稀土的基本知识（二）稀土应用主要领域
资料提供：中国稀土学会 张安文
（一）稀土永磁材料
（二）稀土储氢材料
（三）稀土发光材料
（四）稀土催化材料
（五）稀土在玻璃中的应用
（六）稀土抛光材料
（七）稀土农用材料
（八）国防应用
（九）稀土——战略性新兴产业起飞的助推器
（一）稀土永磁材料
稀土钕铁硼主要由烧结法和粘结法两种方法生产。
典型成份为Nd32%，B1%，Dy4%，其余为铁。
烧结钕铁硼由粉末冶金方法生产。即：
↓合金冶炼
↓铸锭或速凝工艺制薄带
↓破碎
↓制粉
↓压型
↓烧结及热处理
↓加工
↓电镀
↓充磁
↓安装使用
粘结钕铁硼生产工艺是：
↓合金冶炼
↓制粉
↓与聚合物混合
↓压制
↓注射或挤压成型。
烧结钕铁硼较脆，不易加工，多用切割法或电火花机床加工；
粘结钕铁硼可以钻孔、切割或冲压，损坏的几率很小。
上个世纪六十年代起，我国永磁材料生产设备与材料生产同步开发。
在引进消化国内外设备基础上，我国设备厂家可生产钕铁硼工艺所需几乎所有设备。
从早期的电弧炉、管式烧结炉、单臂压机发展到现在可生产各种真空感应炉、各种破碎机、气流磨，各种压机、真空烧结炉、热处理炉、磁检测仪器，各种加工、电镀设备。
一些设备已出口国外。近几年来，我国还开发了速凝薄带（SC炉）设备和氢处理制粉设备（HD炉），已批量生产。
设备厂家集中在沈阳、锦州、太原等地。
国内稀土永磁应用：烧结NdFeB磁体在中国用量和用途的分布(1997-2008)
国内稀土永磁应用：烧结NdFeB磁体在中国用量和用途的分布(1997-2008)
国内稀土永磁应用：烧结NdFeB磁体在中国用量和用途的分布(1997-2008)
日本稀土永磁应用：1996-2007年日本烧结NdFeB磁体各种用途用量分布
（二）稀土储氢材料
1、概况
上世纪60年代，菲利浦公司发现了LaNi5具有优异的贮氢性能，理论容量372wh/Kg。
反应式LaNi5+3H2—LaNi5H6加热合金吸氢，冷却合金时放氢。
在十个大气压和0 度 下，1立方英尺LaNi5可贮氢755立方英尺，可产生4千瓦小时的热量。
三代贮氢合金的情况
储氢合金生产工艺主要有熔炼法和熔炼快冷法。
主要应用：
（1）镍氢电池、小型电池AA AAA等、动力电池;
（2）气储存与提纯，可制5N的氢气;
（3）氢气运输;
（4）蓄热与制冷，金属氢化物热泵;
（5）传感器和制动器,利用吸放氢时压差，可制成机械手端部制动器，缓慢动作的升降机构等;
（6）催化作用,贮氢合金表面使氢分子离解活化并具催化作用，用于合成氨催化反应等。
小型二次充电电池性能及价格比较
（三）稀土发光材料
1、概况
稀土发光材料用于信息显示、医疗、照明、高能粒子探测记录、光电子通信、农业 、军事 、纳米材料等领域。
2、CRT显示用发光材料
彩管中红粉采用铕激活的硫氧化釔荧光粉（Y2O2S:EU）。目前探索与优化纳米级稀土红色荧光粉制备 工艺。兰粉主要是银、铝激活的硫化锌，研究了铥激活的硫化锌等，或二价铕激活的磷酸锶等。
上世纪80年代初，我国就引进並建立了彩电荧光粉生产线。如陕西彩虹集团、上海跃龙公司、北化精细化学公司等。
我国CRT有关情况
3、稀土长余辉发光材料
该材料兰色是铕、镝激发的铝酸钙，绿色是铕镝激发的铝酸锶，其发光强度、余辉亮度及余辉时间（空气中化学稳定性）均超过传统的碱土金属硫化物发光材料。
