～3倍，不潮解，不溶于酸堿，具有零溫度系數(shù)的切向，SAW傳播速率低，無相變，不需要極化處理，是優(yōu)異的壓電晶體材料。但是由于其組分中有一半重量為Ga2O3，昂貴的成本使之難以與量大價(jià)廉的石英晶體相抗衡，所以只有在少數(shù)需要優(yōu)良性質(zhì)而不計(jì)成本的領(lǐng)域(如航空、航天或軍用)才采用LGS晶體制作的器件。

近年來，由于移動(dòng)通信的發(fā)展，LGS制作的微小型中頻聲體波濾波器被用于寬帶波分復(fù)用(W-CDMA)體系，而再次受到人們的重視。

四、鑭合金的應(yīng)用范圍
（一）核輻射屏蔽

應(yīng)用原理：采用1%硼和5%的稀土元素釓、釤和鑭，制成厚度600mm的防輻射混凝土，用于屏蔽游泳池式反應(yīng)堆裂變中子源。

法國采用石墨為基材添加硼化物、稀土化合物或稀土合金，研制成一種稀土防輻射材料。這種復(fù)合屏蔽材料的填料要求分布均勻并制成預(yù)制件，根據(jù)屏蔽部位的不同要求，分別置于反應(yīng)堆通道的四周。

（二）儲(chǔ)氫材料

能源是國民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，開發(fā)和利用綠色高效的氫能可有效緩解能源危機(jī)，而氫能的貯藏和運(yùn)輸是關(guān)鍵技術(shù)。金屬合金固體儲(chǔ)氫具有能量密度高、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。1970年發(fā)現(xiàn)的LaNi5合金是一種優(yōu)良的貯氫材料，每公斤可貯存氫約160升，可使高壓貯氫鋼瓶體積縮小到1/4。利用其可以“呼吸”氫氣的特性，可以把純度為99.999%的氫氣提純到99.99999%，也可用作有機(jī)合成的加氫或脫氫反應(yīng)的催化劑。利用其吸氫放熱、呼氫吸熱的本領(lǐng)可以把熱量從低溫向高溫傳送，用來制作“熱泵”或“磁冰箱”。閆慧忠等研究了含鑭二元和多元儲(chǔ)氫合金的結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)氫性能、電化學(xué)性能、處理工藝以及應(yīng)用等，著重于如何提高材料的儲(chǔ)氫能力，目前產(chǎn)業(yè)化技術(shù)已較成熟。研究表明原料純度影響材料微觀組織，高純原料可有效提高儲(chǔ)氫合金的儲(chǔ)氫能力和使用壽命。

目前這種貯氫材料的最大用途是用于稀土鎳氫電池的負(fù)極材料。稀土鎳氫電池與鎳鎘電池在構(gòu)造、性能和規(guī)格上具有極大的相似性和取代性，但又不含鎘、汞等毒性大的元素，電池容量高，一致性好，使用溫度范圍廣，壽命長，可反復(fù)充放電500次以上，屬于環(huán)保型綠色電池。為了降低成本，這種貯氫合金多用富鑭混合金屬，La≥40%，為原料。稀土鎳氫電池目前已廣泛用于手提電腦、便攜式辦公設(shè)備和電動(dòng)工具等方面。最有發(fā)展前景的是用于汽車、摩托車的動(dòng)力電池。

用于鎳氫電池陽極材料的一種材料是La（Ni3.6Mn0.4Al0.3Co0.7）。由于提取其它鑭系元素的成本很高，所以使用超過50%的鑭的混合稀土代替純鑭。該化合物是AB5型的金屬間化合物。

（三）磁致冷材料

磁致冷是指以磁性材料為介質(zhì)的一種全新的制冷技術(shù)，其基本原理是借助磁致冷材料的磁熱效應(yīng)（即磁致冷材料等溫磁化時(shí)向外界放出熱量，而絕熱退磁時(shí)從外界吸取熱量）達(dá)到制冷的目的，其中磁致冷工質(zhì)必須具有巨磁熵變。La-Fe系化合物具有NaZn13結(jié)構(gòu)，相變溫度范圍內(nèi)存在巨磁熵變，且La-Fe系化合物中添加適量其他元素可有效提高其居里溫度，獲得優(yōu)良的磁致冷效應(yīng)，是目前最有希望實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的室溫磁致冷材料，但其二元合金不穩(wěn)定。國內(nèi)外研究重點(diǎn)是該系列合金的制備工藝。

（四）屏蔽涂料

電磁輻射是信息化社會(huì)的一個(gè)重要污染源，屏蔽是抗電磁干擾最有效的方法之一。鑭系電磁屏蔽涂料對電磁波屏蔽效能高，但阻抗比銀系列的高，而添加稀土可調(diào)節(jié)其電磁參數(shù)，降低阻抗，提高屏蔽性能。在鑭系電磁屏蔽涂料中添加鑭制備Cu-La系涂料，提高了涂層的導(dǎo)電性和電磁屏蔽性能，其電磁屏蔽效能對于30MHz～1.5GHz的電磁波達(dá)到了89dB，具有比較好的屏蔽效能。

氧化鑭 碳酸鑭 www.rencheqing.cn