稀土金屬的綜合利用
化學(xué)先生 / 2019-05-18
如果你有打火機(jī)，只要用大拇指把打火機(jī)上的可動(dòng)部分一按，“味嚓”一聲，小轉(zhuǎn)輪底下進(jìn)出了火花，就把汽油燈芯或可燃?xì)怏w給點(diǎn)著了。
打火機(jī)打火，關(guān)鍵在于金剛砂轉(zhuǎn)輪底下的那一小塊打火石。打火石不是普通的石頭，而是一種稍加摩擦或打就很容易氧化并發(fā)火燃燒的金屬，是一種用鋼、等稀土金屬與鐵的合金制成的。這種發(fā)火合金現(xiàn)在已被廣泛地應(yīng)用到曳光彈子彈和點(diǎn)火裝置以及其他軍事設(shè)施上。
講到稀土金屬，前面已經(jīng)說過成員可真不少，總共17個(gè)，被稱為“稀土十七姊妹”。
稀土金屬大都有一副樸素的銀灰色的外表，只有少數(shù)幾種呈淡黃色或淺藍(lán)色。它們的外貌相像，化學(xué)性質(zhì)相似，所以在礦物中經(jīng)常共生在一起，只有鈧是例外。從1794年芬蘭人加多林在1種不尋常的黑色礦石一一硅鈹釔礦中分離出第一種稀土金屬釔，到1947年美國(guó)人馬林斯基等從鈾的裂變產(chǎn)物中找到钷，其間經(jīng)歷150多年，才終于把稀土家族的全部成員找齊。
從發(fā)現(xiàn)到應(yīng)用還有一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期。釔、鈰、等少數(shù)幾種稀土金屬到20世紀(jì)50年代，其余多數(shù)稀土金屬到20世紀(jì)60年代，才開始進(jìn)行工業(yè)性生產(chǎn)。即使到今天，我們還很少有機(jī)會(huì)看到單一的純稀土金屬。工業(yè)上往往直接利用混合稀土金屬，也就是包含有多種稀土金屬的合金。
稀土金屬的用途日廣，用量增大，越來越成為我們生產(chǎn)和生活中的得力助手。
稀土十七姊妹”的化學(xué)性質(zhì)活浚，幾乎能同所有的元素起作用。在電真空技術(shù)中，混合稀土金屬和鋁、釷的合金用作電子管的消氣劑，清除里面的殘余氣體，提高電子管的真空質(zhì)量。
稀土金屬的光譜非常豐富，而且能量分布均勻，可以得到強(qiáng)度很高、顏色非常勻稱的弧光。電器工業(yè)用稀土金屬的各種氟化物(主要是氟化鈰)制造碳弧電極，用到探照燈、弧光燈和彩色電視等方面，燈的亮度增強(qiáng)，發(fā)光時(shí)間持久。
稀土金屬的化合物是極重要的發(fā)光材料。它們以某種方式吸收外界的能量，然后把它轉(zhuǎn)化成為光發(fā)射出來。單一的高純稀土氧化物如氧化釔、氧化、氧化、氧化、氧化鋱等，可以制成各種熒光體，廣泛應(yīng)用到彩色電視機(jī)、彩色和黑白大屏幕投影電視、航空顯示器、X射線增感屏等方面，同時(shí)也可用來制作超短余輝材料、各種燈用熒光粉等。
日光燈是于家萬戶不可缺少的光源，它省電，發(fā)光效率高，但也有不足，主要是顯色性差，燈光下看物體白淡淡的。如果采用稀土三基色(紅、綠藍(lán))熒光粉，并按一定配比涂在燈管上，那么發(fā)光效率就可以更高，節(jié)電25％，而且顯色性好，能夠充分顯示被照物體的本來顏色，光線柔和，對(duì)保護(hù)視力也大有好處。
一臺(tái)彩色電視機(jī)就用上了五種稀土金屬:電視機(jī)的玻殼里含有氧化敏，玻殼要用氧化釹拋光，氧化鈧被用作彩色顯像管里電子槍上的陰極，熒光屏上的紅色熒光粉是釔和銷的氧化物。這種熒光粉的發(fā)光效率高，色彩鮮艷穩(wěn)定，能使圖像亮度增強(qiáng)40％。
此外，稀土發(fā)光材料還被用做投影電視白色熒光粉、超短余解輝熒光粉其他各種燈用熒光粉、X射線增感屏用熒光粉等。用于X射線增感屏的稀土熒光粉，可使增感倍數(shù)達(dá)到5倍之多，這不僅大大降低了X射線劑量，減少了它對(duì)人體的危害，而且還能節(jié)約能源，延長(zhǎng)X射線管的使用壽命，有利于有關(guān)設(shè)備的小型化。
人們從60年代起就開始認(rèn)識(shí)到稀土金屬的催化性能。裂化是石油的化學(xué)加工過程，目的是把石油的大分子裂解成更多的小分子，也就是以重質(zhì)油品為原料，制得較輕較貴重的油品(如汽油)。這個(gè)過程在催化劑的作用下可以進(jìn)行得更快更有效。過去石油催化裂化都用合成硅酸鋁作催化劑，1962年，人們研制出一種稀土分子篩催化劑來逐步代替它，與原來的催化劑相比，稀士分子篩催化劑的活性高，壽命長(zhǎng)，處理能力提高24％，汽油產(chǎn)率增長(zhǎng)13％，還能改善所產(chǎn)汽油的質(zhì)量。
直到現(xiàn)在，石油化工仍然是稀土金屬的主要用戶之一。除了把鈰族混合稀土氯化物和富銅稀土氯化物制備的微球分子篩，用于石油的催化裂化過程外，稀土催化還可以用到其他各個(gè)方面，比如硫酸鈰是氧化一氧化硫的催化劑，氯化鈰是聚酯生產(chǎn)的催化劑，硝酸鈰是合成耐綸、人造羊毛的催化劑。一種稀土金屬錯(cuò)、敏的催化劑已用到合成橡膠的生產(chǎn)上，化肥生產(chǎn)過程中也要用到稀土催化劑。
近些年來，稀土金屬還在消除公害、防止污染方面初顯身手。比如，稀土化合物可以用來有效地清除工業(yè)廢水里的磷酸鹽、氟化物等雜質(zhì)。某些稀土金屬與另外一些金屬的復(fù)合氧化物，可以用于凈化氣體，一個(gè)典型的例子是把例銅錳氧化物制成催化劑，用到汽車排氣系統(tǒng)中，它能催化一氧化碳和碳?xì)浠衔镌谳^高溫度下氧化，變成二氧化碳和水，使一輛汽車即使行駛?cè)f里也不冒一縷黑煙，既減輕了大氣污染，又節(jié)省了汽油消耗。
在油漆、顏料、紡織、化學(xué)試劑、照相藥品等生產(chǎn)部門，稀土金屬的化合物也得到了廣泛的應(yīng)用。在日常使用的各種塑料制品的生產(chǎn)中，加進(jìn)適量的稀土化合物，不僅可防止塑料制品的老化，且能提高它們的耐磨、耐熱、耐酸性能。稀土化合物用于皮革和毛線的染色，對(duì)皮革具有去臭、防腐、防蛀、防酸的效果，著色牢固，日曬雨淋也不易褪色;對(duì)毛線則有增強(qiáng)光澤和鮮艷度的功能，穿在身上蓬松柔軟而不起球。
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