上世纪90年代长余辉荧光粉在我国实现了产业化。主要厂家有大连路明公司、四川新力公司等。产品有十几个系列，两百多个品种。主要有红、黄、兰、紫长余辉发光材料、发光涂料、油墨、塑料、陶瓷、发光工艺品等，地铁、楼宇、消防、电力公共信息发光标牌等。
稀土的发光和激光性能都是由于稀土的4F电子在不同能级之间的跃迁而产生的。三价稀土离子的4FN组态中，能级对之间可能跃迁数目高达199177个。可见稀土是一个巨大的光学材料宝库，从中可发掘出更多新型的光学材料。
4、半导体发光二级管LED
LED是一种半导体固体新光源，它有许多优点。主要是小型固体化、耐震动不易损、寿命长、无污染、顺势启动快、无頻闪等。
1997年日本日亚公司申请了白光LED专利，由GaNLED芯片涂敷稀土YAG:Ce黄色荧光粉组合，引起各国重视。
近几年还发展了一类新荧光体：稀土铕、钐激活的钨酸盐和钼酸盐体系，铕激活的碱土硅氮化物，铕激活的硅酸盐，铕、钐激活的钒酸盐等。
我国从事白光LED封装厂大约有550多家，大多数自动化程度不高，缺乏资金和知识产权，大多生产低档LED。科技部批准的五个基地：上海，厦门、大连、深圳、南昌，投资强度大，外企设备主要从美、德进口。
白光LED向0.01美元|流明成本努力。一瓦的LED模块为150流明。白光LED已广泛应用于手电筒、LCD背光源、手机、射灯、电脑、矿灯、LED太阳能灯、医疗、景观照明、特殊工作照明及军事用途。现在LED大尺寸平板电视也已商业化。
5、激光晶体
稀土激光材料最常用的是釔铝石榴石(YAG)晶体，也有正铝酸釔YAIO3(YAO)、釔铁石榴石（YIOG）等。摻钕的激光材料可得到连续的激光输出，摻钕的YAG能生产可重现高频激光脉冲。
近几年出现了Nd:GaVO4和Yb:YAG等锌激光晶体及胶合晶体。並研究小型化的用于激光二极管的晶体；开发大功率激光晶体；二极管(LD)激光器的上转换稀土材料和稀土激光材料；新波段激光晶体，以及激光玻璃等。
胶合晶体是将激光晶体与倍频的晶体胶合为一个晶体组件，具有体积小，传送质量高，热效应低，使用简单，价格低等优点。
中科院福建物构所，长春应化所，上海光机所，山东大学等在激光晶体研发方面取得很大进展。
稀土激光器可用于焊接、切割、雕刻、热处理、表面合金化及涂履工艺，眼科及外科手术，热核聚变研究及激光武器等。
6、光导纤维及放大器
美国电报电话公司上世纪80年代发现，在光纤中掺铒，就像激光一样可放大信号， 并将进来的光信号再发出去，不用35公里设一个昂贵的中继站。
每对掺铒光纤能在每秒钟传载1万亿比特信号，而现在所有跨大西洋电缆使输能力还不到每秒25亿比特。预计铒在该领域年消费增加率为20%——30%。
（四）稀土催化材料
石化催化用稀土材料
随着国际上无铅汽油的推广，稀土分子筛催化剂逐步取代无定型硅铝催化剂，是工业催化领域的一次革命。目前我国90%炼油装置使用含稀土催化剂。
主要品种有用于重油催化裂化、高辛烷值、多产柴油降低催化裂化汽油烯烃、抗钒污染、多产液化气和低碳烯烃的各种催化。
采用混合氯化稀土制成的分子筛型催化剂，稀土能提高热稳定性和选择性，提高催化剂寿命降低汽油辛烷值烯烃含量。精炼中可提高汽油率13—15%，生产能力提高30%，每年耗用稀土大于5000吨。Y—型稀土分子筛中稀土含量为0.5-5%，平均量为4%。
