稀土金属元素包括哪些(稀土金属的用途)

稀土也被称为稀土金属或稀土氧化物或镧系，是一组17种银白色软重金属，分别为：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)、钪(Sc)、钇(Y)。

稀土金属是绿色经济的关键组成部分，稀土矿藏的开采越来越重要和有价值。它们对混合动力汽车、风力涡轮机和许多其他绿色科技创新至关重要。

“稀土”金属并不像听起来那么稀有——事实上，你现在可能正在使用其中的一些。它们是各种日常设备的关键，从平板电脑和电视到混合动力汽车和风力涡轮机，所以知道几种实际上很常见可能是令人鼓舞的。例如，铈是地球上第25丰富的元素。

那么为什么它们被称为“稀土”呢? 这个名字暗示了它们难以捉摸的性质，因为这17种元素很少以纯的形式存在。相反，它们会与地下的其他矿物扩散混合，使其开采成本高昂。

不幸的是，这并不是它们唯一的缺点。稀土的开采和提炼造成了环境的混乱，导致大多数国家忽视了自己的储备，即使需求飙升。自20世纪90年代初以来，中国一直是主要的例外，它愿意集中开采稀土，并处理其酸性、放射性副产品，从而主导了全球贸易。这就是为什么尽管美国拥有大量的稀土储量，但其92%的稀土仍然来自中国。

在中国开始收紧对稀土的控制之前，这并不是一个问题。中国于1999年首次实施贸易限制，从2005年到2009年，其出口萎缩了20%。2010年，由于与日本的争端，稀土出口急剧下跌，挤压了全球供应，在随后的几年里，稀土出口进一步下跌。

根据美国地质调查局的数据，2019年，中国占稀土进口量的80%。但最近，美国政府和能源部在制定雄心勃勃的气候和技术政策时，将稀土列为国内供应链的重点。

但是是什么让稀土如此独特呢? 想知道这些和其他问题的答案，请查看以下对这17种神秘金属的介绍。

01 稀土主要来自哪里？

据bp能源统计年鉴，2021年，世界稀土金属矿的产量284.5千吨，比2020年增长15.6%。其中产量排前3名是中国、美国和澳大利亚，分别占世界总量59.0%、15.1%和7.9%。

截至2021年底，世界稀土金属矿的储量123309千吨。其中储量排前3名是中国、巴西和俄罗斯，分别占世界总量的35.7%、17.0%和15.7%。

根据美国地质调查局的最新数据，以下是2022年稀土开采最多的10个国家。其中中国21万吨、美国4.3万吨、澳大利亚1.8万吨。

02 稀土金属具有什么特殊作用？

稀土的吸引力很大程度上在于它们能够执行一些不为人知的、高度特殊的任务。例如，铕为电视和电脑显示器提供红色荧光粉，目前还没有已知的替代品。根据美国地质调查局的数据，铈同样统治着玻璃抛光行业，“几乎所有的抛光玻璃产品”都依赖于它。

永磁体是稀土的另一个重要用途。它们的重量轻，磁性强，使各种电子部件小型化成为可能，包括许多用于家用电器、音频/视频设备、计算机，汽车和军事装备。如果没有稀土磁体，像小型、千兆字节的快速驱动器和DVD驱动器这样的创新可能就不会存在。稀土磁体通常由钕合金制成，但也可能含有镨、钐、钆或镝。

虽然生产稀土会造成一系列环境问题，但它们也有环保的一面。它们对催化转化器、混合动力汽车、风力涡轮机，以及节能荧光灯和磁制冷系统都至关重要。它们的低毒性也是一个优势，因为镧-镍氢电池正在慢慢取代使用镉或铅的老式电池。由镧或铈制成的红色颜料也在逐步淘汰含有各种毒素的染料。

03 稀土对环境有什么负面影响？

许多绿色技术都依赖于稀土，但具有讽刺意味的是，稀土生产商长期以来一直在破坏环境以获取这些金属。像许多加工矿石的行业一样，它们最终会产生被称为“尾矿”的有毒副产品，这些副产品可能被放射性铀和钍污染。在一些稀土生产国，这些尾矿经常被倾倒到“稀土湖”中，造成一长串不良影响。

