稀土在铸铁中的应用
稀土在铸铁中的应用
铸铁是稀土应用的主要领域之一，是稀土使用量最大的用户。从20世纪70年代开始，稀土就在球墨铸铁、蠕墨铸铁和灰铸铁中得到广泛应用。经过30多年的开发研究，稀土在铸铁领域中的应用工艺技术日臻成熟，其使用量一直在国内占第一位，并取得了巨大的技术进步。
稀土元素在铸造合金中的应用始于球墨铸铁（1948年）。它虽然开始于蒙昧时代，但在工业中大量应用于铸造合金的各个领域则是在20世纪50～60年代，即在启蒙时代。进入70年代以后，稀土在铸造合金中的应用，在数量和质量方面均达到了空前的水平，也就是说70年代，在稀土铸造合金领域的应用与其他领域一样进入了黄金时代。
一、稀土在各类铸铁中的研究与应用
1 球墨铸铁
1947年英国H. Morrogh发现，在过共晶灰口铸铁中附加铈，使其含量在0.02wt%以上时，石墨呈球状。1948年美国A. P. Ganganebin等人研究指出，在铸铁中添加镁，随后用硅铁孕育，当残余镁量大于0.04wt%时，得到球状石墨。从此以后，球墨铸铁开始了大规模工业生产。
球墨铸铁作为新型工程材料的发展速度是令人惊异的。1949年世界球墨铸铁产量只有5万吨，1960年为53.5万吨，1970年增长到500万吨，1980年为760万吨，1990年达到915万吨。2000年达到1500万吨。球墨铸铁的生产发展速度在工业发达国家特别快。世界球墨铸铁产量的75%是由美国、日本、德国、意大利、英国、法国六国生产的。
我国球墨铸铁生产起步很早，1950年就研制成功并投入生产，至今我国球墨铸铁年产量达230万吨，位于美国、日本之后，居世界第三位。适合我国国情的稀土镁球化剂的研制成功，铸态球墨铸铁以及奥氏体-贝氏体球墨铸铁等各个领域的生产技术和研究工作均达到了很高的技术水平。
（1）铸态珠光体球墨铸铁曲轴和铸态铁素体球墨铸铁汽车底盘零件分别在我国第二汽车厂、南京汽车厂和第一汽车厂相继投产。这标志着我国铸态球墨铸铁生产达到了较高水平。与之相适应的包外脱硫、双联法熔炼、瞬时孕育、孕育块技术以及音频检测和热分析快速分析等技术的采用，则标志着我国大量流水生产汽车铸件的技术水平与国际先进水平的差距正在缩小。
（2）试验研究了大断面（壁厚大于120mm）球墨铸铁的冶金因素以及相应的生产工艺措施。采用适量的钇基重稀土复合球化剂、强制冷却、顺序凝固、延
后孕育，必要时添加微量锑、铋等可防止球墨铸铁件中心部位的石墨畸变和组织疏松等，现已成功地制作了38吨重的大型复杂结构件，17.5吨重的柴油机体、截面为805mm的球墨铸铁轧辊等。
（3）奥氏体-贝氏体球墨铸铁的研究与应用。20世纪70年代初，几乎同时中国、美国、芬兰3个国家宣布研究成功了具有高强度、高韧性的奥氏体-贝氏体球墨铸铁（国际上统称ADI），这种材质的抗拉强度达1000MPa，因此它广泛应用于齿轮以及各种结构件，与合金钢相比，奥-贝球墨铸铁具有显著的经济效益和社会效益。
（4）球墨铸铁管和水平连续铸造球墨铸铁型材。我国已相继建成几个球墨铸铁管厂，且近几年还将有几个球墨铸铁管厂建成。2000年，我国年产离心铸造球墨铸铁管达90万吨。此外，我国自行研制的水平连续铸造球墨铸铁型材生产线已通过国家鉴定，并已有多家企业投产。再加上我国引进的一条生产线，至2002年，我国年产球墨铸铁型材的能力达数万吨。
（5）系统地测定了稀土镁球墨铸铁的力学性能及其他性能，为设计人员提供了有关数据。测定了稀土镁球墨铸铁的比重、导热性、电磁性等物理性能，结合金相标准研究了石墨和基体组织对球墨铸铁性能的影响规律。系统地测定了铁素体球墨铸铁在常温、低温、静态和动态条件下的各种性能。此外，还研究了稀土镁球墨铸铁的应力应变性能、小能量多冲抗力和断裂韧性，并开始用于指导生产。结合球墨铸铁齿轮的应用，还系统地研究了球墨铸铁的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度，以及球墨铸铁齿轮的点蚀、剥落机理等。
（6）稀土镁球墨铸铁。在高强度低合金球墨铸铁方面，除了对铜、钼研究较多外，还对镍、铌等进行了研究。在利用天然钒钛生铁制作钒钛合金球墨铸铁方面，国内一些单位进行了大量、系统的工作。中锰球墨铸铁虽然在性能上不够稳定，但多年来的系统研究与生产应用，取得了显著的经济效益。
在耐热球墨铸铁方面，除了中硅球墨铸铁以外，系统研究了Si+Al总量对稀土镁球墨铸铁抗生长能力的影响。我国研制的RQTAL5Si5耐热铸铁用作耐热炉条的使用寿命是灰铸铁的3倍，是普通耐热铸铁的2倍，并与日本Cr25Ni13Si2耐热钢的使用寿命相当。
