稀土元素

商业上最重要的 稀土元素 矿床与岩浆过程有关，在碱性火成岩和碳酸盐岩中发现或与之相关。 命名不当，稀土元素的地球化学特性意味着它们并不经常集中在经济可开采的矿床中，并且被认为是“稀有”的，尽管我们现在知道得更清楚了。

最初——以及随后的 150 年——对 稀土元素 的兴趣几乎纯粹是学术性的。 新元素似乎很少有商业或工业应用。 事实上，从矿石中提取它们的成本太高，在工业规模上不可行。 然而，自 20 世纪中叶以来，稀土元素独特的化学特性导致它们在广泛的技术应用中得到广泛应用——并且不可避免地，它们的经济价值大幅飙升。

期限 稀土 1788 年，瑞典伊特比的一位矿工发现了一块不寻常的黑色岩石，因此创造了这个词。这种矿石被称为“稀有”，因为它以前从未见过，而“地球”是因为这是 18 世纪岩石的地质术语。 能溶于酸。 1794 年，化学家约翰·加多林（Johan Gadolin）以发现它的城镇的名字命名了这个以前不为人知的“地球”氧化钇。 随着时间的推移，伊特比周围的矿山开采出的岩石产生了四种以该镇命名的元素（钇、镱、铽、 铒）。

对于 19 世纪的欧洲化学家来说，识别新元素是一项享有盛誉但颇具争议的活动。 Jöns Jacob Berzelius 分离并命名 1803年铈和1828年钍。1839年瑞典化学家Carl Gustaf Mosander开始系统地分析混合稀土，发现并命名了镧 、铒和铽。 在 19 世纪下半叶，化学家 Gustav Kirchhoff 和 Robert Bunsen 开发了光谱学作为一种通过检查光谱来识别元素的技术。 稀土化学的巨大挑战——无论是当时还是现在——都是寻找分离它们的方法。

1880 年，卡尔·奥尔·冯·韦尔斯巴赫在德国海德堡大学是本生灯的发明者罗伯特·本生的学生。在那里，韦尔斯巴赫开始研究稀土元素。 作为一名熟练的实验室化学家，他证明了当时被认为是一种元素的镨实际上是两种稀土元素的合金，他将其命名为 钕和镨。 随着 Welsbach 将注意力转向工业问题，他成为第一个开发稀土元素商业用途的人。

他认识到稀土元素的白炽特性可能是有用的。 （“白炽灯”描述了加热材料时发出的可见光辉光。）Welsbach 开发了一种气体罩（灯），使用的白炽灯材料可以产生明亮的光线，并且可以大量生产。 到 1935 年，已经生产了超过 50 亿个灯罩，但这项发明带来了问题：灯难以点亮，生产后留下的稀土废料堆容易着火。 Welsbach 找到了一种将这些稀土废料与铁合金或混合的方法，制造出一种“燧石”，撞击时会产生火花，他将其命名为 ferrocerium。 这种材料广泛用于打火机，以及汽车的点火装置。 供应这些稀土元素的矿石主要来自巴西、印度和北卡罗来纳州（美国），从而创造了稀土元素的第一次国际贸易。

稀土是关键材料，是现代社会许多重要产品的必需品。 在以下趋势的推动下，预计未来几年对稀土的需求将强劲增长：

• 向更多可再生能源过渡
• 消费电子技术的进步
• 低排放技术概念
• 汽车和未来移动趋势的演变

稀土在清洁能源技术、汽车技术和消费电子产品等关键增长市场中支持并促进磁性、光学、催化和电子应用。 此外，到 2025 年及以后，炼油、医疗保健、照明、工业、航空航天和机器人行业预计将对全球稀土需求做出重大贡献。

日本人称它们为“技术的种子”。 美国能源部称它们为“科技金属”。 它们使我们今天生活的高科技世界成为可能——从电子产品的小型化到启用绿色能源和医疗技术，再到支持无数重要的电信和防御系统。 由于其独特的磁性、磷光和催化特性，它们是我们技术世界不可替代的元素。

稀土元素在地壳中相对丰富，铈是第 25 位最丰富的元素，含量为百万分之 68。 这使它与铜一样丰富。 由于它们的地球化学特性，稀土元素通常是分散的。 这意味着它们通常不会在足够集中的集群中被发现，以使它们可以开采。 正是这些矿物的稀缺性导致它们被称为稀土。

化学上，稀土是强还原剂。 它们的化合物通常是离子的并且它们显示出高熔点和沸点。 稀土处于金属状态时相对较软，而原子序数较高的稀土往往较硬。 稀土与其他金属和非金属元素反应形成化合物，每种化合物都具有特定的化学行为。 这使得它们在许多电子、光学、磁性和催化应用中不可或缺且不可替代。 稀土化合物在紫外光下通常会发出荧光，这有助于对其进行识别。 稀土还与水或稀酸反应产生氢气。

随着 20 世纪原子物理学的进步，稀土元素具有了新的科学和地缘政治重要性。

将稀土元素从矿石中分离出来以及从另一种矿石中分离出来的挑战使得人们不清楚可能有多少稀土元素。 1913 年，英国物理学家亨利·莫斯利（Henry Moseley）使用 X 射线光谱确定镧系元素（原子序数 57 到 71）中有 15 种元素。