但或许有一种方法可以减少对新采矿的需求:稀土回收。中国的出口政策促使一些日本公司回收稀土，比如三菱(Mitsubishi)，该公司正在研究从洗衣机和空调中回收钕和镝的成本。日立公司每年使用多达600吨稀土，计划回收以满足其10%的需求。联合国最近还启动了一个追踪废弃“电子垃圾”的项目，比如手机和电视，希望不仅能促进稀土的回收，还能促进金、银和铜的回收。然而，在这些项目更具成本效益之前，美国和其他国家几乎肯定会继续测试地球到底有多稀有以及有多安全。

04 稀土金属的主要应用在哪里？

以下是17种稀土元素的一些使用方法:

1）钪: 添加到汞蒸气灯中，使其光线看起来更像阳光。也用于某些类型的运动器材-包括铝棒球棒，自行车框架和曲棍球棒以及燃料电池。

2）钇: 在许多电视显像管中产生颜色。还可以传导微波和声能，模拟钻石宝石，增强陶瓷、玻璃、铝合金和镁合金等用途。

3）镧: 用来制造碳弧灯的几种稀土之一，电影和电视行业用碳弧灯作为演播室和放映机的灯。也存在于电池、点烟器燧石和照相机镜头等特殊类型的玻璃中。

4）铈: 分布最广的稀土金属。用于催化转化器和柴油燃料，以减少车辆的一氧化碳排放。也用于碳弧灯、打火机燧石、玻璃抛光机和自洁烤箱。

5）镨:主要用作镁的合金剂，用来制造飞机发动机用的高强度金属。也可用作光纤电缆中的信号放大器以及制造焊工护目镜的硬玻璃。

6）钕:主要用于制造强力钕磁铁，用于电脑硬盘、风力涡轮机、混合动力汽车、耳塞耳机和麦克风。也用于给玻璃上色，制造打火机燧石和焊工的护目镜。

7）钷: 在地球上不会自然产生; 必须通过铀裂变人工生产。添加到某些发光涂料和核动力微电池中，可用于便携式x射线设备。

8）钐: 与钴混合制成永磁体，是所有已知材料中抗退磁能力最强的。对制造“智能”导弹至关重要; 也用于碳弧灯、打火机燧石和某些类型的玻璃。

9）铕: 所有稀土金属中最活泼的。几十年来，它一直被用作电视机上的红色荧光粉，最近也被用于电脑显示器、荧光灯和某些类型的激光器上，但除此之外，它几乎没有商业应用。

10）钆:用于核电厂的一些控制棒。也用于医疗应用，如磁共振成像(MRI)，并在工业上改善铁，铬和各种其他金属的可加工性。

11）铽:用于一些固态技术，从先进的声纳系统到小型电子传感器，以及在高温下工作的燃料电池。也产生激光光和绿色荧光粉的电视管。

12）镝:用于核电厂的一些控制棒。也用于某些类型的激光器、高强度照明，并提高高功率永磁体的矫顽力，如混合动力汽车中发现的那些应用。

13）钬:在所有已知元素中具有最高的磁性强度，使其在工业磁铁和一些核控制棒中非常有用。也用于固态激光器和帮助立方氧化锆和某些类型的玻璃着色。

14）铒:用作照相滤光片和光纤电缆中的信号放大器(又名“掺杂剂”)。也用于一些核控制棒、金属合金以及为太阳镜和廉价珠宝中的专用玻璃和瓷器着色。

15）铥:自然界中最稀有的稀土金属。虽然它在一些手术激光中使用，但很少有商业应用。在核反应堆中暴露于辐射后，它也被用于便携式x射线技术。

16）镱:用于一些便携式x射线设备，但其他方面的商业用途有限。在其特殊应用中，它被用于某些类型的激光器，地震应力计，以及光纤电缆中的掺杂剂。

17）镥:主要局限于特殊用途，如计算陨石的年龄或进行正电子发射断层扫描(PET)扫描。也被用作炼油厂“裂解”石油产品过程的催化剂。