高镍奥氏体球墨铸铁方面也取得了进展，它在石油开采机械、化工设备、工业用炉器件上均取得了成功的应用。
在耐酸球墨铸铁方面，我国生产的稀土高硅球墨铸铁比普通高硅铸铁的组织细小、均匀、致密，由此，抗蚀性能提高了10%～90%，并且其机械强度也有显著改善。
（7）稀土在球墨铸铁中的作用。稀土能使石墨球化。自从H. Morrogh最先
使用铈得到球墨铸铁以来，先后许多人研究了各种稀土元素的球化行为，发现铈是最有效的球化元素，其他元素也均具有程度不等的球化能力。
结合国情，我国对稀土的球化作用进行了大量研制工作，发现稀土元素对常用的球墨铸铁成分（C3.6～3.8wt%，Si2.0～2.5wt%）来说，很难获得同镁球墨铸铁那样完整均匀的球状石墨；而且，当稀土量过高时，还会出现各种变态形的石墨，白口倾向也增大，但是，如果是高碳过共晶成分（C＞4.0wt%），稀土残留量为0.12～0.15wt%时，可获得良好的球状石墨。
根据我国铁质差、含硫量高（冲天炉熔炼）和出铁温度低的情况，加入稀土是必要的。球化剂中镁是主导元素，稀土一方面可促进石墨球化；另一方面克服硫以及杂质元素的影响以保证球化也是必须的。
稀土防止干扰元素破坏球化。研究表明，当干扰元素Pb、Bi、Sb、Te、Ti 等总量为0.05wt%时，加入0.01wt%（残余量）的稀土，可以完全中和干扰，并可抑制变态石墨的产生。我国绝大部分的生铁中含有钛，有的生铁中含钛高达0.2～0.3wt%，但稀土镁球化剂由于能使铁中的稀土残留量达0.02～0.03wt%，故仍可保证石墨球化良好。如果在球墨铸铁中加入0.02～0.03wt%Bi，则几乎把球状石墨完全破坏；若随后加入0.01～0.05wt%Ce，则又恢复原来的球化状态，这是由于Bi和Ce形成了稳定的化合物。
稀土的形核作用。20世纪60年代以后的研究表明，含铈的孕育剂可使铁液在整个保持期中增加球数，使最终的组织中含有更多的石墨球和更小的白口倾向。经研究还表明，含稀土的孕育剂可改善球墨铸铁的孕育效果并显著提高抗衰退的能力。加入稀土可使石墨球数增多的原因可归结为：稀土可提供更多的晶核，但它与FeSi孕育相比所提供的晶核成分有所不同；稀土可使原来（存在于铁液中的）不活化的晶核得以长大，结果使铁液中总的晶核数量增多。
2 蠕墨铸铁
蠕墨铸铁作为一种新型铸铁材料出现在20世纪60年代。我国是研究蠕墨铸铁最早的国家之一。1966年山东省机械设计研究院发表了稀土高强度灰铸铁论文，标志了我国蠕墨铸铁生产技术的研制成功。
迄今为止，国内外研究结果一致认为，稀土是制取蠕墨铸铁的主导元素。我国稀土资源富有，为发展我国蠕墨铸铁提供了极其有利的条件和物质基础。
由于蠕墨铸铁兼有球墨铸铁和灰铸铁的性能，因此，它具有独特的用途，在钢锭模、汽车发动机、排气管、玻璃模具、柴油机缸盖、制动零件等方面的应用均取得了良好的效果。特别是我国第二汽车厂蠕墨铸铁排气管流水线的投产，标志着我国蠕墨铸铁生产已达到高水平。
到目前为止，世界蠕墨铸铁的产量尚难以统计，这是因为蠕墨铸铁往往被统计在
灰铸铁的产量之内，而不是从单独的项目统计。我国蠕墨铸铁的年产量不尽确切，大约有几万吨。
我国制作蠕墨铸铁所用的蠕化剂中均含有稀土元素，如稀土硅铁镁合金、稀土硅铁合金、稀土硅钙合金、稀土锌镁硅铁合金等。由此，形成了适合国情的蠕化剂系列。
我国在蠕墨铸铁的形成机制的研究方面处于领先地位。另外在蠕墨铸铁的处理工艺、铁液熔炼及炉前质量控制、蠕墨铸铁常温和高温性能方面均进行了广泛、深入的研究。特别要指出的是，在我国冲天炉条件下，不少工厂能稳定地生产蠕墨铸铁，取得了显著的经济效益。可以预期，利用蠕墨铸铁具有的良好的综合性能、力学性能较高，在高温下有较高的强度，氧化生长较小、组织致密、热导率高以及断面敏感性小等特点，取代一部分高牌号灰铸铁、球墨铸铁和可锻铸铁，由此，将取得良好的技术经济效果。
3 灰铸铁
进入20世纪60年代，在灰铸铁中加入稀土，即采用稀土孕育剂，已在生产上日益推广应用。由于稀土孕育剂具有较强的抗衰退、降低白口、改善断面均匀性、提高铸件力学性能、耐磨性、致密性和耐压性等多种功能，因此，有人把含稀土的硅铁孕育剂叫作高效-长效孕育剂。
对稀土在灰铸铁中的行为研究表明，稀土对亚共晶、共晶和过共晶铸铁的组织和性能均有良好的影响，可使共晶团数明显增多；稀土加入量与抗拉强度之间存在着双峰值效应，微量稀土有很强的消除白口的能力，但加入量过大反而促进白口的生成。此外，稀土还能改善断面敏感性和夹杂物的形态。
