稀土元素的应用资料课件.ppt

1、稀土元素的应用稀土元素的应用稀土元素独特的物理化学性质为其广泛的应用提供了基础。随着科学的发展，对材料提出各种要求。稀土元素的应用从早期的主要利用它们的共性，扩展到利用单一稀土的特性，已深入到现代科技的各个领域。目前，稀土合金及化合物已成为发展现代尖端科技不可少的特殊材料。掺钕的 yvo4 晶体加入稀土元素钇(y)锯片添加少量镝(dy)的金属材料1添加少量镝(dy)的金属材料2永磁材料，添加少量镝（Dy）、铽（Tb）、铌（Nb）、等元素KONA KULA SUPREME 09KONA KULA SUPREME 09款顶级鈧合金越野竞技山地车架款顶级鈧合金越野竞技山地车架完美稀宝(稀土)植物营养

2、液加入稀土的彩色玻璃装饰品稀土元素铈可作催化剂、电弧电极、特种玻璃等。铈的合金耐高热，可以用来制造喷气推进器零件。爱国者”导弹的防空导弹能力，也来自于制导系统中大约4公斤的钐钴磁体和钕铁硼磁体。上图为钐钴磁体元件。在海湾战争中，加入稀土元素镧的夜视仪成为美军坦克压倒性优势的来源。上图为氯化镧粉末。1 1、稀土元素在传统产业领域中应用、稀土元素在传统产业领域中应用 农业领域：稀土作为植物的生长、生理调节剂，对农作物具有增产、改善品质和抗逆性三大特征；同时稀土属低毒物质，对人畜无害，对环境无污染；合理使用稀土，可使农作物增强抗旱、抗涝和抗倒伏能力。稀土元素可以提高植物的叶绿素含量，增强光合作用，促

3、进根系发育，增加根系对养分吸收。稀土还能促进种子萌发，提高种子发芽率，促进幼苗生长。冶金工业上的应用：（）净化钢液，提高强度。（稀土元素对S,O亲和力强，可起到净化钢液的作用。减少有害元素，改善钢的性能。如：提高抗热强度、抗腐蚀性能，减少表面缺损、裂纹，改善加工性能，消除热脆性等）（）提高球墨铸铁的耐磨耐腐蚀性。（因稀土加到铸铁中，使铸铁中的石墨成球状结构，使它们能深入到基体内部，石墨球间相互独立，器件表面不易剥落，寿命提高）（）生产稀土合金。（有色金属中加入稀土，生产稀土合金。该类合金高温抗氧化性能提高，材料的性能提高，加工工艺提高）电光源工业领域：稀土作为荧光灯的发光材料，是节能性的光源，

4、特点是光效好、光色好、寿命长。比白炽灯可节电7580%。在有色合金方面应用，对以有色金属为基的各种合金都有良好的作用，改善合金的物理和机械性能。应用最多的是铝、镁、铜三个系列。玻璃工业领域：稀土在玻璃工业中有三个应用：玻璃着色、玻璃脱色和制备特种性能的玻璃。用于玻璃着色的稀土氧化物有钕(粉红色并带有紫色光泽)、镨玻璃为绿色(制造滤光片)等；二氧化铈可将玻璃中呈黄绿色的二价铁氧化为三价而脱色，避免了过去使用砷氧化物的毒性，还可以加入氧化钕进行物理脱色；稀土特种玻璃如铈玻璃(防辐射玻璃)、镧玻璃(光学玻璃)。陶瓷工业领域：稀土可以加入陶瓷和瓷釉之中，减少釉和破裂并使其具有光泽。稀土更主要用做陶瓷的

5、颜料，由于稀土元素有未充满的4f电子，可以吸收或发射从紫外、可见到红外光区不同波长的光，发射每种光区的范围小，导致陶瓷的颜色更柔和、纯正，色调新颖，光洁度好。如黄色、紫罗兰色、绿色、桃红色、橙色、棕色、黑色等。稀土氧化物可以制造耐高温透明陶瓷(应用于激光等领域)、耐高温坩埚(冶金)。石油化工领域中的应用：（）石油裂化催化剂：稀土沸石催化剂用于石油裂化，可大大提高汽油柴油的收率，降低炼油成本。（）有机合成催化剂：稀土化合物可用于顺丁橡胶、异戊橡胶及合成氨工业的催化剂。（）汽车尾气燃烧催化剂：使汽车尾气中CO含量减小，有利于环境保护。稀土抛光粉：稀土抛光粉主要应用于电视玻壳、阴极射线管、显示屏、玻

