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1、冶金资源综合利用,冶金与能源学院 刘 晓,Hebei United University School of Metallurgy and Energy,六、稀土资源的综合利用,我国是稀土资源大国。稀土就是化学元素周期表中镧系元素及钪(Sc)、钇(Y)共17种元素的总称。根据美国地质研究局数据，世界稀土基础储量为154000千吨，其中中国占据了57.7%。我国稀土矿主要分为以内蒙古包头白云鄂博稀土矿为代表的混合型轻稀土矿、四川冕宁氟碳铈轻稀土矿和以南方中重离子稀土矿。从产量上看，2003-2008年间，我国稀土产量增加了31%，供应了全球90%以上的稀土精矿需求。,1、稀土金属属性,稀土就是化
2、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(Rare Earth)，简称稀土(RE或R)。 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、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆；重稀土（又称钇组）包括：铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇。,2、世界稀土
3、资源分布,2.1 全球稀土资源分布情况 美国加利福尼亚附近芒廷帕斯矿为世界上品味最高的稀土矿。,2.2 我国稀土资源分布情况,我国稀土矿品位居澳大利亚、俄罗斯、美国、巴西之后第五位，品味5-7%。我国稀土矿主要分为以内蒙古包头白云鄂博稀土矿为代表的混合型轻稀土矿、四川冕宁氟碳铈轻稀土矿和以南方中重离子稀土矿。其中白云鄂博东、西矿稀土储量合计4350万吨，占87.7%，是我国第一大稀土矿。,3、稀土元素的研究与应用,3.1 农业领域 （1）稀土农用的生物效应机理 在一定条件下, 适时适量地施用稀土元素, 可激发种子萌发, 促进植物的发芽、生根及生长发育,促进对矿物质的吸收和叶绿素的合成, 增强作
4、物的光合作用和某些酶的活性, 提高作物的抗逆性, 增强产量, 改善品质。 （2）稀土元素对植物的增效机理作用 适量稀土能促进细胞的生长和分裂, 促进植物的光合作用。 适量稀土能延缓作物叶片的老化, 使植物营养增效, 改善细胞透性, 增强作物的抗逆性能。,3.2 稀土在钢中的作用机理 净化作用 钢液中稀土首先是脱氧，其次脱硫，钢液里的O、S去到足够干净后，稀土才能去除其它杂质。 变质作用 一是改变或影响杂质、夹杂物或有害相的存在状态（或种类）、组成与结构、形状、大小、分布等，以致减轻或消除其有害作用、甚至变有害为有利；其二是减轻或消除元素偏析和组织不均匀性及细化钢的组织等，导致钢性能的改善。 微
5、合金化作用 微合金化的强化程度决定于微量稀土元素的固溶强化、稀土元素与其它溶质元素或化合物的交互作用、稀土的存在状态（原子、夹杂物或化合物的大小、形状和分布），特别是在晶界的偏聚，以及稀土对钢表面和基体组织结构的影响等。,3、稀土元素的研究与应用,微合金化作用 1）固溶度及固溶强化 2）改善晶界和抑制局部弱化 3）影响相变和改善组织 4）影响杂质元素的溶解度和减少脱溶量 5）稀土元素与其它微量合金元素的交互作用,3、稀土元素的研究与应用,3.3 稀土元素对钢机械性能的影响 提高钢的抗疲劳性 如25MnTiB钢的脉动弯曲疲劳平均寿命提高2.27倍；55SiMnVB钢的低频疲劳寿命提高46%，高频
