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统叫做“土”,再加上当时看来这些元素又极为稀少,所以把它们都叫做“稀
土”。从此稀土金属的名字一直沿用到今天。
现已查明,稀土金属在地壳中的含量并不算太少,平均为万分之一点五,
比锌、镍、铜、锡、铅等许多金属元素的含量都多。
含有稀土金属的矿物种类很多,目前已知有 250 多种,主要有氟碳铈镧
矿、独居石和鄂博矿等。也就是说,稀土并不稀少!
稀土金属从外表上看,也没有什么特别之处,它们大都有副朴素的银灰
色外表,具有金属光泽,硬度都比较低;它们不仅外表长得相象,而且化学
性质也都比较活泼,性格十分近似,17 姊妹常常共生在一起,要想把它们一
一分开,分离出纯的单一稀土的化合物一般是很困难的。因而工业上往往直
接利用混合稀土金属。
稀土由于提炼比较困难,应用一般较晚。从发现到应用经历了一个很长
的时期。钇、铈、镧等少数几种稀土金属到 20 世纪 50 年代,其余多数稀土
金属到 20 世纪 60 年代,才开始工业性生产。也就是说,稀土从被人类发现
到应用的经历,真有点“玉在璞中人不识,剖出方知世上珍”的味道。稀土
一旦被人们认识以后,便立即以其神奇的妙用,赢得人们深深的喜爱。
由于稀土金属化学性质活泼,能与不少元素发生作用,形成理想的合成
材料,所以在铸铁、炼钢和有色金属冶炼中,只要加入万分之几或千分之几
的稀土,就既可清除金属中的有害杂质,又能使金属的内部结构更加致密,
从而大大改善金属材料的性能,使它们耐腐蚀,耐氧化,耐高温,经久耐用。
因而被称作冶金工业的“维生素”。
稀土金属被应用到石油工业部门里,它又成了一种“神通广大”的催化
剂。它用于石油的催化裂化,可以使汽油的产量、质量双倍提高。作为催化
剂,它可以加速化学反应过程,使石油的处理能力提高 30%。
当玻璃和陶瓷中加入了稀土金属之后,便以其特有的魅力,绝妙的性能
征服了人们。例如当它作为脱色剂给玻璃脱色后,能叫玻璃变得更加透光明
亮、晶莹洁白,而且还可以提高玻璃的强度和耐热性能,使玻璃即使在烈日
下长期暴晒,也“面不改色”。
它作为着色剂,可以生产出色彩缤纷的彩色玻璃。加入铈的玻璃可以用
来防护原子能反应堆发出的放射线,钐、钇的氧化物加到玻璃里,可以用于
防护中子辐射。用稀土还可以制造出多种多样的光学玻璃、特种玻璃,用于
生活、国防和科研。
用稀土抛光粉抛光的精密光学玻璃,不仅光洁度好,而且寿命长。
加入稀土或经稀土处理过的瓷器,色彩异常精美华贵,而且具有经受高
温而不裂,消音、电学性能更佳的特性。
稀土荧光粉具有光度高,显色性能好,发射光谱可根据需要进行调节等
优点,是其他类型的荧光粉无法与之相比的。彩色电视机的荧光屏上,正是
由于涂上一层薄薄的稀土荧光粉,才能色彩逼真地把大千世界展现在我们面
前。
把稀土荧光粉涂在灯管内壁上,不仅比普通卤灯亮度大,色彩柔和,而
且还可以节电 80%。
稀土作为一种新型优质的永磁材料,被誉为“永磁之王”。它的性能比
目前任何一种常见磁体都优越,用于电机、电声器件和电子仪表等,可以大
大缩小体积,减轻重量。在航空、宇航、无摩擦轴承等方面都得到广泛应用。
稀土在医疗卫生方面,也显示出它神奇的效用,如用稀土材料制作的新
型 X 增感屏,使清晰度大为提高,不少原来很难诊断的病变,现在可准确地
诊断出来。形形色色的稀土磁疗器,更可以消炎、止痛、舒筋活血等,从而
增强人的免疫能力、增进健康。
特别是用稀土超导材料制做的元件,用于电子计算机,可以使计算速度
提高 100 倍,耗电减少 90%,1987 年,稀土在超导材料应用技术上取得历史
性突破,立即使全世界掀起一股“超导热”。
用稀土材料制做的激光器,具有体积小、效率高、工作性能稳定,可在
室温下连续操作等优点。
在原子能工业里,稀土金属钇和钐、铕、钆、镝都是优良制做原子能反
应堆的材料。
稀土来到了农业这个大舞台,作为营养素施在了作物上,可使粮、菜、
果增产;用于饲养家禽,可使鸡、鸭、鹅产蛋率提高;用于饲养家畜,可使
羊毛质量高,可使生猪长得快,瘦肉率提高。
说到这里,你一定会说:真神呀,稀土原来有这么多用途啊!不错,稀
土性能优异,用途极广。但我们还只能说,稀土的应用目前还仅仅是刚刚开
始,更加光辉灿烂的成就还在将来。
稀土虽然在地球上并不稀有,但稀土资源在全世界的分布却是极不均衡
的。就目前来看,我国是世界上稀土资源最丰富的国家。已探明的工业储量
以氧化物计为 3600 万吨左右,占世界探明储量的 76.6%,已知的 17 种稀土
元素,我国应有尽有。
稀土在我国的分布也是极不均衡的。位于内蒙古乌兰察布盟西部的白云
鄂博,是我国稀土资源最为富集的地区,这里的稀土资源不仅储量大,而且