6、璃光学仪器、集成线路板、眼镜片、光掩膜的抛光，它的最大传统市场是彩电阴极射线管。近年来，随着液晶平面显示技术、电子光学工业的不断发展，高性能稀土抛光粉在液晶显示屏、平面直角大屏幕彩电等平面显示产品、计算机、文字处理器以及汽车导航系 统、光掩膜、汽车工业等方面得到了广泛应用，尤其欧美、日本、韩国等发达国家和地区对用于液晶显示屏、大屏幕高清晰度彩电、光掩膜的高性能稀土抛光粉需求增加。玻璃脱色剂：CeO2，Nd2O3 CeO2可将玻璃中的Fe2+氧化Fe+而脱色。（玻璃有色是由于Fe2+吸收可见光，透过绿色光，使玻璃显绿色，人的眼睛对绿色敏感。若被氧化为Fe+，它的浅黄色可与Nd+的紫红色互补，使颜

7、色消失，同时人眼对浅黄色不敏感。轻纺工业的应用：毛线染色：稀土元素与染料中的N,O原子配位，使吸收峰向长波方向移动，颜色加深。因此，稀土染色，色泽浓艳，起到节约染料的作用。稀土锅：耐高温抗氧化，使用寿命长。医药工业的应用：稀土是有效的杀菌物。稀土化合物对于改善药物的性能、提高药效找到了新的途径。许多含稀土的化合物，可用于治疗各种肿瘤，结核病，麻风病，湿疹，关节炎，糖尿病等。2 2、稀土元素在高新技术产业中应用、稀土元素在高新技术产业中应用 显示器的发光材料：稀土元素中钇、铕是红色荧光粉的主要原料，广泛应用于彩色电视机、计算机及各种显示器。目前，我国年产彩电红粉300400吨，计算机显示器红粉5

8、0100吨，以满足国产3 500万支彩显管和近百万支显示器的需求。稀土发光激光材料：稀土元素具有未充满的4f电子使一些稀土离子在可见光区有类线性的吸收和发射光谱，可用于制备发光材料，电光原材料和激光材料。（）稀土荧光材料：彩色电视机红粉：Y2O2S:Eu 彩色电视机蓝粉：Mg2Al16O27:Ba,Eu;彩色电视机绿粉：LaF3:Yb,Er;（）稀土卤化物新型电光原材料：用于广场照明，摄影灯等。如：镝钬灯，钠钪灯等，体积小轻，亮度大。（）激光材料：Nd,Y稀土化合物是重要的固体激光器制作材料，这些激光材料在国防工业中得到了应用。储氢材料：稀土与过渡元素的金属间化合物MMNi5(MM为混合稀土金

9、属)和LaNi5是优良的吸氢材料，被称为氢海绵。其最为成功的应用是制造二次电池金属氢化物电池，即镍氢电池。其等体积充电容量是目前广泛使用的镍镉电池的2倍，充放电循环寿命和输出电压与镍镉电池一样，但没有了镉污染。纳米陶瓷：纳米陶瓷虽然还有许多关键技术需要解决，但是在显微结构中，晶粒、晶界及其结合都处于纳米级水平，晶粒的细化，晶界数量大幅度增加，使其室温和高温力学性能、抗弯强度、断裂韧性等大幅度提高，在切削刀具、轴承、汽车发动机部件等方面都有广泛用途；并在超高温、强腐蚀等苛刻的环境下起着其他材料不可替代 的作用；还对陶瓷的电学、热学、磁学、光学性能产生重要影响，为陶瓷的利用开拓了一个崭新领域。精密

10、陶瓷：氧化钇部分稳定的氧化镐是性能十分优异的结构陶瓷，可制作各种特殊用途的刀剪；可以制作汽车发动机，因其具有高导热、低膨胀系数、热稳定性能好、在1 650下工作强度不降低，导致发动机马力大、省燃料等优点。催化剂：稀土除用于制造石油裂化催化剂外，广泛应用于很多化学反应，如稀土氧化物LaO3、Nd2O3和Sm2O3用于环己烷脱氢制苯，用LnCoO3代替铂催化氧化氨制硝酸。并在合成异戊橡胶、顺丁橡胶的生产中作为催化剂。航空航天领域：稀土材料由于其独特的耐高温、硬度高等性能正日益受到广泛关注。如La与B组成的化合物LaB6具有耐高温性能，可以用作航空飞机中耐高温喷嘴材料。此外，由于LaB6还具有电阻恒

11、定、抗热辐射性好、耐离子轰击性好等许多特殊性能，因此在真空或氮气氛围条件下用LaB6作阴极材料时，可为军工、航空航天等高科技领域提供纯度接近于100%的单一硼离子，形成强大而且稳定的离子源。稀土磁性材料 稀土磁性材料包括稀土永磁材料、稀土磁致伸缩材料、稀土磁光材料、稀土巨磁阻材料和磁致冷材料等。磁性材料：钕、钐、镨、镝等是制造现代超级永磁材料的主要原料，其磁性高出普通永磁材料410倍，广泛应用于电视机、电声、医疗设备、磁悬浮列车及军事工业等高新技术领域。稀土磁致冷材料 磁致冷材料是用于磁致冷系统的具有磁热效应的物质。磁致冷首先是给磁体加磁场，使磁矩按磁场方向整齐排列，然后再撤去磁场，使磁矩的方

