17種稀土(tǔ)元素名稱的(de)由來及用途(tú)淺說:
镧(La)
“镧”這(zhè)個元素是1839年(nian)被命名的,當(dāng)時有個叫“莫(mo)桑德”的瑞典(diǎn)人發現铈土(tu)中含有其它(ta)元素,他借用(yong)希臘語中“隐(yin)藏”一詞把這(zhe)種元素取名(ming)爲“镧”。從此,镧(lan)便登上了曆(li)史舞台。
镧的(de)應用非常廣(guǎng)泛,如應用于(yú)壓電材料、電(diàn)熱材料、熱電(diàn)材料、磁阻材(cai)料、發光材料(liao)(蘭粉)、貯氫材(cái)料、光學玻璃(li)、激光材料、各(ge)種合金材料(liào)等。她也應用(yòng)到制備許多(duo)有機化工産(chǎn)品的催化劑(jì)中,光轉換農(nóng)用薄膜也用(yong)到镧,在國外(wai),科學家把镧(lan)對作物的作(zuò)用賦與“超級(ji)鈣”的美稱。
铈(shì)(Ce)
“铈”這個元素(sù)是由德國人(rén)克勞普羅斯(sī),瑞典人烏斯(sī)伯齊力、希生(shēng)格爾于1803年發(fā)現并命名的(de),以紀念1801年發(fā)現的小行星(xīng)——谷神星。铈廣(guǎng)泛應用于:
(1)铈(shì)作爲玻璃添(tian)加劑,能吸收(shou)紫外線與紅(hóng)外線,現已被(bei)大量應用于(yu)汽車玻璃。不(bu)僅能防紫外(wài)線,還可降低(di)車内溫度,從(cong)而節約空調(diào)用電。從1997年起(qǐ),日本汽車玻(bo)璃全加入氧(yǎng)化铈,1996年用于(yú)汽車玻璃的(de)氧化铈至少(shǎo)有2000噸,美國約(yue)一千多噸。
(2)目(mù)前正将铈應(yīng)用到汽車尾(wěi)氣淨化催化(hua)劑中,可有效(xiào)防止大量汽(qi)車廢氣排到(dao)空氣中。美國(guo)在這方面的(de)消費量占稀(xi)土總消費量(liang)的三分之一(yi)強。
(3)硫化铈可(kě)以取代鉛、镉(gé)等對環境和(hé)人類有害的(de)金屬應用到(dào)顔料中,可對(duì)塑料着色,也(ye)可用于塗料(liao)、油墨和紙張(zhang)等行業。目前(qian)領先的是法(fǎ)國羅納普朗(lǎng)克公司。
(4)Ce:LiSAF激光(guang)系統是美國(guó)研制出來的(de)固體激光器(qi),通過監測色(sè)氨酸濃度可(ke)用于探查生(sheng)物武器,還可(ke)用于醫學。铈(shì)應用領域非(fēi)常廣泛,幾乎(hu)所有的稀土(tu)應用領域中(zhong)都含有铈。如(rú)抛光粉、儲氫(qīng)材料、熱電材(cai)料、铈鎢電極(ji)、陶瓷電容器(qi)、壓電陶瓷、铈(shi)碳化矽磨料(liào)、燃料電池原(yuán)料、汽油催化(huà)劑、某些永磁(ci)材料、各種合(hé)金鋼及有色(se)金屬等。
镨(Pr)
大(da)約160年前,瑞典(dian)人莫桑德從(cong)镧中發現了(le)一種新的元(yuán)素,但它不是(shì)單一元素,莫(mo)桑德發現這(zhè)種元素的性(xìng)質與镧非常(cháng)相似,便将其(qí)定名爲“镨钕(nü)”。“镨钕”希臘語(yu)爲“雙生子”之(zhi)意。大約又過(guo)了40多年,也就(jiu)是發明汽燈(deng)紗罩的1885年,奧(ao)地利人韋爾(er)斯巴赫成功(gong)地從“镨钕”中(zhong)分離出了兩(liǎng)個元素,一個(gè)取名爲“钕”,另(lìng)一個則命名(ming)爲“镨”。這種“雙(shuāng)生子”被分隔(gé)開了,镨元素(sù)也有了自己(jǐ)施展才華的(de)廣闊天地。
镨(pǔ)是用量較大(da)的稀土元素(su),其主要用于(yú)玻璃、陶瓷和(hé)磁性材料中(zhōng)。
(1)镨被廣泛應(ying)用于建築陶(tao)瓷和日用陶(tao)瓷中,其與陶(tao)瓷釉混合制(zhì)成色釉,也可(kě)單獨作釉下(xia)顔料,制成的(de)顔料呈淡黃(huang)色,色調純正(zheng)、淡雅。
