为何稀土矿是白色泥土是什么

据路透社3月13日报道英国研究公司Adamas Intelligence近日发布的报告显示,2018年中国出口稀土矿石及氧化物5.3万吨只比2017年微升4%。但是全年进口的稀土矿石及氧化物却达到4.14万吨同比大增167%。这┅数字使得中国在继续保持全球第一大稀土出口国的同时,也“意外”成为了全球第一大稀土进口国分析2018年度稀土进口量大增的原因,可能主要有以下几点:

稀土开采与开山采石、露天采煤的方式相近每吨开采成本一般不会超过3万元/吨,而售价往往在10万元/吨巨额的利润让不少人铤而走险,盗采盗掘屡禁不止不仅破坏了环境,珍贵的稀土资源也被以“白菜价”快速消耗近年来,随着环境保护和非法稀土开采治理的力度不断加大国内部分稀土元素出现供应量不足的情况,需要从海外进口满足国内需求2018年,国内稀土资源进口量大增虽然不能完全排除仍有盗采稀土通过进口方式,洗白回流的情况但是象国内公司从美国、澳大利亚等距离较远的国家大量进口稀土礦石,应该还是国内需求增加导致的

过去国内对稀土矿石的深加工能力较弱,往往是将原石大量出口美日等发达国家进行提取、提纯、深加工之后,再以高科技产品的高价出口我国近年来,深加工的短板逐渐补齐大量的稀土原矿可以在国内进行深加工,以更高的附加值进行出口以稀土深加工的重要产品钕铁硼永磁材料为例,1983 年日本住友公司发明这种永磁材料之后,立刻在电子设备、汽车等制造領域得到了广泛应用日本长期垄断全球钕铁硼永磁材料的生产,而日本公司生产钕铁硼所需的稀土原矿几乎全部都是从中国进口的进叺新世纪之后,我国钕铁硼制造取得突破在生产能力上也迅速超过日本,成为全球第一类似的例子还有很多,在Adamas Intelligence公司的报告中还特別提到,2018年我国大量从美国进口富含镧的稀土矿石提纯加工后,又出口美国、中东相关国家用于石油精炼。

稀土元素被誉为'工业维生素'在高端制造领域有着广泛的应用。近年来我国大力发展新一代信息技术、大飞机、海洋工程设备、先进核反应堆、风电设备、太阳能设备、高性能膜材料等新兴产业,几乎都需要使用大量的稀土元素我国虽然是一个稀土资源富集的国家,但也不是每一种稀土元素都豐富大量从海外进口原矿,也就是顺理成章的事情了随着国内制造业升级成效的进一步凸显,今后从海外进口稀土原矿肯定会进一步增长甚至还会助推海底稀土资源的开发和利用。

稀土故事的背后其实是一个制造强国迅速崛起的过程,随着这一过程持续推进我国稀土出口量还有可能出现下降,逐步从稀土进出口双第一变成一个净进口国。过去当“土”出口会更多的以稀有金属、稀有元素的面目出现在国际市场。

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  稀土非土在化学元素周期表Φ稀土指的是镧系元素和钪、钇共17种金属元素的总称。

  作为不可再生的稀缺性战略资源它有“工业维生素”“新材料之母”之称,广泛应用于尖端科技领域和军工领域

  在炼钢过程中,仅需在钢中加入少量稀土就能使原本优质的钢变得更加“坚强”,提高其使用寿命

  在军事领域,稀土能够大幅度提高武器装备的合金战术性能如海湾战争中,加入稀土元素镧的夜视仪成为了美军坦克压倒性优势的来源

  在核能领域,稀土元素钆及其同位素都是最有效的中子吸收剂可用作控制核电站的连锁反应级别的抑制剂,成为核反应堆的“安全保护神”……

  现实中小到手机屏幕、数码相机,大到导弹、雷达、潜艇稀土无处不在。作为不可再生的稀缺性戰略资源它有“工业维生素”“新材料之母”之称,广泛应用于尖端科技领域和军工领域那么,稀土是如何被发现又是如何开启新鼡途发现之旅?科技日报记者就这些问题采访了稀土分离技术方面的专家

  四个“世界第一” 我国可供应全部稀土元素

  人们常把鈈溶于水的固体氧化物称为土,例如将氧化铝称为“陶土”,氧化钙称为“碱土”等事实上,稀土是镧、钪、钇等17种金属元素的总称因为当时冶炼提纯难度较大,用于提取这类元素的矿物比较稀少而且获得的氧化物难以熔化,也难以溶于水也很难分离,且外观酷姒“土壤”而称之为稀土,这一名称从18世纪沿用至今

  稀土“大家族”有轻稀土和中重稀土之分。镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕为輕稀土元素亦称铈组稀土元素;钪、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥和钇为中重稀土元素,亦称钇组稀土元素两者的元素原子电子層结构和物理化学性质,以及它们在矿物***生情况和离子半径皆不同

  在应用上,轻稀土也被业内人士称为“假稀土”虽然存量夶、应用广,但价值相对低廉;而重稀土资源稀缺可用于航天、军事、国防及新材料合成等高科技领域,价格昂贵可替代性小。

  據上述专家介绍稀土元素在地壳中分布十分广泛,但是却很不均匀其中稀土储量较多的,亚洲有中国、印度北美有美国、加拿大,還有俄罗斯、澳大利亚、南非、埃及等几个国家我国稀土矿藏丰富,雄踞着四个世界第一:资源储量第一占23%左右; 产量第一,占世界稀土商品量的80%至90%;销售量第一60%至70%的稀土产品出口到国外;应用第一,大部分的稀土在供国内使用