稀土在暖气片上的应用取得了很大成功。因加入稀土可使暖气片材质的抗拉强度提高20～50MPa，耐压性能可提高1～2kg/cm2，并提高了铸件成品率，由此取得了显著的经济效益和社会效益。
在我国1000万吨铸件中，就有大约80%是灰铸铁，因此，在灰铸铁中，特别是在低牌号的灰铸铁中加入稀土提高性能还具有很大的潜力。
二、稀土在铸铁中应用的发展前景
稀土镁球墨铸铁件的应用比例和年产量将会继续增加。其中最显著的变化是离心球墨铸铁管的比例和产量会以较快的速度增加。为解决北方干旱地区的缺水问题，国家将启动南水北调工程，各地区也将陆续兴建远距离引水工程，各城镇将加速对供水管网的改造，这些工程将需要大量的各种口径的离心球墨铸铁管。在未来数年内，我国离心球墨铸铁管的使用比例将会达到法国、日本等工业发达国家水平（95%～98%），我国球墨铸铁铸件的年总产量将会超过300万吨（包括
球墨铸铁铸管约180～200万吨/年），年需稀土氧化物可超过1800吨。
奥-贝球墨铸铁作为一种新型材料，尽管在总的球墨铸铁中占的比例不大，但它仍以每年15%的速度递增，并广泛地应用于曲轴、齿轮、凸轮轴、吊钩、牵引架、磨球等重要的保安件和耐磨件中。球墨铸铁曲轴和汽车、内燃机、拖拉机等机械的保安球墨铸铁铸件也将随主机产量的增加而增加。
稀土在灰铸铁和蠕墨铸铁中的应用也会稳定增加，应特别指出的是，随着我国汽车工业的发展，发动机缸体、缸盖将会大量地采用蠕墨铸铁，取代目前普遍使用的灰铸铁。这将是稀土在铸铁中应用的一个新领域。
按上述对应用前景的分析，至2005年，我国在铸铁合金中稀土氧化物的使用量将达到1800～2000吨/年。
我国从20世纪60年代中期开始研究稀土与铁的作用机理和处理工艺，先后解决了稀土球化剂、孕育剂的冶炼制备、稀土加入方法等问题。目前使用稀土处理的铸铁件主要有：球墨铸铁件、蠕墨铸铁件、高强度灰铸铁件及合金铸铁件。稀土对铸铁的作用十分明显，稀土可使铸铁的宏观组织和微观组织细化和均匀化，使铁中石墨形态由长片状向球状方向发展，从而改善了铸铁性能，提高其强度、韧性和耐腐蚀性，创造出了可观的经济和社会效益。目前我国年产稀土铸铁150～200万吨，需用稀土合金1万吨，是国内稀土应用市场大户。2003年铸铁的稀土用量为4000吨，占冶金机械行业总消费量的73%，占国内稀土总用量的
1/4左右。
1990～2003年稀土在铸铁中的消费量见表1。
表1 1990～2003年我国稀土在铸铁中的消费量（REO，吨）
稀土金属的特性及其在钢铁中的作用
稀土金属的特性及其在钢铁中的作用殷都学刊 f, 稀三,午问.衔破lI (自然斟学版)1993年第3期 ].I 6一 稀土金属的特性及其在钢铁中的作用 田沂ji『 稀土金属(Re)的研究日益深入,稀土工业在迅速发展.我们应当对稀土的性质和在 钢铁中的作用有较多的认识. 1稀土金属的特性 稀土金属指钪,钇和1;个镧系元素.它们的原子结构有两个明显的特征:一是稀土原 子的价电子基本构型同为(n,1)dns.,有三个价电子.二是由于镧系收缩形成的稀土原 子相互间的原子半径,离子半径相差不大.这两个因素决定了稀土金属之间性质十分相 似,化学活性很强. 稀土金属单质多显银白色或灰色,有金属光泽,辩和钕显淡黄色.钪的 比重为3.】,钇 的比重为4.3.其余介于6—9之间.镧和铈柔软可塑与锡相似.钕和钐的硬度和铁相似,
稀土金属的熔点大致随着原子尺寸的减小而顿序增高.按La到cd到Lu的顺序由9000 到1700?逐渐增加. 稀土的化学活性很大,与许多元素反应,尤其与氧,硫反应最为强烈稀土金属在化合 物中多为三价,有些元素表现出三价或四价稀土元素以氧化物的形式存在于自然界,因 彼此性质相似成为分离稀土的难题.从化合物中分离稀土的方法一般有分步结晶法,分级 沉淀法,氧化还原法及离子交换法.有时根据性质和用途把稀土金属分为两个系列;一个 是从La到Eu,一个是从Gd到Lu.短系列开始的元素表现出较高化合价,短系列未端表 现出低出化合价.这正符合4f亚层上电子排布1—7成半充满状态,另一为8一】4到全充 满状态.半充满或全充满的状态表现出较稳定的低价性质.还依比重数值称作轻稀土金 属和重稀土金属.这均显示结构决定着性质的原则. 2稀土在钢铁中的作用 稀土在钢铁中应用很广,在稀土处理钢的品种方面已纳入标准,通过鉴正的品种达 40多个,我国经常生产的已有2O多种. 稀士处理的铸铁有球铁,蠕铁及灰铁三大类.我国还发展了一些中国特色的用作球化
17种稀土元素名称及用途