(2)用于制(zhi)造永磁體。選(xuan)用廉價的镨(pu)钕金屬代替(ti)純钕金屬制(zhi)造永磁材料(liao),其抗氧性能(neng)和機械性能(néng)明顯提高,可(ke)加工成各種(zhǒng)形狀的磁體(ti)。廣泛應用于(yú)各類電子器(qì)件和馬達上(shàng)。
(3)用于石油催(cui)化裂化。以镨(pu)钕富集物的(de)形式加入Y型(xing)沸石分子篩(shai)中制備石油(you)裂化催化劑(ji),可提高催化(hua)劑的活性、選(xuan)擇性和穩定(dìng)性。我國70年代(dai)開始投入工(gong)業使用,用量(liàng)不斷增大。
(4)镨(pǔ)還可用于磨(mó)料抛光。另外(wài),镨在光纖領(lǐng)域的用途也(ye)越來越廣。
钕(nü)(Nd)
伴随着镨元(yuán)素的誕生,钕(nü)元素也應運(yùn)而生,钕元素(sù)的到來活躍(yue)了稀土領域(yu),在稀土領域(yù)中扮演着重(zhòng)要角色,并且(qie)左右着稀土(tu)市場。
钕元素(sù)憑借其在稀(xi)土領域中的(de)獨特地位,多(duo)年來成爲市(shi)場關注的熱(rè)點。金屬钕的(de)最大用戶是(shì)钕鐵硼永磁(cí)材料。钕鐵硼(péng)永磁體的問(wèn)世,爲稀土高(gao)科技領域注(zhù)入了新的生(shēng)機與活力。钕(nǚ)鐵硼磁體磁(cí)能積高,被稱(cheng)作當代“永磁(ci)之王”,以其優(you)異的性能廣(guǎng)泛用于電子(zǐ)、機械等行業(ye)。阿爾法磁譜(pǔ)儀的研制成(cheng)功,标志着我(wǒ)國钕鐵硼磁(cí)體的各項磁(ci)性能已跨入(rù)世界一流水(shuǐ)平。钕還應用(yong)于有色金屬(shǔ)材料。在鎂或(huò)鋁合金中添(tiān)加1.5~2.5%钕,可提高(gao)合金的高溫(wēn)性能、氣密性(xìng)和耐腐蝕性(xing),廣泛用作航(háng)空航天材料(liào)。另外,摻钕的(de)钇鋁石榴石(shí)産生短波激(jī)光束,在工業(ye)上廣泛用于(yú)厚度在10mm以下(xia)薄型材料的(de)焊接和切削(xuē)。在醫療上,摻(chān)钕钇鋁石榴(liú)石激光器代(dài)替手術刀用(yong)于摘除手術(shù)或消毒創傷(shang)口。钕也用于(yú)玻璃和陶瓷(ci)材料的着色(sè)以及橡膠制(zhi)品的添加劑(jì)。随着科學技(ji)術的發展,稀(xī)土科技領域(yù)的拓展和延(yan)伸,钕元素将(jiāng)會有更廣闊(kuo)的利用空間(jiān)。
钷(Pm)
1947年,馬林斯(sī)基(J.A.Marinsky)、格倫丹甯(ning)(L.E.Glendenin)和科裏爾(C.E.Coryell)從(cong)原子能反應(yīng)堆用過的鈾(you)燃料中成功(gong)地分離出61号(hào)元素,用希臘(la)神話中的神(shén)名普羅米修(xiu)斯(Prometheus)命名爲钷(pǒ)(Promethium)。
钷爲核反應(yīng)堆生産的人(rén)造放射性元(yuan)素。钷的主要(yao)用途有:
(1)可作(zuò)熱源。爲真空(kōng)探測和人造(zào)衛星提供輔(fu)助能量。
(2)Pm147放出(chu)能量低的β射(she)線,用于制造(zao)钷電池。作爲(wei)導彈制導儀(yí)器及鍾表的(de)電源。此種電(dian)池體積小,能(néng)連續使用數(shu)年之久。
此外(wai),钷還用于便(bian)攜式X-射線儀(yi)、制備熒光粉(fěn)、度量厚度以(yǐ)及航标燈中(zhōng)。
钐(Sm)
1879年,波依斯(sī)包德萊從铌(ni)钇礦得到的(de)“镨钕”中發現(xian)了新的稀土(tǔ)元素,并根據(ju)這種礦石的(de)名稱命名爲(wei)钐。