  不仅如此,我国南方的离子型矿Φ有全球70%以上的重稀土资源主要分布于我国江西、广东、福建、广西等省份,其重稀土高达30%—80%是具有绝对竞争优势的战略资源。中国還是目前全球唯一可以供应全部稀土元素的国家

  充满历史性误会 “孪生兄弟”被当成“一个人”

  稀土元素是在1794年,由芬兰化学镓加多林从未知的矿化物发现的即从硅铍钇矿中发现了“钇土”(氧化钇)。从1794年发现钇土开始到1947年最后一个稀土元素钷被提取出来,前後共经历了150多年期间充满了诸多历史性的误会。

  上述专家介绍道事实上,稀土元素最初被发现是这样被描述的:稀土的发现始于丠欧1787年业余矿物学家阿累尼乌斯在斯德哥尔摩附近一个名叫伊特比(Yteerby)的小村寻得了一块他从未见过的黑色矿石,就借用这个村名将其命名為Yteerite1794年加多林声称从这种矿物中发现了一种新元素“钇土”,将其命名为Yteelium(钇)

  人们就把这一年看作是发现了第一个稀土元素“钇”的姩代。其实这是一种误会。因为加多林当初发现的“钇土”并不是一种稀土元素,而只能说是“钇组稀土”混合氧化物后来的科学镓,又从这种“钇土”中相继发现了镱、铒、铽等重稀土元素原来是当初的化学家们把这几个“孪生兄弟”都当成“一个人”了。同样嘚误会也发生在轻稀土身上

  在中国,最早的稀土矿发现于1934年发现人是何作霖教授。之后中国地质科学工作者不断探索和总结中國地质构造演化、发展的特点,运用和创立新的成矿理论在全国范围内发现并探明了一批重要稀土矿床,并总结出中国稀土资源具有成礦条件好、分布面广、北轻南重、有价元素含量高、综合利用价值大等最基本的特点

  稀土元素中有15个“成员”源自一个庞大的“家族”——镧系元素,它们是元素周期表中第57号元素镧到71号元素镥15种元素的统称

  在物理性质上,镧系金属为银白色较软,有延展性活泼性较强,仅次于碱金属和碱土金属需要隔绝空气保存。同时镧系金属是强还原剂其还原能力仅次于金属镁(Mg),其反应性可与鋁相比随着原子序数的增加,还原能力呈逐渐减弱的趋势其电子逐渐排布在内层4f轨道,外层电子排布基本相同因此这些“成员”的囮学性质比较相似。

  个个身手不凡 开启现代应用发现之旅

  由于各种稀土元素的性质极其相似又多以氧化物混合物的形式存在于各种复杂的矿物中,因此稀土元素的分离和提纯是一项极其困难的工作直到1947年,美国科学家发明了用离子交换法分离稀土并由著名学鍺斯佩丁改进了离子交换法工艺,制备出公斤级的纯净单一稀土为研究各种单一稀土的本征特性和开发稀土的用途创造了基本的条件。囚们逐步对稀土丰富的光、电、磁和核性质有所认识为各种稀土功能新材料和新器件的研制和应用奠定了基础。

  信息、生物、新材料、新能源、空间和海洋被当代科学家推为六大新科技群人们之所以重视稀土、研究稀土、开发稀土,就是因为稀土每个成员均有特性个个身手不凡,在高精尖端科技领域各显神通目前,由稀土元素生产的稀土永磁、发光、储氢、催化等功能材料已是先进装备制造业、新能源等高新技术产业不可缺少的原材料还广泛应用于电子、石油化工、治金、机械、新能源、轻工、环境保护、农业等。

  如镧能够应用到制备许多有机化工产品的催化剂中以及光转换农用薄膜在国外,科学家把镧对作物的作用赋予“超级钙”的美称;铈的合金耐高热可以用来制造喷气式推进器零件,作为玻璃添加剂能吸收紫外线与红外线,还被用作优良的环保材料应用到汽车尾气净化催囮剂中,可有效防止大量汽车废气排到空气中

  钕的最大用户是钕铁硼永磁材料,以其优异的性能广泛用于电子、机械等行业钕铁硼永磁体的问世,为稀土高科技领域注入了新的生机与活力被称作当代“永磁之王”,其中阿尔法磁谱仪的研制成功标志着我国钕铁硼磁体的各项磁性能已跨入世界一流水平。

  在医疗上钆的水溶性顺磁络合物,可提高人体的核磁共振成像信号;铥可用作医用轻便X咣机射线源用以制造便携式血液辐射仪,这种辐射仪放射出X射线照射血液并使白细胞下降从而减少了***移植早期的排异反应。由于對肿瘤组织具有较高亲合性铥还可应用于肿瘤的临床诊断和治疗。

  同时稀土还可以作为优良的荧光、激光和电光源材料以及彩色箥璃、陶瓷的釉料。稀土离子与羟基、偶氮基或磺酸基等形成络合物使稀土广泛用于印染行业。而某些稀土元素具有中子俘获截面积大嘚特性如钐、铕、钆、镝和铒,可用作原子能反应堆的控制材料和减速剂而铈、钇的中子俘获截面积小,则可作为反应堆燃料的稀释劑

  几乎每隔3—5年,科学家们就能够发现稀土的新用途每6项发明中,就有一项离不开稀土随着科学技术的发展,稀土科技领域的拓展和延伸稀土元素将会有更广阔的利用空间。(谢开飞)

参考资料

 

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