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。
稀土在高分子材料中的应用
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。
稀土在金属表面改性中的应用
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
稀土在钢中的作用
稀土在钢中的应用 1 概况 稀土，系指元素周期表中第ⅢB族镧系元素以及与镧系元素在化学性质上相近的钪和钇，共计17种元素。是芬兰学者加多林(Johan Gado1in)在1794年发现的。当时在瑞典的矿石中发现了矿物组成类似“土”状物而存在的钇土，且又认为稀少，便定名为“稀有的土”(Baxe Earth)。此后，又陆续发现了与此同类的多种元素，总称为稀土。但后来研究发现，稀土在地壳中的丰度要比人们想象的多得多。如铈比锡多得多，钇也比铅多，即使丰度最少的稀土元素也比铂族元素多，说明稀土并不稀少。也不是“土”，全部是金属元素。 我国稀土资源丰富，为世界上其它任何一个国家所不及。现己探明的工业储量为3600万吨，约占全世界总量的80％，且品种繁多，分布集中。其中包头市白云鄂博矿山的储量就占了全国储量的95％以上。所以才有了“世界稀土在中国，中国稀土在包头”之说。现在包钢每年采出的稀土矿石量为230万吨-250万吨，这一部分矿石中多数稀土品位都比较高，能达到7.25％以上。经过几十年的研究开发，生产技术不断完善，生产规模不断扩大。现已形成了年产稀土精矿6万吨，稀土合金1.5万吨、湿法稀土产品折合氧化物5800吨的83个品种、195种规格的世界最大的稀土矿产品生产基地。 包钢虽然有很丰富的稀土资源，但在稀土处理钢的品种及处理效果等方面，与武钢、济钢、本钢等相比还有很大差距。如何把稀土的资源优势变成经济优势，还需进一步研究和开发。 2 稀土在钢中应用的现状 近几年来国内外的钢铁生产实践表明，钢经过稀土处理，可对钢的性能产生一系列的作用。现在我国用稀土处理钢有80多个品种，年产量达60万吨，预计2002年全国稀土钢产量达300万吨。包钢是稀土之乡，稀土处理钢也开发了一些，但只占包钢钢产量的0.5％。因此大力开发应用稀土资源，进行稀土钢的开发及应用研究，应提到日程上来。 包钢研究稀土在钢中的应用始于60年代。当时稀土当作灵丹妙药，认为无论放到哪种钢里都有作用，甚至提出过“以稀土代替镍、铬”的口号，到70年代中期，对稀土在钢中的应用出现了两种截然不同的见解，一种意见认为稀土在有些钢中作用很明显，应该继续进行试验研究；另一种意见则认为，稀土对含硫较高的钢有一些作用，但是随着生铁含硫量的降低，稀土这一作用将逐渐消失，因此稀土处理钢是没有前途的。到80年代后期，由事实证明，稀土确实有用，当然也不是万能的。钢中含有微量稀土元素，即可明显地优化铸坯质量，提高钢的
稀土材料的应用简介
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
浅谈稀土的应用现状与前景
浅谈稀土的应用现状与前景 12化本 120900017 贺惠苹 摘要：21世纪的发展使稀土工业面临着新的挑战。为了适应时代的脉搏，探索新的产品和用途，必须对各种形式的稀土产物的特性和可能产生的附加值进行广泛、深入的研究。我国有丰富的稀土资源，约占世界己探明储量的80%以上。我国是世界稀土资源大国，我国稀土资源的特点是储量大、类型多、品种全、质量好、开采成本低。除Pm外的16个稀土元素，在我国从南到北分布齐全。北方以包头矿为主，生产轻稀土;南方以江西、四川、湖南、广东等省为主，生产中、重稀土。目前已形成了良好的生产布局，产量稳居世界首位。因此，开发推广稀土应用对充分利用我国富有的稀土资源、推动稀土产业的发展，具有重要的社会意义。 关键字：稀土资源应用前景 引言：稀土在国民经济发展中发挥着愈来愈重要的作用，其作用并不在于其自身的价格，而在于它在其他领域的应用能产生其自身价值数十倍甚至上万倍的经济效益和社会效益。近年来稀土应用领域越来越广泛，新的应用不断出现。以我国为例，稀土应用已遍及国民经济的13个领域40多个行业，经济效益十分显著。另一方面，稀土在高新技术领域的应用前景十分广阔，是高新技术发展的战略材料。稀土元素因其特有的4f层电子结构，而具有很好的光、电、磁性质，成为光、电、磁等新型功能材料的核心。它还可以与其他元素组合成性能优异的功能材料，在新材料发展中起重要作用。