钐呈淺黃(huang)色,是做钐钴(gǔ)系永磁體的(de)原料,钐钴磁(ci)體是最早得(dé)到工業應用(yòng)的稀土磁體(ti)。這種永磁體(ti)有SmCo5系和Sm2Co17系兩(liǎng)類。70年代前期(qī)發明了SmCo5系,後(hou)期發明了Sm2Co17系(xì)。現在是以後(hou)者的需求爲(wei)主。钐钴磁體(tǐ)所用的氧化(hua)钐的純度不(bu)需太高,從成(cheng)本方面考慮(lǜ),主要使用95%左(zuǒ)右的産品。此(cǐ)外,氧化钐還(hái)用于陶瓷電(dian)容器和催化(huà)劑方面。另外(wai),钐還具有核(hé)性質,可用作(zuò)原子能反應(ying)堆的結構材(cái)料,屏敝材料(liào)和控制材料(liào),使核裂變産(chan)生巨大的能(neng)量得以安全(quán)利用。
铕(Eu)
1901年,德(dé)馬凱(Eugene-Antole Demarcay)從“钐”中(zhōng)發現了新元(yuán)素,取名爲铕(you)(Europium)。這大概是根(gen)據歐洲(Europe)一詞(ci)命名的。氧化(hua)铕大部分用(yong)于熒光粉。Eu3+用(yòng)于紅色熒光(guang)粉的激活劑(jì),Eu2+用于藍色熒(ying)光粉。現在Y2O2S:Eu3+是(shi)發光效率、塗(tu)敷穩定性、回(huí)收成本等最(zui)好的熒光粉(fěn)。再加上對提(ti)高發光效率(lǜ)和對比度等(deng)技術的改進(jin),故正在被廣(guang)泛應用。近年(nian)氧化铕還用(yong)于新型X射線(xian)醫療診斷系(xì)統的受激發(fā)射熒光粉。氧(yǎng)化铕還可用(yòng)于制造有色(se)鏡片和光學(xue)濾光片,用于(yú)磁泡貯存器(qi)件,在原子反(fan)應堆的控制(zhi)材料、屏敝材(cai)料和結構材(cái)料中也能一(yi)展身手。
钆(Gd)
1880年(nian),瑞士的馬裏(li)格納克(G.de Marignac)将“钐(shan)”分離成兩個(ge)元素,其中一(yī)個由索裏特(tè)證實是钐元(yuan)素,另一個元(yuán)素得到波依(yi)斯包德萊的(de)研究确認,1886年(nian),馬裏格納克(ke)爲了紀念钇(yǐ)元素的發現(xiàn)者 研究稀土(tǔ)的先驅荷蘭(lan)化學家加多(duō)林(Gado Linium),将這個新(xin)元素命名爲(wei)钆。
钆在現代(dai)技革新中将(jiang)起重要作用(yong)。它的主要用(yong)途有:(1)其水溶(róng)性順磁絡合(he)物在醫療上(shang)可提高人體(ti)的核磁共振(zhen)(NMR)成像信号。(2)其(qí)硫氧化物可(kě)用作特殊亮(liàng)度的示波管(guan)和x射線熒光(guāng)屏的基質栅(shān)網。(3)在钆镓石(shí)榴石中的钆(ga)對于磁泡記(ji)憶存儲器是(shì)理想的單基(jī)片。(4)在無Camot循環(huan)限制時,可用(yòng)作固态磁緻(zhì)冷介質。(5)用作(zuò)控制核電站(zhan)的連鎖反應(yīng)級别的抑制(zhi)劑,以保證核(he)反應的安全(quán)。(6)用作钐钴磁(ci)體的添加劑(ji),以保證性能(neng)不随溫度而(ér)變化。另外,氧(yǎng)化钆與镧一(yi)起使用,有助(zhù)于玻璃化區(qū)域的變化和(hé)提高玻璃的(de)熱穩定性。氧(yǎng)化钆還可用(yòng)于制造電容(rong)器、x射線增感(gan)屏。
在世界上(shang)目前正在努(nǔ)力開發钆及(jí)其合金在磁(ci)緻冷方面的(de)應用,現已取(qu)得突破性進(jin)展,室溫下采(cǎi)用超導磁體(ti)、金屬钆或其(qí)合金爲緻冷(lěng)介質的磁冰(bīng)箱已經問世(shì)。
铽(Tb)
1843年瑞典的(de)莫桑德(Karl G.Mosander)通過(guò)對钇土的研(yan)究,發現铽元(yuan)素(Terbium)。铽的應用(yong)大多涉及高(gao)技術領域,是(shì)技術密集、知(zhi)識密集型的(de)尖端項目,又(yòu)是具有顯著(zhe)經濟效益的(de)項目,有着誘(yòu)人的發展前(qian)景。主要應用(yòng)領域有:(1)熒光(guāng)粉用于三基(ji)色熒光粉中(zhōng)的綠粉的激(jī)活劑,如铽激(jī)活的磷酸鹽(yan)基質、铽激活(huó)的矽酸鹽基(jī)質、铽激活的(de)铈鎂鋁酸鹽(yán)基質,在激發(fā)狀态下均發(fa)出綠色光。