02 應用稀土的应用 2.001

稀土的应用

学习使用稀土元素

在美国寻找铀来源的探索导致了内华达州边境附近加利福尼亚州莫哈韦沙漠的山口矿的开发。虽然该矿的铀和钍矿床没有被证明是有用的，但它的稀土元素矿床却有用。在 1950 年代初期，矿山和分离厂提取了铕，用于为新开发的彩色电视技术生产红色荧光粉。后来的生产扩展到包括铈、镧、钕和镨。

冷战期间（1945 年至 1991 年）美国和苏联之间的军备竞赛导致政府资助的许多领域的研发大幅增加，包括稀土元素。美国空军研究人员在 1960 年代开发了钐-钴磁体。这种材料即使在非常热的情况下也能保持其强大的磁性，从而使更强大的雷达仪器成为可能。苏联冶金学家在 1980 年代使用钪使铝变得更坚固、更轻，从而提高了 MiG-29 战斗机的性能。激光研究促成了用于激光测距仪或制导武器目标指示器的钇-铝石榴石激光器的开发。

企业和工业研究为使用稀土元素的消费者创造了新产品。 1970 年代和 1980 年代的电池研究导致了镍氢电池的发展，该电池使用镧和钕。这些电池可以反复充电，同时相对于它们的体积（大小）保持大量能量。它们在 1990 年代开始流行用于便携式电子产品，例如摄像机，并广泛用于混合动力汽车，例如 2001 年发布的丰田普锐斯。通用汽车的研究人员获得了专利钕-铁硼磁铁在 1980 年代创建了一家名为 Magnequench 的公司，该公司生产重量轻、功能强大、永磁体用于电动车窗和门锁、挡风玻璃刮水器电机和电动发动机启动器。随着 1990 年代个人电脑在美国家庭和办公室中的普及，麦格昆磁很快在销售用于计算机硬盘的微型磁铁方面找到了一个有价值的市场。

在 1990 年代和 2000 年代，稀土元素在电子产品中的使用有所扩大。 1990 年代初期，贝尔实验室开发了掺铒光纤放大器来增强光纤电缆中的信号。这些小型设备使长光纤电缆的全球网络成为可能，从而降低了长途电话的价格，现在可以在世界各地传输互联网数据。 2008 年第一款 iPhone 的发布显示了稀土冶金和应用领域的进步。智能手机使用镧来减少微型玻璃相机镜头的失真，使用钕磁铁来改善微型扬声器的声音，以及钇和铒荧光粉可在节能屏幕中产生鲜艳的色彩。

今天，我们更加依赖稀土元素。定义 21 世纪初的许多电子设备和技术应用都是稀土元素独特化学性质的产物。混合动力汽车、可充电电池、风力涡轮机、手机、平板显示面板、荧光灯泡、笔记本电脑、磁盘驱动器、激光器、催化转换器——所有这些都依赖于稀土元素组件。目前，稀土元素最高价值的商业应用是用于制造强大的永磁体（镨和钕是该过程中使用的主要稀土元素，加上少量的镝和铽）。这些磁铁可用于电动机以产生更大的功率和扭矩，这意味着电动机和发动机可以大大减小重量并减轻重量。随着石油和天然气储量的枯竭，混合动力发动机承担了更大的能源负担，我们对稀土元素的依赖将会增加。已经做出了过多的政治承诺，在某些方面需要部署包括稀土元素在内的技术。稀土元素磁铁还可以使硬盘驱动器小型化，例如移动设备中的硬盘驱动器。

大多数节能照明和显示面板都需要稀土元素——主要是铕、铽和钇——作为磷化合物。这是一个非常强劲的增长领域； LED屏幕等制造商构成第二大商业稀土市场。还有许多其他应用程序。用于混合动力汽车和无数其他电子产品的镍氢 (NiMH) 可充电电池采用混合稀土元素合金（主要是镧）。催化转化器使用铈作为催化剂的一部分，将 NOx 转化为无害的氮、氧和有毒的 CO 转化为 CO2。稀土元素——通常是镧——也存在于流体裂化催化剂中，越来越多地用于石化工业以提高精炼过程的效率。

元素	应用
钪	用于航空航天工业的金属合金。
钇	陶瓷、金属合金、激光、燃油效率、卫星工业的微波通信、彩色电视机、电脑显示器、温度传感器。国防部在目标和武器系统以及通信设备中使用。根据预计的供应风险和对清洁能源技术的重要性，美国能源部将其定义为在短期和中期至关重要。
镧	电池、炼油催化剂、电动汽车电池、高科技数码相机、摄像机、笔记本电脑电池、X 射线胶片、激光。国防部在通信设备中使用。根据预计的供应风险和对清洁能源技术的重要性，美国能源部将其定义为短期内接近临界。
铈	催化剂、抛光剂、金属合金、镜片抛光剂（用于玻璃、电视面板、镜子、光学玻璃、硅微处理器和磁盘驱动器）。根据预计的供应风险和对清洁能源技术的重要性，美国能源部将其定义为短期内接近临界。
镨	改善磁铁耐腐蚀性、颜料、探照灯、机场信号镜头、摄影滤镜。国防部在制导和控制系统以及电动机中使用。
钕	用于笔记本电脑、激光器、流体压裂催化剂的高功率磁铁。国防部在制导和控制系统、电动机和通信设备中使用。根据预计的供应风险和对清洁能源技术的重要性，美国能源部将其定义为在短期和中期至关重要。
钷	β辐射源，流体压裂催化剂。
钐	高温磁铁，反应堆控制棒。国防部在制导和控制系统以及电动机中使用。
铕	液晶显示器 (LCD)、荧光灯、玻璃添加剂。国防部在目标和武器系统以及通信设备中使用。根据预计的供应风险和对清洁能源技术的重要性，美国能源部将其定义为在短期和中期至关重要。
钆	磁共振成像造影剂、玻璃添加剂。
铽	用于照明和显示的荧光粉。国防部在制导和控制系统、目标和武器系统以及电动机中使用。根据预计的供应风险和对清洁能源技术的重要性，美国能源部将其定义为在短期和中期至关重要。
镝	大功率磁铁，激光。国防部在制导和控制系统以及电动机中使用。根据预计的供应风险和对清洁能源技术的重要性，美国能源部将其定义为在短期和中期至关重要
钬	已知功率最高的磁铁。
铒	激光，玻璃着色剂。
铥	大功率磁铁。
镱	光纤技术、太阳能电池板、合金（不锈钢）、激光器、便携式 X 射线装置的辐射源。
镏	X 射线荧光粉。