稀土材料在高新技术领域中具有十分重要的战略地位，人们都在大力加强稀土新材料的研究和开发，竞争十分激烈。[1] 一稀土在钢铁冶金领域的应用 稀土元素由于其特殊的原子结构和活性，作为微量添加剂用于钢、铸铁、钦、铝、镍、钨、钥等材料中，能产生消除杂质、细化晶粒和改善组成的神奇功效，从而改进合金的机械、物理和加工性能，提高合金的热稳定性和耐腐蚀性。例如，稀土作为添加剂，可以净化钢液，改变钢中夹杂物的形态和分布，细化晶粒，改善钢的组织和性能.稀土在钢铁冶金中的应用是中国稀土的最大消费领域。特别是在铸铁中的应用很普遍，一直占最大的比例。稀土在钢中的用量占的比例相应小一些。稀土在铸铁中的作用主要是作为球化剂、蠕化剂和孕育剂使用;稀土处理的合金铸铁件亦有发展。稀土铸铁主要应用于冶金行业的轧辊、钢锭模，以及汽车和拖拉机行业的曲轴、汽缸体、变速箱、履带，机械行业的各种齿轮、凸轮轴、各种机座，建筑行业的各种口径的输水管线和暖气片等。目前存在的问题是，稀土铸铁的用量还不多，推广面应进一步扩大。在钢中的作用主要是脱硫、脱氧、细化晶粒、去除杂质等作用，从而改善钢的各项力学性能。[2] 二稀土在有色冶金中的应用 稀土金属具有很高的化学活性和较大的原子半径，因此，将其用于有色金属及合金中，一般都可以产生良好的效果，如细化晶粒、防止偏析、去气、除杂、净化和改善金相组织等作用，从而在一定程度上改善合金的力学性能、物理性能、
稀土在钢铁及有色金属中的应用充满希望
稀土在钢铁及有色金属中的应用充满希望 近年来，我国经济持续稳定、健康增长，同时带来的是对资源的需求亦日益迫切，我国已成为钢铁、材料需求大国。作为稀土资源丰富的国家，合理开发和利用稀土，进一步研究和探索稀土在钢铁及有色金属的应用，是十分必要和及时的。 稀土元素是典型的金属。在17个稀土元素中，按金属的活泼次序排列，由钪、钇、镧递增，由镧到镥递减，镧元素最活泼。稀土元素可以和氮、氢、碳、磷等发生反应。可广泛地应用到钢铁和有色金属中。 一、稀土在钢铁中的应用 1.稀土在钢中的应用 稀土真正应用于钢是在第二次世界大战期间，因战争而大量的需求，人们发现稀土元素加入钢中，可提高钢的性能。也就是在冶炼钢的时候，如果加入稀土元素的方法得当，比例合适，就会得到优质的碳素钢。尤其是不锈钢在稀土族元素的帮助下，不仅制造工艺简化了，而且不锈钢的抗氧化性也能明显提高和改善。也就是说，稀土改善钢的许多性能都是和稀土变质钢的凝固组织和夹杂物有关。 稀土元素的微合金化作用主要是由稀土原子在晶界上偏聚，与其它元素交互作用，引起晶界的结构，化学成分和能量的变化，并影响其他元素的扩散和新相的成核与长大，最终导致钢组织与性能的变化引起的。钢中稀土金属含量因不同钢种，不同冶炼方法和不同的稀土加入方法而有很大差异。在冶炼过程中，稀土可以与钢中磷、砷、锡、锑、铋、锆等低熔点有害元素相作用。形成熔点较高的化合物。也有抑制这些杂质和晶界上的偏折。 稀土加入钢液中生成球状稀土硫化物或硫氧化物，取代容易形成的长条状MnS 夹杂，使硫化物形状得到控制，提高了钢的热塑性，特别是横向冲击性，改善钢材的各向异性。稀土使棱角状高硬度的氧化铝转化为球状硫化物及铝酸稀土，有利于提高钢的抗疲劳性能。 通过热力学分析和研究表明：在钢铁中加入稀土可提高钢铁的强度、耐磨性和抗氧化等性能。 我国稀土在钢铁中应用始于20世纪60年代初，许多单位参与这项工作，在上百种钢号中进行“稀土（合金）钢”的开发试验研究工作，最后真正在工业上正式生产的钢号不足10个，如16Mn、601、603以及部分Fe-Cr-Ac系电热合金等。 经过“六五”、“七五”期间的联合攻关，由许多单位等参加的国家重点科技攻关项目“稀土在钢中应用研究”得到完成，钢中稀土加入方法研究取得成果的主要标志是：解决了钢中加稀土方法，克服了水口“结瘤”，稳定且提高了钢中稀土回归率，改善了钢坯或铸坯的低倍组织，也实现了稀土在钢坯或铸坯中的均匀分布。 我国稀土在钢中的应用已有30多年的历史，稀土处理钢的牌号近50个，主要分两类；第一是含Cu、P类的低合金钢，主要利用稀土改善钢的耐蚀性；第二是Mn、Nb、V、Ti稀土处理低合金钢，这类钢除利用稀土改善钢的耐腐蚀外，更主要利用改善钢的强度和耐磨性。 1980年我国稀土处理钢的产量仅为1.5万吨、1985年为11.2万吨，1990年达34万吨，1995年52.2万吨，2000年为77.9万吨，近几年的产量为：2001年为74.6万吨，2002年为83.1万吨，2003年为94.0万吨（历史最高）。
稀土发光材料的研究和应用.