(2)磁(cí)光貯存材料(liao),近年來铽系(xi)磁光材料已(yi)達到大量生(shēng)産的規模,用(yong)Tb-Fe非晶态薄膜(mo)研制的磁光(guāng)光盤,作計算(suàn)機存儲元件(jian),存儲能力提(ti)高10~15倍。(3)磁光玻(bō)璃,含铽的法(fǎ)拉第旋光玻(bō)璃是制造在(zài)激光技術中(zhōng)廣泛應用的(de)旋轉器、隔離(lí)器和環形器(qì)的關鍵材料(liào)。特别是铽镝(dí)鐵磁緻伸縮(suo)合金(TerFenol)的開發(fā)研制,更是開(kāi)辟了铽的新(xīn)用途,Terfenol是70年代(dài)才發現的新(xin)型材料,該合(hé)金中有一半(ban)成份爲铽和(hé)镝,有時加入(ru)钬,其餘爲鐵(tiě),該合金由美(měi)國依阿華州(zhōu)阿姆斯實驗(yan)室首先研制(zhi),當Terfenol置于一個(gè)磁場中時,其(qí)尺寸的變化(huà)比一般磁性(xing)材料變化大(da),這種變化可(kě)以使一些精(jīng)密機械運動(dòng)得以實現。铽(te)镝鐵開始主(zhu)要用于聲納(nà),目前已廣泛(fan)應用于多種(zhǒng)領域,從燃料(liào)噴射系統、液(yè)體閥門控制(zhi)、微定位到機(jī)械緻動器、太(tài)空望遠鏡的(de)調節機構和(hé)飛機機翼調(diao)節器等領域(yù)。
镝(Dy)
1886年,法國人(rén)波依斯包德(de)萊成功地将(jiāng)钬分離成兩(liǎng)個元素,一個(gè)仍稱爲钬,而(er)另一個根據(ju)從钬中“難以(yǐ)得到”的意思(sī)取名爲镝(dysprosium)。镝(dí)目前在許多(duō)高技術領域(yù)起着越來越(yue)重要的作用(yòng),镝的最主要(yào)用途是(1)作爲(wèi)钕鐵硼系永(yong)磁體的添加(jia)劑使用,在這(zhe)種磁體中添(tian)加2~3%左右的镝(di),可提高其矯(jiao)頑力,過去镝(dí)的需求量不(bu)大,但随着钕(nǚ)鐵硼磁體需(xū)求的增加,它(tā)成爲必要的(de)添加元素,品(pin)位必須在95~99.9%左(zuo)右,需求也在(zài)迅速增加。(2)镝(di)用作熒光粉(fěn)激活劑,三價(jià)镝是一種有(you)前途的單發(fa)光中心三基(jī)色發光材料(liao)的激活離子(zi),它主要由兩(liang)個發射帶組(zǔ)成,一爲黃光(guāng)發射,另一爲(wèi)藍光發射,摻(chan)镝的發光材(cai)料可作爲三(sān)基色熒光粉(fen)。(3)镝是制備大(dà)磁緻伸縮合(he)金铽镝鐵(Terfenol)合(he)金的必要的(de)金屬原料,能(neng)使一些機械(xie)運動的精密(mì)活動得以實(shí)現。(4)镝金屬可(kě)用做磁光存(cún)貯材料,具有(yǒu)較高的記錄(lu)速度和讀數(shu)敏感度。(5)用于(yú)镝燈的制備(bei),在镝燈中采(cǎi)用的工作物(wu)質是碘化镝(dí),這種燈具有(yǒu)亮度大、顔色(sè)好、色溫高、體(tǐ)積小、電弧穩(wen)定等優點,已(yi)用于電影、印(yin)刷等照明光(guāng)源。(6)由于镝元(yuan)素具有中子(zǐ)俘獲截面積(ji)大的特性,在(zài)原子能工業(ye)中用來測定(ding)中子能譜或(huo)做中子吸收(shou)劑。(7)Dy3Al5O12還可用作(zuo)磁緻冷用磁(ci)性工作物質(zhi)。随着科學技(jì)術的發展,镝(di)的應用領域(yù)将會不斷的(de)拓展和延伸(shēn)。
钬(Ho)
十九世紀(jì)後半葉,由于(yu)光譜分析法(fǎ)的發現和元(yuan)素周期表的(de)發表,再加上(shang)稀土元素電(dian)化學分離工(gong)藝的進展,更(gèng)加促進了新(xin)的稀土元素(sù)的發現。1879年,瑞(ruì)典人克利夫(fu)發現了钬元(yuan)素并以瑞典(diǎn)首都斯德哥(ge)爾摩地名命(ming)名爲钬(holmium)。
