稀土指的并不是某一種物質(zhì),而是17種金屬元素的統(tǒng)稱,它包括鑭(la)、鈰(ce)、鐠(pr)、釹(nd)、钷(pm)、釤(sm)、銪(eu)、釓(gd)、鋱(tb)、鏑(dy)、鈥(ho)、鉺(er)、銩(tm)、鐿(yb)、镥(lu),以及與鑭系的15個(gè)元素密切相關(guān)的2個(gè)元素鈧(sc)和釔(y),是一種不可再生資源。
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1794年,芬蘭化學(xué)家加多林從一塊形似瀝青的重質(zhì)礦石中分離出第一種稀土“元素”。由于18世紀(jì)時(shí)技術(shù)有限,發(fā)現(xiàn)的稀土礦物較少,當(dāng)時(shí)只能用化學(xué)法制得少量不溶于水的氧化物,歷史上習(xí)慣地把這種氧化物稱為“土”,因而得名稀土。因此,稀土盡管名字中有個(gè)“土”,但是跟我們印象中的土壤并沒有什么關(guān)系。
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稀土元素有獨(dú)特的光學(xué)特性,部分稀土元素(如釹、鏑)還具有強(qiáng)磁性?;谶@些特性,稀土在多個(gè)重要領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用:新能源領(lǐng)域。稀土磁材,廣泛應(yīng)用于電機(jī)、傳感器、硬盤驅(qū)動(dòng)器等領(lǐng)域。而在電動(dòng)汽車中,驅(qū)動(dòng)電機(jī)需采用高磁能積的稀土永磁材料,以提高能效和功率密度;風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)部分也依賴稀土磁材,實(shí)現(xiàn)高效的電能轉(zhuǎn)換。稀土磁材已成為電動(dòng)汽車、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、機(jī)器人等高端制造的核心部件。
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國防領(lǐng)域。稀土永磁材料在軍工領(lǐng)域表現(xiàn)卓越,可用于制導(dǎo)系統(tǒng)、雷達(dá)和聲吶設(shè)備。精確制導(dǎo)武器的制導(dǎo)系統(tǒng),需高性能稀土材料確保制導(dǎo)的準(zhǔn)確性和可靠性;稀土涂層能吸收雷達(dá)波,被用于隱身戰(zhàn)斗機(jī)和艦艇,如隱身戰(zhàn)斗機(jī)的雷達(dá)吸波涂層,利用稀土的特殊性能降低被雷達(dá)探測的概率。
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高端制造領(lǐng)域。稀土元素如銪、鋱的離子在紫外光激發(fā)下能發(fā)出特定波長的可見光,廣泛應(yīng)用于熒光粉、led照明和顯示器。稀土元素釹、鐿是固體激光器和光纖激光器的核心材料,鑭、鈰用于半導(dǎo)體拋光,鉺用于光纖通信中的信號(hào)放大,支撐著5g光傳輸網(wǎng)絡(luò)和光纖通信骨干網(wǎng)的發(fā)展。例如,led照明中的熒光粉依賴稀土元素實(shí)現(xiàn)高效的發(fā)光轉(zhuǎn)換,光纖通信中的信號(hào)放大器依靠鉺等稀土元素確保信號(hào)的穩(wěn)定傳輸。
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稀土資源的開發(fā)利用,直接關(guān)系到國家安全和綠色經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型,是不可替代的戰(zhàn)略資源。西班牙《郵報(bào)》曾進(jìn)一步列舉了稀土資源的重要性和用途。文章說,稀土的獲取難度并非源于其稀有性,而是由于開采和處理的復(fù)雜性。它們是全球最重要產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵原材料。據(jù)估計(jì),制造一架美國戰(zhàn)斗機(jī)需要用到400公斤稀土元素,這些稀土被用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)或飛機(jī)雷達(dá)。
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眾所周知,中國是世界稀土資源儲(chǔ)量最大的國家,主要稀土礦有白云鄂博稀土礦、山東微山稀土礦、冕寧稀土礦等。中國是唯一能夠提供全部17種稀土金屬的國家,稀土儲(chǔ)量曾一度占世界總儲(chǔ)量的近80%,是名副其實(shí)的“稀土大國”。
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然而,我國雖然有豐富的稀土資源,但在20世紀(jì)80年代,卻因?yàn)槿狈Ω咝У奶峒兗夹g(shù),只能低價(jià)出口混合稀土,再高價(jià)進(jìn)口國外提純的高純度稀土產(chǎn)品?!翱沼袑毶剑瑓s要受制于人”,這令人扼腕嘆息的局面,最終被徐光憲院士所改變。
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以鐠釹分離為例,使用串級(jí)萃取技術(shù)的話,純度可達(dá)到99.99%,而且成本還降低了75%。在串級(jí)萃取技術(shù)引領(lǐng)下,中國稀土行業(yè)實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍,在國際舞臺(tái)上擁有了更強(qiáng)的話語權(quán),為后續(xù)我國稀土產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。如此巨大的貢獻(xiàn),也讓徐光憲院士獲得了2008年度“國家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)”。
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