稀土发光材料的研究和应用 摘要：介绍了稀土发光材料的发光特性与发光机理。综述了我国在稀土发光材料的化学合成方法。总结了稀土发光材料的应用。最后对我国存在问题和发展前景进行了叙述。关键字：稀土发光材料；发光特性；发光机理；合成；应用；问题和展望。 Abstract：Introduces the luminescence properties of rare earth luminescent material and luminescence mechanism. Rare-earth luminescence materials in China, the paper summarized the chemical synthesis method. The application of rare earth luminescence materials is summarized. Finally, the existing problems and development prospect of the narrative in our country. Keywords：Rare earth luminescent material; Luminescence properties; Light-emitting mechanism; Synthesis; Application; Problems and its prospect. 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。稀土化合物包含至少一种稀土元素的化合物。它是一种重要的战略资源，特别是高新技术工业的重要原料，如军事装备方面一些精确打击武器、一些汽车零部件和高科技产品，都依赖用稀土金属制造的组件。据了解，中国是唯一能有效提供全部17种稀土金属的国家，且储量远远超过世界其他国家的总和，是名副其实的“稀土大国”。由于稀土元素的离子具有特别的电子层结构和丰富的能级数量，使它成为了一个巨大的发光材料宝库。在人类开发的各种发光材料中，稀土元素发挥着重要作用，稀土发光几乎覆盖了整个固体发光的范畴。稀土发光材料具有发光谱带窄，色纯度高，色彩鲜艳；光吸收能力强，转换效率高；发射波长分布区域宽；荧光寿命从纳秒跨越到毫秒达6个数量级；物理和化学性质稳定，耐高温，可承受大功率电子束、高能辐射和强紫外光的作用等。目前稀土材料已广泛用于照明、显示、信息、显像、医学放射学图像和辐射场的探测等领域，并形成很大的工业生产和消费市场规模；同时也正在向着其他新型技术领域扩展，成为人类生活中不可缺少的重要组成部分。本文将介绍掺稀土离子发光材料的发光机理、节能灯、白光LED用荧光粉、PDP显示用荧光粉，以及对在上转换发光、生物荧光标记和下转换提升太阳能效率等方面的应用前景进行总结和展望。
稀土永磁材料与应用
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
稀土在钢中的应用
稀土在钢中的应用 朱兆顺张建 武钢集团鄂钢公司技术部，湖北省鄂州市 436002 摘要：本文简要的分析了稀土在钢铁冶金中的应用。用稀土这个高技术材料来强化和提升钢铁传统产业，在低合金钢、合金钢中加入微量稀土，提高钢质增强国际竞争力，把稀土的资源优势转化为钢材的品种优势和经济优势，具有十分重大的意义。 关键字：稀土，微合金化，弥散硬化，稀土铌重轨 1.稀土的分类 根据稀土元素原子电子层结构和物理化学性质，以及它们在矿物中共生情况和不同的离子半径可产生不同性质的特征，十七种稀土元素通常分为二组。 轻稀土（又称铈组）包括：镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)。 重稀土（又称钇组）包括：铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、钪(Sc)、 钇(Y)。 2.稀土金属的某些物理特性 表1
3.稀土的用途 由于稀土元素的特殊性质，决定了稀土的用途。钢铁工业中应用的主要是稀土硅铁合金(含轻稀土混合金属20％～45％)，稀土硅铁镁合金(稀土金属6％～25％，镁7％～12％)，重稀土硅铁合金(含钇类混合稀土60％以上)。混合稀土金属(含轻稀土95％以上)，富铈或镧的稀土硅铁合金(Ce占70％或La占50％以上)。其中炼钢生产中最常用的有两种，一是稀土合金，块状稀土硅铁合金，以前用于大包投入，大包压入，粉状一般用于大包内喷粉、模铸中注管喷粉等方法加入钢中；二是混合稀土金属，制成(φ0.5mm～φ2mm)或棒(≥φ2mm)，丝用于钢包、中注管或连铸结晶器，使用喂丝机喂入钢中，棒采用模内吊挂的方法熔入钢中。稀土金属包芯线作为线性添加材料的新品种，由于喂丝技术在炼钢生产中的广泛应用，必将得到进一步的发展。 4.稀土在钢中的作用机理 4.1微合金化作用 稀土元素的微合金化作用初步认定主要是稀土原子在晶界上偏聚与其它元素交互作用，引起晶界的结构、化学成分和能量的变化，并影响其它元素的扩散和新相的成核与长大，最终导致钢组织与性能的变化。钢中稀土金属含量因不同钢种，不同冶炼方法和不同的稀土加入方法而有很大差异。稀土强化晶界，阻碍晶间裂纹的形成和扩展，有利于改善塑性尤其是高温塑性；稀土能抑制动态再结晶、细化晶粒和沉淀相尺寸并促进铁素体中Nb（C、N），（Nb、Ti）（C、N）和V（C、N）的析出；溶解的稀土可改变渗碳体的组成和结构并使碳化物球化、细化和均匀分布。 4.2与其它有害元素的作用 一定量(量的多少还需进一步测算)的稀土可以与钢中磷、砷、锡、锑、铋、铅等低熔点有害元素相作用。一方面，稀土可以与这些杂质形成熔点较高的化合物；另一方面，还能抑制这些夹杂在晶界上的偏祈。例如，钢存在热脆性，是由于钢中有一些低熔点的金属元素，当把稀土加入钢液中，生成高熔点金属化合物，不熔于钢中而进入炉渣，起到净化作用，使钢中杂质减少，从而克服了热脆性。 4.3稀土元素的脱硫、脱氧 热力学分析和大量有关钢中稀土夹杂研究表明，钢中[O]、[S]含量在一定范围内，钢液中加入稀土时，极易生成稀土的氧硫化物。当钢中氧含量降至201ppm以下时、加入钢液中的稀土首先形成RE203S型夹杂物，而后形成RE3S4或RES型的硫化物，这些硫化物可能包裹在氧硫化物外围，组成复合夹杂物或稀土硅酸盐化合物，它们熔点高且非常稳定，显球状，钢液经过适当的镇静之后，这些稀土氧化物、硫化物或稀土硅酸盐化合物将从钢中排除，从而净化了钢液。