石化科研院开发了新一代提高重油转化能力的催化剂，具有更好的降烯烃效果和重油转化能力。
中科院兰州化物所还开发了天然气制备乙烯的催化剂，主要有La-Mg和La-Ba体系，La,Ce-W-Mn/SiO2等。
稀土在尾气净化中的作用
1.提高催化剂载体的机械强度;
2.具有独特的储氧功能, 可使CO 转化成CO2;
3.具有变价特性, 可以提高催化剂活性;
4.改善催化剂抗铅、硫中毒的能力;
5.提高催化剂的使用寿命;
6.增加催化剂的热稳定性;
7.具有三元催化剂的性能。
汽车尾气净化催化剂的组成：
基体：堇青石蜂窝陶瓷或金属蜂窝体
催化剂载体：高性能稀土储氧材料
耐高温高比表面材料
助剂： ZrO2,La2O3 等起辅助作用
贵金属活性组分：Pt、Rh、Pd
（五）稀土在玻璃中的应用
1、概况
玻璃生产中消费的稀土是稀土中间化合物和高纯单一稀土化合物。高纯稀土氧化物用做光学、防护、射线屏蔽、激光、荧光、滤光和彩色透镜等玻璃的添加剂。还可以作为激光玻璃的掺杂剂，提高高纯光学玻璃折射率、降低色散的改性剂。氧化钸在玻璃工业中应用量最大，氧化镧、 和氧化镨的消费量较少。
2、玻璃脱色
在所有玻璃、二价铁离子会产生深蓝色，三价铁离子会产生黄色。氧化钸可将二价铁离子氧化成三价铁离子，后者的显色强度只有前者的十分之一，再添加补色剂抵消淡绿色。这就是稀土可取代有毒的三氧化砷做玻璃脱色剂的道理。
氧化钕可用于CRT屏幕玻璃中，用于吸收580nm附近的光，因而阻挡灯光或太阳光产生的黄色光进入显像管而破坏电视图像。
添加氧化钕的玻璃可用于制造全光谱灯泡，发出的光很像自然光。
3、玻璃稳定剂
把二氧化钸和铁粉加入到玻璃中可防止紫外线辐射。可用于微波炉、航空航天仪器、核电站、护目镜、特种灯泡、储存容器、医疗设备等。日本为此年用氧化钕两千吨以上。
用于防止核辐射的稀土高密度铅玻璃，其厚度可达1米以上，同时可保证铅玻璃稳定、不变黑，氧化钸加入量高达2.5%
4、玻璃着色
稀土氧化物用于玻璃着色剂，加入量一般小于5%。氧化钕具有二色性，根据光线入射方向的不同，能显示出从淡粉色到蓝紫色的不同颜色，可用于生产工艺玻璃或滤光玻璃。
氧化铒能产生淡粉红色，可用于光致变色玻璃及水晶玻璃。康宁玻璃公司用氧化铒生产玫瑰色的变色眼镜片，经特殊处理能产生梯度变化的颜色，而且不反光。
铒箔滤光器则可使透视检查中X-射线的剂量降到最低。
用于汽车玻璃的着色剂有铒、钕、钬（发黄色）、铕（发橙色、红色）、镨（发绿色）、钐（发橙色）、铥（发深蓝色）。
5、镧系光学玻璃
玻璃的制造已有五千年历史，光学玻璃的产生也有二百年历史，而稀土用于光学玻璃是上世纪三十年代以后的事。
氧化镧引入光学玻璃，可制造镧冕（LaK）、镧火石（LaF）和重镧火石（ZLaF）等一系列稀土光学玻璃，具有高折射率低色散的优异性能，同时可简化光学仪器镜头、消除色差、球差、扩大视场角、提高成像质量，广泛用于航空摄像机、高档高倍望远镜、各种照相机镜头、手机相机镜头、复印机、扫描仪等。
国内镧系光学玻璃的主要生产厂家是成都光明公司和成都奥格公司，年产量都超过了一千吨。
目前全球镧玻璃年需求量超过4000吨，氧化镧加入量为50%-70%，纯度为3N5。
6、光导纤维
