稀土元素的应用

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稀土元素的应用

2016-12-14 作者: xuzhiping 浏览: 1756 次

摘要: 火柴的发明曾给人类使用火带来了极大的方便安全,火柴诞生(1855年)半个世纪以后,奥地利人芬代斯尔根据古代人“打石取火”的原理,研制出了世界上第一个打火机。它的使用十分方便,只要用手指一按,“嚓”的一声,钢轮摩擦“火石”溉射出火花,就可点着“灯芯”。 打火机的...

火柴的发明曾给人类使用火带来了极大的方便安全,火柴诞生(1855年)半个世纪以后,奥地利人芬代斯尔根据古代人“打石取火”的原理,研制出了世界上第一个打火机。它的使用十分方便,只要用手指一按,“嚓”的一声,钢轮摩擦“火石”溉射出火花,就可点着“灯芯”。

打火机的心脏是“火石”,它是稀土元素的“杰作”。火石一般由70%的稀土元素(主要是镧和铈)和30%的铁铬铜合金组成,其中的镧是比较活泼的金属,它在空气中摩擦或打击后就会发生火花,而铈的着火点则很低,在160°C左右就会自动氧化燃烧。因此,当钢轮摩擦“火石”时,摩擦所产生的热和镧、铈的微粒就会变成火花飞出,从而点燃吸有汽油的棉芯或可燃性气体(如丙烷、丁烷等)。

稀土元素用于制造“火石”实为小事一桩,大量的稀土元素主要用于冶金工业。通常把多种稀土元素(45%~50%的铈,22%~25%的镧,18%的钕和5%的镨,1%的钐以及少量其他稀土元素)制成“混合金属”,用做强还原剂。在难熔金属或合金中加入适量的“混合金属”,即可除去硫和氧,并且改进合金的性质(增强机械强度,改善延展性,增强在高温下的抗氧化性以及其他有关特性)。例如,在镁的合金中加入3%的“混合金属”和1%的金属锆,可以明显提高合金的机械强度及耐热性,适于制造喷气发动机和火箭推进器;在铸铁中加入少量的“混合金属”后可以代替镁作为“球化剂”,用于制造球墨铸铁。

一些稀土合金还有特殊的优良性能。如钐钴合金的铁磁性能要比普通的铁磁体高20倍;钕铁硼合金则是新一代的永磁材料。钆、钐、铕等稀土金属还具有高超的吸收热中子的能力,因此它们的合金常用做原子核反应堆核燃料裂变反应的控制与防护材料。金属铥在受到中子轰击时能够发出X-射线,因此可用它制造轻便的X-光发射机。

稀土元素的化合物还是生产特种玻璃和陶瓷的重要原料。例如,将1%的三氧化二铈加入玻璃中,可制成低散射、高折射的光学玻璃,用于生产精密的光学元件和内窥镜中的光导纤维。还有一些稀土元素的氧化物是玻璃的着色剂。例如:钦的氧化物可使玻璃显红色,镨的氧化物则使玻璃显绿色;将铈和钒的氧化物加人玻璃后制得的玻璃在阳光下可由绿色转变为红色。

在用于制作陶瓷的彩釉中加入稀土元素化合物,可使陶瓷制品的色彩更加鲜艳、明亮照人。例如,将氧化钦加入瓷釉中可制成“变色釉”。陶瓷上了这种釉后,在普通阳光下呈现浅紫色至深紫色,而在钠灯下显橙红色,在水银灯下则显苹果绿色、天青色。

钕和铕的氧化物还具有激光的活性。将氧化钕加人钇铝石榴石中可使平行光汇聚成强大的光束,它是制造大功率激光器的关键材料。

彩色电视的色彩是利用红、绿、蓝三基色原理合成的,因此它的荧光屏由三种荧光物质的微粒镶嵌而成。其中在电子轰击下发出红光的荧光物质就是钇和铕的氧化物,发绿光的是硫化镉铜,发蓝光的则是硫化锌银。

不少稀土元素还具有催化活性,因此可以作为催化剂使用。例如:金属钪、混合稀土的氯化物和磷酸铈等都是常用的催化剂

在环境保护方面,处理含磷的污水一直是个难题。例如:用钙盐沉淀磷酸必须加入过量的氧化钙,用铝或铁盐沉淀磷酸根一般只适用于酸性(pH接近4)条件下,而清除洗涤废水中的三聚磷酸则更加困难。但是如果使用稀土化合物(如硝酸镧)处理含磷废水,则既方便又彻底。据测定,在PH=6时,硝酸镧可使98%的磷酸根沉淀;在pH=8时,硝酸镧可使99.9%的磷酸根沉淀。

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