钬的(de)應用領域目(mù)前還有待于(yú)進一步開發(fa),用量不是很(hěn)大,最近,包鋼(gang)稀土研究院(yuan)采用高溫高(gāo)真空蒸餾提(ti)純技術,研制(zhi)出非稀土雜(zá)質含量很低(di)的高純金屬(shǔ)钬Ho/ΣRE>99.9%。目前钬的(de)主要用途有(you):用作金屬鹵(lǔ)素燈添加劑(jì),金屬鹵素燈(deng)是一種氣體(tǐ)放電燈,它是(shi)在高壓汞燈(dēng)基礎上發展(zhǎn)起來的,其特(tè)點是在燈泡(pào)裏充有各種(zhǒng)不同的稀土(tu)鹵化物。目前(qian)主要使用的(de)是稀土碘化(huà)物,在氣體放(fàng)電時發出不(bú)同的譜線光(guāng)色。在钬燈中(zhōng)采用的工作(zuò)物質是碘化(hua)钬,在電弧區(qu)可以獲得較(jiao)高的金屬原(yuán)子濃度,從而(er)大大提高了(le)輻射效能。(2)钬(huǒ)可以用作钇(yǐ)鐵或钇鋁石(shí)榴石的添加(jia)劑;(3)摻钬的钇(yi)鋁石榴石(Ho:YAG)可(kě)發射2μm激光,人(ren)體組織對2μm激(jī)光吸收率高(gao),幾乎比Hd:YAG高3個(ge)數量級。所以(yi)用Ho:YAG激光器進(jìn)行醫療手術(shù)時,不但可以(yǐ)提高手術效(xiao)率和精度,而(er)且可使熱損(sǔn)傷區域減至(zhi)更小。钬晶體(ti)産生的自由(you)光束可消除(chú)脂肪而不會(huì)産生過大的(de)熱量,從而減(jiǎn)少對健康組(zǔ)織産生的熱(rè)損傷,據報道(dao)美國用钬激(jī)光治療青光(guāng)眼,可以減少(shao)患者手術的(de)痛苦。我國2μm激(jī)光晶體的水(shui)平已達到國(guo)際水平,應大(da)力開發生産(chan)這種激光晶(jīng)體。(4)在磁緻伸(shēn)縮合金Terfenol-D中,也(yě)可以加入少(shao)量的钬,從而(er)降低合金飽(bǎo)和磁化所需(xu)的外場。(5)另外(wài)用摻钬的光(guang)纖可以制作(zuò)光纖激光器(qì)、光纖放大器(qì)、光纖傳感器(qi)等等光通訊(xùn)器件在光纖(xian)通信迅猛的(de)今天将發揮(hui)更重要的作(zuo)用。
铒(Er)
1843年,瑞典(diǎn)的莫桑德發(fa)現了铒元素(su)(Erbium)。铒的光學性(xing)質非常突出(chu),一直是人們(men)關注的問題(ti):(1)Er3+在1550nm處的光發(fa)射具有特殊(shu)意義,因爲該(gāi)波長正好位(wei)于光纖通訊(xun)的光學纖維(wéi)的最低損失(shī),铒離子(Er3+)受到(dào)波長980nm、1480nm的光激(jī)發後,從基态(tài)4I15/2躍遷至高能(néng)态4I13/2,當處于高(gao)能态的Er3+再躍(yuè)遷回至基态(tai)時發射出1550nm波(bo)長的光,石英(yīng)光纖可傳送(song)各種不同波(bo)長的光,但不(bu)同的光光衰(shuai)率不同,1550nm頻帶(dài)的光在石英(yīng)光纖中傳輸(shu)時光衰減率(lü)最低(0.15分貝/公(gōng)裏),幾乎爲下(xia)限極限衰減(jiǎn)率。因此,光纖(xian)通信在1550nm處作(zuò)信号光時,光(guang)損失最小。這(zhe)樣,如果把适(shi)當濃度的铒(er)摻入合适的(de)基質中,可依(yi)據激光原理(li)作用,放大器(qi)能夠補償通(tong)訊系統中的(de)損耗,因此在(zài)需要放大波(bō)長1550nm光信号的(de)電訊網絡中(zhong),摻铒光纖放(fang)大器是必不(bu)可少的光學(xué)器件,目前摻(chān)铒的二氧化(hua)矽纖維放大(da)器已實現商(shāng)業化。據報道(dào),爲避免無用(yòng)的吸收,光纖(xian)中铒的摻雜(za)量幾十至幾(jǐ)百ppm。光纖通信(xin)的迅猛發展(zhǎn),将開辟铒的(de)應用新領域(yu)。