12、向变得杂乱，这时磁体从周围吸收热量，通过热交换使周围环境的温度降低，达到致冷的目的。磁致冷材料是指用于磁致冷系统的具有磁热效应的一类材料，磁致冷材料是磁致冷机的核心部分，即一般称谓的制冷剂或制冷工质。低温磁致冷所使用的磁致冷材料主要是稀土石榴石单晶。磁致冷是使用无害、无环境污染的稀土材料作为制冷工质，若取代目前使用氟里昂制冷剂的冷冻机、电冰箱、冰柜及空调器等，可以消除由于生产和使用氟里昂类制冷剂所造成的环境污染和大气臭氧层的破坏，因而能保护人类的生存环境，具有显著的环境和社会效益。稀土特种玻璃：镧玻璃具有高折射、低色散的良好光学稳定性，广泛应用于各种透镜和镜头材料。铈玻璃在核辐射下保持透明、不

13、变暗的特点，可用作防辐射材料及电视工业中。钕玻璃可以制成很大的尺寸，是巨大功率激光装置的激光材料。激光材料：稀土离子是固体激光材料和无机液体激光材料的最主要的激活剂，其中以掺Nd3+的激光材料研究得最多，除钇铝石榴石(YAG)、铝酸钇(YAP)玻璃等基质外，高稀土浓度激光材料可能称为特殊应用的材料。核反应堆工业材料：（）核 反 应 堆 控 制 材 料：Sm,Eu,Gd,La具有高的热中子捕获截面，可吸收中子，控制核反应的速度，作控制材料。（）核反应堆结构材料:Y合金可做核反应堆结构材料，改善核反应堆结构材料的机械性能。稀土核材料：稀土金属由于具有不同的热中子俘获截面和许多其他特殊性能，使其在核

14、工业中也得到了广泛的应用。如铕具有最佳的核性能，一些稀土氧化物、硫化物可以用作耐高辐射坩埚用于熔炼金属等，铈玻璃抗辐射性能好，已广泛应用于放射性极强的操作环境中等。汽车尾气需要将CHX、CO氧化，对NOX进行还原处理，以解决目前城市空气污染问题。稀土元素是汽车尾气净化催化剂的主要原料。我市化工研究院在这方面有很强的优势，可推动形成一个汽车尾气净化器产品。高温超导材料：近几年研究表明，许多单一稀土氧化物及其某些混合稀土氧化物是高温超导材料的重要原料。一旦高温超导材料进入实用，整个世界将起翻天覆地的变化。目前，我国在稀土超导材料的成材研究方面取得了有意义的突破。3 3 稀土在有色金属中的应用稀土在

15、有色金属中的应用（1）稀 土 在 铝 电 线、电 缆 中 的 应 用 目前我国的稀土铝导线主要有高强度稀土铝合金电缆，成份为Al-Mg-Si-RE，用于高压输电线路，它的抗拉强度达到26g/mm2，弧垂性能和弯曲性能好，使用寿命长。高导电铝电线，成份为Al-RE，稀土的加入量为0.150.3%。在较高温度下（150）使用的高导电稀土铝导线其成份为Al-Zr-RE，其载流量为纯铝线的1.62.0倍，用作大电流导线。（2）6063稀土铝合金及应用 这是一种最常用的变形合金，多用于工业和民用建筑，其成份（%）为Mg0.670.70，Si0.450.48，Fe0.200.21，余为铝。在该合金熔炼过程

16、中加入0.200.25%的稀土金属，抗拉强度提高24%，挤压速度提高0.5倍，成材率提高3%，并改善了表面质量。增加了耐蚀性和着色性。另外还有添加稀土的Al-Si-M(M=Cu,Mg,Mn)合金用于制造汽缸缸体和活塞。（3）稀土锌铝热镀合金 为防止钢材腐蚀，通常用Zn-Al热镀合金（Galfan）比镀锌具有更好的加工成形性和耐腐蚀性，但锌耗较高，耐蚀性也有待改善。近年Zn-Al-Mg-RE热镀合金开发成功并投入生产。这种稀土热镀合金的流动性、耐蚀性、镀层的形成性能都优于锌和Zn-Al合金。（4）稀土硬质合金 硬质合金用于金属切削、钻头、模具等方面，其硬度大、强度高，但抗弯性差、易打损。稀土添加剂同粘结剂与硬质相WC、TiC一起球磨钛，制备硬质合金原料粉，再经压型烧结工艺过程生产的硬质合金，抗弯强度提高约15%，硬度提高0.5RHA，使用寿命提高一倍以上。（5）稀土镁合金 稀土镁合金比强度高，对减轻飞机重量，提高战术性能具有广泛的应用前景。中国航空工业总公司研制的稀土镁合金包括铸造镁合金及变形镁合金约有10个牌号，很多牌号已用于生产，质量稳定。稀土元素在镁合金中溶解度大，因而有明显的热处理强化作用。在铸造和变型镁合金中加入金属钕、钇显著地提高强度和工艺性能。