稀土在钢中的作用90％是通过对硫化物形态的控制来实现的。当RE/S为2.7-3.0时，硫化物形态控制效果达到最佳状态。 4.4捕氢作用 稀土能吸收大量的氢，可以制成储氢材科，稀土加到钢中，可以抑制钢中氢引起的脆性和白点。已有研究表明，稀土有降低氢的扩散系数，延缓氢在裂纹尖端塑性区的富集，从而使裂纹扩展的孕育期和断裂时间延长因此，稀土有抑制钢的氢脆作用。 4.5弥散硬化作用 向钢液中喷吹稀土氧化物(CeO2)粉剂，可以提高钢的强度和韧性，降低脆性转变温度提高钢的持久强度。其原因是一方面 CeO2可以作为结晶核的细化铸态晶粒；另一方面，弥散分布的CeO2质点可以提高晶界对位错运动的阻力。 4.6变性夹杂 稀土加入钢液中生成球状稀土硫化物或硫氧化物，取代容易形成的长条状MnS夹杂，使硫化物形状得到控制，提高了钢的热塑性，特别是横向冲击韧性，改善钢材的各向异性。稀土使棱角状高硬度的氧化铝夹杂转为球状硫氧化物及铝酸稀土，有利于提高钢的疲劳性能。 5.稀土对钢材性能的影响
稀土在钢中的应用
第一章综述 在钢的冶炼中应用稀土是我国推广稀土应用最早的领域之一。通过冶金工作者40多年的努力，我国已研制出稀土耐热钢、稀土耐磨钢、稀土耐腐蚀钢和稀土高强度低合金等钢种。 1.1 稀土的分类及用途 稀土是指元素周期表中第ⅢB族镧系元素以及与镧系元素在化学性质上相近的钪和钇，共计17种元素，是芬兰学者加多林(Johan Gado1in)在1794年发现的，当时在瑞典的矿石中发现了矿物组成类似“土”状物而存在的钇土，且又认为稀少，便定名为“稀有的土”(Baxe Earth)。此后，又陆续发现了与此同类的多种元素，统称为稀土。但后来研究发现，稀土在地壳中的含量要比人们想象的多得多。如铈比锡多得多，钇也比铅多，即使含量最少的稀土元素也比铂族元素多，说明稀土并不稀少，也不是“土”，全部都是金属元素[1]。 稀土元素根据其性质的差异和分离工艺的要求一般分为轻稀土和重稀土两类，其中镧、铈、镨、钕、钜、钐、铕为轻稀土。稀土元素是典型的金属元素，它们的金属活泼性仅次于碱金属和碱土金属，较其他金属元素都活泼，能与多种元素化合，且稀土金属的燃点很低，如铈165℃，钕270℃，极易与氧发生反应。所有的稀土金属能在180℃-200℃的空气中被氧化成RE2O3型氧化物，稀土氧化物的熔点都很高，生成自由能负值很大，说明其氧化物都是很稳定的化合物。由于稀土元素的性质特殊，决定了稀土的用途。钢铁工业中应用的主要是稀土硅铁合金(含轻稀土混合金属20％-45％)，稀土硅铁镁合金(稀土金属6％-25％，镁7％-12％)，重稀土硅铁合金(含钇类混合稀土60％以上)。混合稀土金属(含轻稀土95％以上)，富铈或镧的稀土硅铁合金(Ce占70％或La占50％以上)。其中炼钢生产中最常用的有两种，一是稀土合金，块状稀土硅铁合金，以前用于大包投入，大包压入，粉状一般用于大包内喷粉、模铸中注管喷粉等方法加入钢中；二是混合稀土金属，制成丝(φmm-φmm)或棒(≥φmm)，丝用于钢包、中注管或连铸结晶器，用喂丝机喂入钢中，棒采用模内吊挂的方法熔入钢中。稀土金属包芯线作为线性添加材料的新品种，由于喂丝技术在炼钢生产中的广泛应用，必将得到进一步的发展。 我国稀土资源丰富，为世界上其它任何一个国家所不及。现已探明的工业储量为3600万吨，约占全世界总量的80％，且品种繁多，分布较集中。其中包头市白云鄂博矿山的储量就占了全国储量的95％以上，所以才有了“世界稀土在中国，中国稀土在包头”的说法。现在包钢每年采出的稀土矿石量约为230万吨到250万吨，这一部分矿石中多数稀土含量都比较高，能达到7.25％以上。经过几十年的研究开发，生产技术不断完善，生产规模不断扩大，现在已经形成了年产稀土精矿6万吨，稀土合金1.5万吨、湿法稀土产品折合氧化物5800吨的83个品种、195种规格的世界最大的稀土矿产品生产基地。
稀土元素的发现、种类和用途
稀土元素的发现、种类和用途稀土一词是历史遗留下来的名称。稀土元素是从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。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。 1.稀土种类 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)共15种元素。 与镧系的15个元素密切相关的：钪（Sc）和钇（Y）共17种元素，称为稀土元素（Rare Earth）。简称稀土（RE或R）。 2.稀土分类 (1)轻稀土（又称铈组）：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆 (2)重稀土（又称钇组）：铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇 铈组与钇组之别，是因为矿物经分离得到的稀土混合物中，常以铈或钇比例多的而得名。 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： (1)除钪之外(有的将钪划归稀散元素) (2)轻稀土组：为镧、铈、镨、钕、钷； (3)中稀土组：钐、铕、钆、铽、镝； (4)重稀土组：钬、铒、铥、镱、镥、钇。
稀土发光
关于稀土发光材料的认识（孙三大） 绪论 稀土元素由于具有未充满的4f电子壳层和4f电子被外层的5s,5p电子屏蔽的特性，使稀土元素具有极复杂的类线性光谱。吸收光谱使稀土离子大多有色，发射光谱使许多稀土化合物产生荧光和激光。镧系原子的组态为1S22S22P63S23P63d104S24P64d105S25P6（4f n6S2或4f n-15d6S2），其中n=1-15，La，Ce，Gd，Lu为4f n-15d6S2（镧系稀土元素电子层结构的特点是电子在外数第三层的4f轨道上填充，4f轨道的角量子数l=3，磁量子数m可取0、±1、±2、±3等7个值，故4f亚层具有7个轨道。根据Pauli不相容原理，在同一原子中不存在4个量子数完全相同的两个电子，即一个原子轨道上只能容纳自旋相反的两个电子，4f 亚层只能容纳14个电子，从La到Lu，4f电子依次从0增加到14），其余的元素4f n6S2[1-3]。 大部分无机固体致发光材料遵守斯托克斯定律，即发射光的光谱能量低于激发光的光谱能量，这样发光的现象叫做下转换发光。对于下转换发光由外界光源直接作用于稀土离子。1）使稀土离子中的电子由基态跃迁到激发态，完成高能级电子的排布，如图(1)所示,2）由某基团或离子等吸收高能光子后通过非福射他豫将能量传递给较低能级的稀土离子，使稀土离子中的电子由基态跃迁到激发态,如图(2)所示；另外，在1966年,在研究钨酸镱钠玻璃时,意外发现,当基质材料中掺入Yb3+离子时,Er3+、Ho3+和Tm3+离子在红外光激发时,可见发光几乎提高了两个数量级,由此正式提出了“上转换发光”的观点。这一小部分光致发光材料违背了斯托克斯定律，即上转换发光，它通过吸收低光子能量的长波福射转换为高光子能量的短波福射。稀土离子可以通过激发态吸收或能量传递过程被激发至高能级而发射上转换发光，如图(3)所示。 Gound state (1)(2)(3) 图中所示（1）和（2）为下转换发光过程,图（3）为上转换发光过程。 稀土上转换/下转换发光材料在众多领域具有巨大的应用价值，对其进行理论和实验的深入