(2)另外摻铒的(de)激光晶體及(ji)其輸出的1730nm激(jī)光和1550nm激光對(dui)人的眼睛安(ān)全,大氣傳輸(shu)性能較好,對(duì)戰場的硝煙(yān)穿透能力較(jiào)強,保密性好(hao),不易被敵人(ren)探測,照射軍(jun)事目标的對(dui)比度較大,已(yi)制成軍事上(shang)用的對人眼(yan)安全的便攜(xié)式激光測距(jù)儀。(3)Er3+加入到玻(bo)璃中可制成(chéng)稀土玻璃激(jī)光材料,是目(mù)前輸出脈沖(chong)能量最大,輸(shū)出功率最高(gāo)的固體激光(guāng)材料。(4)Er3+還可做(zuò)稀土上轉換(huan)激光材料的(de)激活離子。(5)另(lìng)外铒也可應(ying)用于眼鏡片(pian)玻璃、結晶玻(bo)璃的脫色和(hé)着色等。
铥(Tm)
铥(diū)元素是1879年瑞(rui)典的克利夫(fū)發現的,并以(yi)斯堪迪那維(wei)亞(Scandinavia)的舊名Thule命(ming)名爲铥(Thulium)。
铥的(de)主要用途有(yǒu)以下幾個方(fang)面:(1)铥用作醫(yi)用輕便X光機(jī)射線源,铥在(zai)核反應堆内(nèi)輻照後産生(sheng)一種能發射(she)X射線的同位(wèi)素,可用來制(zhì)造便攜式血(xuè)液輻照儀上(shàng),這種輻射儀(yí)能使铥-169受到(dào)高中子束的(de)作用轉變爲(wei)铥-170,放射出X射(she)線照射血液(yè)并使白血細(xì)胞下降,而正(zheng)是這些白細(xi)胞引起器官(guan)移植排異反(fan)應的,從而減(jian)少器官的早(zǎo)期排異反應(ying)。(2)铥元素還可(ke)以應用于臨(lín)床診斷和治(zhì)療腫瘤,因爲(wei)它對腫瘤組(zu)織具有較高(gāo)親合性,重稀(xī)土比輕稀土(tǔ)親合性更大(da),尤其以铥元(yuán)素的親合力(lì)最大。(3)铥在X射(she)線增感屏用(yong)熒光粉中做(zuò)激活劑LaOBr:Br(藍色(sè)),達到增強光(guāng)學靈敏度,因(yin)而降低了X射(she)線對人的照(zhao)射和危害,與(yǔ)以前鎢酸鈣(gài)增感屏相比(bǐ)可降低X射線(xian)劑量50%,這在醫(yi)學應用具有(yǒu)重要現實的(de)意義。(4)铥還可(ke)在新型照明(ming)光源 金屬鹵(lǔ)素燈做添加(jia)劑。(5)Tm3+加入到玻(bō)璃中可制成(chéng)稀土玻璃激(jī)光材料,這是(shì)目前輸出脈(mo)沖量最大,輸(shu)出功率最高(gāo)的固體激光(guang)材料。Tm3+也可做(zuo)稀土上轉換(huàn)激光材料的(de)激活離子。
镱(yì)(Yb)
1878年,查爾斯(Jean Charles)和(he)馬利格納克(kè)(G.de Marignac)在“铒”中發現(xiàn)了新的稀土(tǔ)元素,這個元(yuán)素由伊特必(bi)(Ytterby)命名爲镱(Ytterbium)。
镱(yì)的主要用途(tu)有(1)作熱屏蔽(bì)塗層材料。镱(yi)能明顯地改(gai)善電沉積鋅(xin)層的耐蝕性(xìng),而且含镱鍍(du)層比不含镱(yi)鍍層晶粒細(xi)小,均勻緻密(mi)。(2)作磁緻伸縮(suō)材料。這種材(cai)料具有超磁(cí)緻伸縮性即(ji)在磁場中膨(peng)脹的特性。該(gāi)合金主要由(you)镱/鐵氧體合(he)金及镝/鐵氧(yǎng)體合金構成(chéng),并加入一定(ding)比例的錳,以(yi)便産生超磁(ci)緻伸縮性。(3)用(yòng)于測定壓力(lì)的镱元件,試(shi)驗證明,镱元(yuan)件在标定的(de)壓力範圍内(nèi)靈敏度高,同(tóng)時爲镱在壓(yā)力測定應用(yòng)方面開辟了(le)一個新途徑(jing)。(4)磨牙空洞的(de)樹脂基填料(liào),以替換過去(qu)普遍使用銀(yín)汞合金。(5)日本(ben)學者成功地(dì)完成了摻镱(yi)钆镓石榴石(shi)埋置線路波(bō)導激光器的(de)制備工作,這(zhe)一工作的完(wán)成對激光技(jì)術的進一步(bù)發展很有意(yi)義。另外,镱還(hai)用于熒光粉(fěn)激活劑、無線(xiàn)電陶瓷、電子(zǐ)計算機記憶(yi)元件(磁泡)添(tiān)加劑、和玻璃(lí)纖維助熔劑(ji)以及光學玻(bo)璃添加劑等(děng)。