光导纤维是一束具有高折射率的玻璃丝，其直径为2-50微米。光导纤维可捆绑成柔性光缆，或层叠成片状或块状。其应用量最大领域是局域网光缆，电话光缆和电子数据光缆。
光缆在长距离传输信号时，仍有很小的信号损失，仍需间断地放大信号。掺铒的光纤像激光器一样将波长为1.55微米的光放大，可传输信号为1000亿比特/秒，光信号几乎不畸变。光放大器光源由半导体激光器提供。每根光纤的通信容量可达几千甚至亿条话路。
8管金属同轴电缆每公里4吨多重，而光纤每公里27克重。光纤具有低色散、集光能力强、分辨率高、耐腐蚀、柔软可绕、成本低等优点。全球已铺设光纤超过2亿公里，光纤产能可达6000公里以上。
（六）稀土抛光材料
1、概况
稀土在玻璃器件中的抛光，主要是CeO2的作用。研磨和抛光的机理主要有四种：纯切削说、塑性变形说、热熔说、化学作用说。
目前开发出的新型氧化钸基稀土抛光粉主要用于液晶显示屏、集成玻璃、存储光盘、精密光学玻璃及眼镜玻璃等。
2、稀土抛光粉工艺流程
稀土抛光材料的专利以日本为最多，其次为美国。专利主要涉及材料制备方法，抛光试剂及抛光方法等。
3、主要专利厂家
日本：清善化学、三井矿业和东北金属化学三家公司，目前几乎控制了全球液晶玻璃抛光市场。
美国：费罗电子材料公司为最大，产品主要用于玻璃和电子元件抛光。
欧洲：罗地亚公司，公司品牌为：cerox tm与opaline tm，主要用于光学玻璃、硬盘基片及阴极射线管面板玻璃等。
（七）稀土农用材料
国内稀土农用是稀土应用的主要领域之一。去年稀土在农轻纺方面应用量超过了7000吨。1972年来，含有12%La、4%Nd、1.5%Ce及少量其他稀土的肥料已广泛应用于农作物，这种肥料名之为“农乐”或“常乐”，使用效果显著。稀土农用研究包括“使用技术和效果”、“稀土植物生理学”、“稀土土壤学”、“稀土毒理卫生学”、“产品生产工艺和标准”和“超微量分析检测”等内容。稀土农用使粮食、经济作物和水果蔬菜增产8%--20%，并能改善品质，改善植物对自然界高温、低温、干旱、水涝、盐渍、酸雨和重金属污染的抵御能力，改善氮磷钾等营养元素的吸收，提高抗逆性等，并对人群和外部环境不构成危害。
九十年代前主要是喷洒、拌种为主，典型品种是硝酸稀土。以后是稀土元素与多种营养元素配方的喷拌型稀土多元复合肥或专用肥。稀土添加剂技术和稀土复混肥技术现已成为主流技术。稀土农用复合肥总年产能力达500万吨，分布在全国28个省、市、自治区的260家工厂，年应用面积8000万亩，稀土应用量2000吨以上。
我国有20亿亩以上耕地，21亿亩森林和60亿亩草原，饲料年消费量为6000万吨，稀土农牧林的应用潜力巨大。一般化肥投入产出比为1：4.8，而稀土为1：10～50或更高。农用产品对稀土组分限制少，有助于元素产销平衡。
（八）国防应用
稀土在陆、海、空、天、电等大军种中都有重要作用，如用于装甲钢、火炮结构件、迫击炮、坦克激光测距、燃烧武器（如美空地“阻尼人”火箭战斗部）、核辐射屏蔽（吸收热中子、快慢中子）、水下声纳、舰船用稀土永磁材料、超导磁敏感元件用于遥感卫星、磁致伸缩材料用于电—机换能器及传感器、夜视仪（稀土荧光粉将光子转为电子并增强）、大型火箭制导、飞机用高强耐磨等稀土铝、稀土钛合金、稀土镁合金、航天器用结构件、电子干扰战用行波管等。
（九）稀土——战略性新兴产业起飞的助推器
客服1