稀土元素镧及其应用(精)
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
稀土发光材料的发光机理及其应用
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稀土发光材料的发光机理及其应用 作者：谢国亚， 张友， XIE Guoya， ZHANG You 作者单位：谢国亚,XIE Guoya(重庆邮电大学移通学院,重庆,401520)， 张友,ZHANG You(重庆邮电大学数理学院,重庆,400065) 刊名： 压电与声光 英文刊名：Piezoelectrics & Acoustooptics 年，卷(期)：2012,34(1) 被引用次数：2次 参考文献(19条) 1.周贤菊;赵亮;罗斌过渡金属敏化稀土化合物近红外发光性能研究进展[期刊论文]-重庆邮电大学学报(自然科学版) 2007(06) 2.段昌奎;王广川稀土光谱参量的第一性原理研究[期刊论文]-重庆邮电大学学报(自然科学版) 2011(01) 3.周世杰;张喜燕;姜峰轻稀土掺杂对TbFeCo材料磁光性能的影响[期刊论文]-重庆工学院学报 2004(05) 4.CARNALL W T;GOODMAN G;RAJNAK K A systematic analysis of the spectra of the lanthanides doped into single crystal LaF3 1989(07) 5.LIU Guokui;BERNARD J Spectroscopic properties of rare earths in optical materials 2005 6.DUAN Changkui;TANNER P A What use are crystal field parameters? A chemist's viewpoint[外文期刊] 2010(19) 7.蒋大鹏;赵成久;侯凤勤白光发光二极管的制备技术及主要特性[期刊论文]-发光学报 2003(04) 8.黄京根节能灯用稀土三基色荧光粉 1990(05) 9.VERSTEGEN J M P J A survey of a group of phosphors,based on hexagonal aluminate and gallate host lattices 1974(12) 10.PAN Yuexiao;WU Mingmei;SU Qiang Tailored photoluminescence of YAG:Ce phosphor through various methods 2004(05) 11.KIM J S;JEON P E;CHOI J C Warm-whitelight emitting diode utilizing a single-phase full-color Ba3MgSi2O8:Eu2+,Mn2+ phosphor[外文期刊] 2004(15) 12.苏锵;梁宏斌;王静稀土发光材料的进展与新兴技术产业[期刊论文]-稀土信息 2010(09) 13.SIVAKUMAR S;BOYER J C;BOVERO E Upconversion of 980 nm light into white light from SolGel derived thin film made with new combinations of LaF3:Ln3+ nanoparticles[外文期刊] 2009(16) 14.WANG Jiwei;TANNER P A Upconversion for white light generation by a single compound[外文期刊] 2010(03) 15.QUIRINO W G;LEGNANI C;CREMONA M White OLED using β-diketones rare earth binuclear complex as emitting layer[外文期刊] 2006(1/2) 16.BUNZLI J C G;PIGUET C Taking advantage of luminescent lanthanide ions 2005 17.WANG Leyu;LI Yadong Controlled synthesis and luminescence of lanthanide doped NaYF4 nanocrystals[外文期刊] 2007(04) 18.LINDA A;BRYAN V E;MICHAEL F Downcoversion for solar cell in YF3:Pr3+,Yb3+ 2010(05) 19.TENG Yu;ZHOU Jiajia;LIU Jianrong Efficient broadband near-infrared quantum cutting for solar cells 2010(09) 引证文献(2条) 1.杨志平.梁晓双.赵引红.侯春彩.王灿.董宏岩橙红色荧光粉Ca3Y2（Si3O9）2：Eu3+的制备及发光性能[期刊论文]-硅酸盐学报 2013(12) 2.严回.孙晓刚.王栋.吕萍.郑长征C24H16N7O9Sm 的晶体合成、结构与性质研究[期刊论文]-江苏师范大学学报（自然科学版） 2013(3) 本文链接：https://www.wendangku.net/doc/e811484307.html,/Periodical_ydysg201201028.aspx