镥(Lu)
1907年,韋爾斯(sī)巴赫和尤貝(bèi)恩(G.Urbain)各自進行(hang)研究,用不同(tóng)的分離方法(fa)從“镱”中又發(fā)現了一個新(xīn)元素,韋爾斯(si)巴赫把這個(ge)元素取名爲(wèi)Cp(Cassiopeium),尤貝恩根據(jù)巴黎的舊名(míng)lutece将其命名爲(wèi)Lu(Lutetium)。後來發現Cp和(hé)Lu是同一元素(su),便統一稱爲(wèi)镥。
镥的主要(yao)用途有(1)制造(zào)某些特殊合(he)金。例如镥鋁(lü)合金可用于(yú)中子活化分(fèn)析。(2)穩定的镥(lǔ)核素在石油(yóu)裂化、烷基化(huà)、氫化和聚合(he)反應中起催(cui)化作用。(3)钇鐵(tiě)或钇鋁石榴(liu)石的添加元(yuan)素,改善某些(xie)性能。(4)磁泡貯(zhù)存器的原料(liào)。(5)一種複合功(gōng)能晶體摻镥(lǔ)四硼酸鋁钇(yǐ)钕,屬于鹽溶(rong)液冷卻生長(zhang)晶體的技術(shu)領域,實驗證(zhèng)明,摻镥NYAB晶體(ti)在光學均勻(yun)性和激光性(xìng)能方面均優(you)于NYAB晶體。(6)經國(guo)外有關部門(mén)研究發現,镥(lu)在電緻變色(sè)顯示和低維(wéi)分子半導體(tǐ)中具有潛在(zai)的用途。此外(wai),镥還用于能(néng)源電池技術(shù)以及熒光粉(fěn)的激活劑等(děng)。
钇(Y)
1788年,一位以(yǐ)研究化學和(he)礦物學、收集(jí)礦石的業餘(yu)愛好者瑞典(diǎn)軍官卡爾·阿(a)雷尼烏斯(Karl Arrhenius)在(zài)斯德哥爾摩(mo)灣外的伊特(te)必村(Ytterby),發現了(le)外觀象瀝青(qīng)和煤一樣的(de)黑色礦物,按(àn)當地的地名(míng)命名爲伊特(te)必礦(Ytterbite)。1794年芬蘭(lán)化學家約翰(han)·加多林分析(xi)了這種伊特(te)必礦樣品。發(fā)現其中除铍(pi)、矽、鐵的氧化(hua)物外,還含有(yǒu)約38%的未知元(yuán)素的氧化物(wu)棗“新土”。1797年,瑞(ruì)典化學家埃(āi)克貝格(Anders Gustaf Ekeberg)确認(rèn)了這種“新土(tu)”,命名爲钇土(tǔ)(Yttria,钇的氧化物(wù)之意)。
钇是一(yi)種用途廣泛(fan)的金屬,主要(yao)用途有:
(1)鋼鐵(tie)及有色合金(jin)的添加劑。FeCr合(hé)金通常含0.5-4%钇(yǐ),钇能夠增強(qiang)這些不鏽鋼(gang)的抗氧化性(xing)和延展性;MB26合(he)金中添加适(shi)量的富钇混(hùn)合稀土後,合(he)金的綜合性(xìng)能得到明顯(xian)的改善,可以(yǐ)替代部分中(zhong)強鋁合金用(yòng)于飛機的受(shou)力構件上;在(zài)Al-Zr合金中加入(rù)少量富钇稀(xi)土,可提高合(he)金導電率;該(gāi)合金已爲國(guo)内大多數電(dian)線廠采用;在(zai)銅合金中加(jia)入钇,提高了(le)導電性和機(jī)械強度。
(2)含钇(yi)6%和鋁2%的氮化(hua)矽陶瓷材料(liào),可用來研制(zhì)發動機部件(jian)。
(3)用功率400瓦的(de)钕钇鋁石榴(liu)石激光束來(lai)對大型構件(jiàn)進行鑽孔、切(qiē)削和焊接等(děng)機械加工。
(4)由(yóu)Y-Al石榴石單晶(jīng)片構成的電(diàn)子顯微鏡熒(ying)光屏,熒光亮(liang)度高,對散射(shè)光的吸收低(di),抗高溫和抗(kang)機械磨損性(xing)能好。
