地殼中的稀有之土
化學(xué)先生 / 2019-06-29
在2008年度國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會上，來自北京大學(xué)的徐光憲院士獲得了國家最高科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎，他因?yàn)樵谙⊥敛牧涎芯糠矫娴淖恐煽兌@得該獎。在我們普通人的頭腦中，偶爾會聽到稀土這個詞，似乎與稀土“親密接觸”的機(jī)會并不多。稀土究竟有什么神奇的“魔力”，可以讓它們的研究者獲得國家最高科學(xué)技術(shù)獎?事實(shí)上，稀土離我們并不遙遠(yuǎn)，在我們常用的一些電器中，就能找到稀土的身影。
稀土指的不是某一種礦物，而是一.類稀有的礦物。稀土元素包括17種，它們分別是鑭、鈰、錯、釹、鉅、釤、銪、釓、鋱、鏑、鐵、鉺、銩、鐿、镥、鈧、釔，其中只有钷是放射性元素。早在1787年，化學(xué)家就相繼發(fā)現(xiàn)了若干種稀土元素,但相應(yīng)的礦物發(fā)現(xiàn)卻很少,因此把這些物質(zhì)叫稀土。當(dāng)然，稀土元素的稀有性是相對的。近年來的地質(zhì)勘察結(jié)果表明，稀土元素在地殼中的儲量相當(dāng)豐富，例如鈰的儲量高于鉆，釔的儲量高于鉛，镥和銩的儲量與銻、汞、銀相當(dāng)。
由于稀士元素通常在地殼中聚集出現(xiàn)，而它們的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)比較接近，使得對它們的分離非常困難。因此，稀土元素的提純是化學(xué)研究中一個巨大的難點(diǎn)。從1794年芬蘭人加多林分離出釔，到1947年美國人馬林斯基等人制得钷，17種稀土元素的完全提純經(jīng)歷了150多年。徐光憲院士的重要貢獻(xiàn)也是在稀土提取領(lǐng)域，他提出了串級萃取理論，把我國稀土萃取分離工藝提高到了國際先進(jìn)水平。
我國擁有豐富的稀土礦產(chǎn)資源，儲量世界第一，成礦條件得天獨(dú)厚，現(xiàn)已探明的儲量居世界之首，為我國稀土工業(yè)的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。世界上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的稀土礦物約有250種，但是具有工業(yè)價(jià)值的稀土礦物只有50-60種,目前具有開采價(jià)值的只有10種左右。世界稀土資源擁有國除中國外,還有美國俄羅斯、加拿大、澳大利亞等國。
我們每天都會與稀土材料打交道,因?yàn)槲覀內(nèi)粘Ｊ褂玫碾娔X和電視機(jī)就含有稀土材料。由于稀土元素具有特殊的電子層結(jié)構(gòu)，可以將吸收到的能量轉(zhuǎn)換為光的形武發(fā)出，所以可用稀土元素來制造電器顯像管中的熒光粉。顯像管中的熒光粉含稀土元索釔和銪，這種熒光粉的使用效果，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比以前使用的非稀土硫化物紅色熒光粉要好。目前，各種稀土熒光粉的用途頗廣，如雷達(dá)顯像管、熒光燈、高壓水銀燈等。
稀土氧化物可以用于制造特種玻璃。比如，含稀土元素鑭的玻璃是一種具有優(yōu)良 光學(xué)性質(zhì)的玻璃，這種玻璃具有高的折射率、低的色散性和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，可用于制造高級照相機(jī)的鏡頭和潛望鏡的鏡頭。稀土氧化物還可以用于制造彩色玻璃，加入稀士元素釹可使玻璃變成酒紅色，加人稀土元素錯可使玻璃變成綠色，加人稀土元素鉺可使玻璃變成粉紅色。這些彩色玻璃色澤變幻莫測，非常適合制造裝飾品。
稀土元素在保障我們的健康方面也能起到重要作用。稀土化合物可以用于止血，而且止血作用迅速而持久，可持續(xù)一天左右。稀土藥物對皮膚炎、過敏性皮膚炎、牙齦炎、鼻炎和靜脈炎等多種炎癥都有不錯的療效，比如使用含鈰鹽的稀土藥物能使燒傷患者受創(chuàng)面炎癥減輕，加速愈合。稀土元素的抗癌作用更是引起了人們的普遍關(guān)注，稀土元素除了可以清除機(jī)體內(nèi)的有害自由基外，還可使癌細(xì)胞內(nèi)的鈣調(diào)素水平下降，抑癌基因的水平上升。
除了以上三種用途外，稀土元素在我們生活中的用途雖然還不十分廣泛,但只要在一些傳統(tǒng)產(chǎn)品中加入適量的稀土元素，就可能產(chǎn)生一些神奇的效果。目前，稀土已廣泛應(yīng)用于冶金、石油、化工、輕紡、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等數(shù)十個行業(yè)。比如，稀土鋼的耐磨性、耐磨蝕性和韌性顯著提高，稀土鋁盤條在縮小鋁線細(xì)度的同時可提高強(qiáng)度和導(dǎo)電率:將稀士農(nóng)藥噴灑在果樹上，既能消滅病蟲害,又能提高掛果率;稀土復(fù)合肥既能改善土壤結(jié)構(gòu)，又能提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量;稀土石油裂化催化劑用于我國煉油業(yè)，可使汽油等輕質(zhì)油的產(chǎn)出效率提高許多倍。
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