6、疲劳寿命提高80%；Cr15SiMn钢使8206型推力轴承的接触疲劳寿命提高59.1%。 提高钢的耐磨性 添加稀土减少结晶过程中粗大碳化物的析出，可提高钢的耐磨性。 提高钢的强韧性 通过添加稀土细化晶粒，可提高铸钢的屈服点、韧性和塑性。,3、稀土元素的研究与应用,3.4 稀土在化学工业领域的应用 稀土金属及其化合物在催化中的研究与应用 稀土金属间化合物 高效稀土催化剂,3、稀土元素的研究与应用,3.5 稀土元素在高新技术产业上的研究与应用 稀土发光材料 电视显示管、计算机的荧光屏及荧光灯上, 能使其具有高质量的图象, 延长使用寿命, 提高效率, 改善显色性能。 稀土激光材料 稀土晶体激光材料主
7、要是含氧和含氟的化合物：重复频率高的脉冲激光器; 在工业上用于半导体产业; 在医疗上用于止血凝固。,3、稀土元素的研究与应用,3.5 稀土元素在高新技术产业上的研究与应用,稀土永磁材料 (1) 从电能转换为机械能方面的应用。这是最广泛的, 其中有各种类型的永磁发动机。 (2) 从机械能转换成电能方面。此种功能的元件应用于传感器、拾音器、发动机的转速计和医疗核磁共振扫描仪。 (3) 用于直接利用磁铁的吸力和斥力制造的设备。如磁选机、起重磁铁、磁制动器等。 (4) 用于行波管、速调管、磁控管等离子束和电子束偏转效应元件; 转速表、速度表、电流表、电压表等计测装置,稀土超导材料 所谓超导现象即当某种
8、材料在低于某一温度时, 出现电阻为零的现象。该温度即是临界温度。在超导材料中添加稀土可以使临界温度大大提高。稀土超导材料可应用于采矿、电子工业、医疗设备、悬浮列车及能源方面等领域。随着科技的发展, 稀土的研究与应用前景将越来越广阔。,3.5 稀土元素在高新技术产业上的研究与应用,3.5 稀土元素在高新技术产业上的研究与应用,3.6 未来稀土消费三大增长点,1、钕铁硼成为稀土消费的主要拉动力量 烧结钕铁硼磁体是当今磁性能最强、性价比最优的永磁材料，广泛应用于各种计算机、电动机、风力发电机、电动汽车、仪器仪表、磁传动轴承、高保真扬声器、核磁共振成像仪和航天航空导航器等方面。在磁悬浮列车等新兴技术领
9、域具有巨大的潜在应用前景，特别是在电子信息方面的大量应用加快了整个计算机行业的发展进程。可以说，没有钕铁硼的应用，计算机类产品能够得到如此快速的发展是绝不可能的。因此，从某种意义上来讲，钕铁硼磁性材料的出现和大量应用大大加快了人类文明的发展和科学的进步。而钕铁硼的发展也成为近几年稀土消费的主要拉动力量。,1、钕铁硼成为稀土消费的主要拉动力量,2、镍氢动力电池即将进入快速发展期,由于安全无污染、技术成熟、产业化比较完善及使用成本相对较低的特性，镍氢电池目前仍然占据90%以上混合动力汽车的市场份额。车用镍氢动力电池市场规模一方面取决于混合动力汽车的产销量，市场份额则由镍氢低成本与锂电池高技术之争的
10、进程决定。 每辆混合电动汽车需贮氢合金10千克，稀土金属3千克。 工信部，“十二五”产业规划中，中国目前新能源汽车发展的路线目前大家已普遍认同要先走混合动力、再走纯电动、最后过渡到燃料电池。,3、 稀土荧光灯,当今世界上流行使用的新型电光源大都与稀土有关，其中使用最多的电光源是稀土三基色荧光灯，都是以稀土元素钇、铕等作主要成份。稀土三基色荧光粉是世界各国用来生产高效节能灯的主要原材料。 稀土三基色节能灯与普通的白炽灯相比节电率高达80%，而且可以获得与日光相近的色温，使得被照物体颜色纯正不失真，其生产过程不污染环境，被公认为当今理想的绿色照明工程。 稀土三基色节能灯使用寿命也比白炽灯高5至8倍，而我国使用稀土三基色粉生产灯管的正规厂家确不多。,谢谢！,