(5)含钇達(dá)90%的高钇結構(gòu)合金,可以應(yīng)用于航空和(hé)其它要求低(di)密度和高熔(rong)點的場合。(6)目(mu)前倍受人們(men)關注的摻钇(yǐ)SrZrO3高溫質子傳(chuan)導材料,對燃(rán)料電池、電解(jie)池和要求氫(qing)溶解度高的(de)氣敏元件的(de)生産具有重(zhong)要的意義。此(cǐ)外,钇還用于(yu)耐高溫噴塗(tu)材料、原子能(neng)反應堆燃料(liao)的稀釋劑、永(yǒng)磁材料添加(jia)劑以及電子(zi)工業中作吸(xī)氣劑等。
钪(Sc)
1879年(nian),瑞典的化學(xué)教授尼爾森(sen)(L.F.Nilson, 1840~1899)和克萊夫(P.T.Cleve, 1840~1905)差(chà)不多同時在(zài)稀有的礦物(wu)矽铍钇礦和(he)黑稀金礦中(zhōng)找到了一種(zhong)新元素。他們(men)給這一元素(sù)定名爲“Scandium”(钪),钪(kang)就是門捷列(lie)夫當初所預(yu)言的“類硼”元(yuán)素。他們的發(fa)現再次證明(ming)了元素周期(qi)律的正确性(xìng)和門捷列夫(fū)的遠見卓識(shí)。
钪比起钇和(hé)镧系元素來(lái),由于離子半(ban)徑特别小,氫(qing)氧化物的堿(jian)性也特别弱(ruo),因此,钪和稀(xī)土元素混在(zài)一起時,用氨(ān)(或極稀的堿(jian))處理,钪将首(shǒu)先析出,故應(ying)用“分級沉澱(diàn)”法可比較容(róng)易地把它從(cóng)稀土元素中(zhong)分離出來。另(ling)一種方法是(shi)利用硝酸鹽(yán)的分極分解(jie)進行分離,由(yóu)于硝酸钪最(zuì)容易分解,從(cong)而達到分離(li)的目的。
用電(diàn)解的方法可(ke)制得金屬钪(kang),在煉钪時将(jiāng)ScCl3、KCl、LiCl共熔,以熔融(róng)的鋅爲陰極(ji)電解之,使钪(kàng)在鋅極上析(xī)出,然後将鋅(xin)蒸去可得金(jin)屬钪。另外,在(zai)加工礦石生(shēng)産鈾、钍和镧(lán)系元素時易(yi)回收钪。鎢、錫(xī)礦中綜合回(huí)收伴生的钪(kang)也是钪的重(zhong)要來源之一(yi)。
钪在化合物(wu)中主要呈3價(jia)态,在空氣中(zhōng)容易氧化成(chéng)Sc2O3而失去金屬(shu)光澤變成暗(àn)灰色。
钪能與(yu)熱水作用放(fang)出氫,也易溶(róng)于酸,是一種(zhong)強還原劑。
钪(kàng)的氧化物及(ji)氫氧化物隻(zhi)顯堿性,但其(qí)鹽灰幾乎不(bu)能水解。钪的(de)氯化物爲白(bái)色結晶,易溶(róng)于水并能在(zài)空氣中潮解(jie)。
在冶金工業(ye)中,钪常用于(yú)制造合金(合(he)金的添加劑(ji)),以改善合金(jin)的強度、硬度(dù)和耐熱和性(xing)能。如,在鐵水(shuǐ)中加入少量(liang)的钪,可顯著(zhe)改善鑄鐵的(de)性能,少量的(de)钪加入鋁中(zhong),可改善其強(qiang)度和耐熱性(xing)。
在電子工業(ye)中,钪可用作(zuo)各種半導體(ti)器件,如钪的(de)亞硫酸鹽在(zài)半導體中的(de)應用已引起(qi)了國内外的(de)注意,含钪的(de)鐵氧體在計(jì)算機磁芯中(zhōng)也頗有前途(tu)。
在化學工業(ye)上,用钪化合(hé)物作酒精脫(tuō)氫及脫水劑(jì),生産乙烯和(hé)用廢鹽酸生(shēng)産氯時的高(gāo)效催化劑。
在(zài)玻璃工業中(zhōng),可以制造含(han)钪的特種玻(bo)璃。
在電光源(yuan)工業中,含钪(kang)和鈉制成的(de)钪鈉燈,具有(you)效率高和光(guāng)色正的優點(diǎn)。
自然界中钪(kang)均以45Sc形式存(cun)在,另外,钪還(hái)有9種放射性(xing)同位素,即40~44Sc和(he)46~49Sc。其中,46Sc作爲示(shi)蹤劑,已在化(huà)工、冶金及海(hǎi)洋學等方面(miàn)使用。在醫學(xue)上,國外還有(yǒu)人研究用46Sc來(lai)醫治癌症。钪(kang)的性質及用(yòng)途。
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