品种全、质量好。现已探明的稀土储量,约占全国总储量的 98%,相当于世
界各国稀土总储量的 4 倍,有“世界稀土宝库”的美誉。
在我国,除了白云鄂博以外,江西的重稀土储量占全国首位,轻稀土仅
次于内蒙古和贵州,此外,湖南的稀土也比较多。
总之,我国是世界上已知稀土储量最多的国家。特别是用于高技术材料
中的中、重稀土元素尤为丰富。因而,充分发挥资源优势,建立我国的稀土
工业体系,是时代的召唤,是加速实现我国社会主义现代化的战略需要。
我国稀土金属工业诞生于 50 年代末期,那时只能生产两、三种稀土金属
产品。一直到 1978 年,我国的稀土产量仅有 1000 多吨,1978 年后,我国的
稀土工业发展极为迅速,1987 年稀土产量已达 15100 吨,跃居世界第一位;
产品质量也显著提高,目前已能生产 100 多种品种,200 多个规格,国外能
生产的各种稀土产品,我国都能自己制造。
从 1978 年开始,我国稀土产品开始进入国际市场,这标志我国稀土工业
已进入一个崭新的发展时期。美国每年向我国购买氯化烯几千吨;日本 1986
年进口的 5547 吨稀土中有 41.3%来自我国。
为了充分发挥我国稀土的优势,我国先后在包头、上海、兰州、江西、
广东建立了五大稀土生产基地,其中,包头是我国最大的稀土工业基地。我
国目前已经形成具有我国特色的稀土科研、生产和供应的工业体系。这为我
国稀土工业的腾飞打下了坚实的基础。正如有关专家所说的那样:“稀土与
新产业革命结合十分紧密,中国拥有世界最丰富的稀土资源。到下个世纪,
稀土对中国经济发展的战略意义,犹如石油对阿拉伯国家。”我们作为中华
民族的子孙,一定要从小就学科学、爱科学,准备着,为我国的稀土工业开
创更辉煌的未来。
古老的金属——锡
人类发现最早的金属是金,但没有得到广泛的应用。而最早发现并得到
广泛应用的金属却是铜和锡。锡和铜的合金就是青铜,它的熔点比纯铜低,
铸造性能比纯铜好,硬度也比纯铜大。所以它们被人类一发现,便很快得到
了广泛的应用,并在人类文明史上写下了极为辉煌的一页,这便是“青铜器
时代”。后来,由于铁的发现和使用,青铜在我们祖先的生产和生活中才逐
渐退居次要地位。但这并没有使锡在人类发展史上,变得无足轻重,相反,
随着现代科技的飞速发展,它在工农业生产中,以及尖端科技部门中,有了
愈来愈广泛的应用,古老的金属正日益重新焕发它的青春!
在地壳中,锡的含量是较少的,平均含量只有 6%,所以锡是一种比较
稀贵的金属。经过多年的研究证明,锡矿床的形成和地壳深处的岩浆活动密
切相关。
大约距今 7 千万年到 1 亿年前,地球上岩浆活动剧烈。岩浆由地下深处
上升时,由于温度、压力等的改变,岩浆中一些易凝固的矿物首先结晶出来,
剩下的残余岩浆的一部分侵入岩石空隙中,其中的锡的化合物发生水解生成
含锡的锡石。一部分继续向上运动,特别是其中含有大量挥发性物质的岩浆,
活动能力特别强,它们就象是锅炉里的高压蒸汽一样,见缝就钻,无孔不入。
而锡元素却有个“怪癖”,就是最喜欢和氟氯等挥发性物质“交朋友”,它
们结合生成挥发性化合物。当这些气液状态的物质沿着裂隙侵入到周围的岩
石中时,在高温高压下由于物质的置换反应而使一部分锡元素结晶出来形成
锡矿床;这时,剩下的最后一部分含挥发性物质的气液继续前进,一直冲到
凝固着花岗岩的顶部或花岗岩体以外的地方,逐渐变为热水溶液。这时,由
于环境的改变,锡的氟化物和氯化物同时发生水解,也形成了锡矿床。当然,
上面所说的并不是锡矿的全部成因,有的时候,在靠近地表的地方,由于长
期受地下水中的氧和二氧化碳的作用,还会使与锡共生的硫化矿物变成氧化
矿物,从而变成锡石——氧化物矿床。
上面给大家介绍的仅是原生锡矿床的一般成因。但是,锡矿床的演变并
未以此停止,特别是那些靠近地表的锡矿床,经过外力的风化、侵蚀、搬运、
堆积作用会进一步演变成“次生锡矿床”。
此外,锡还会和好多种矿物结合在一起,形成锡的共生矿床。
现在,已经发现的锡矿物在 18 种左右。其中最主要的一种叫做锡石,是
目前炼锡的主要原料。在自然界里,纯净的锡石是很少的,常见的锡石大多
数都是深棕黑色或褐色,这是因为它们含有铁、锰等元素之故。锡石的硬度
较大,用小刀也刻不动;此外,锡石的化学性质很稳定,在常温常压下,几
乎不溶解于任何化学溶剂。所以锡石任凭风刀霜剑和日晒雨淋的破坏。容颜
仍旧不改。
锡石还不是锡。锡石要经过矿工的辛勤劳动,从地下开采出来,并用各
种方法去掉它所含的杂质,然后把锡石和焦炭、石英或石灰石放在一起燃烧,
最后得到的才是金属锡。
金属锡很柔软,用小刀就能切开它;具有银白色的光泽,它的展性很好,
能展成极薄的锡箔,厚度可以薄到 0.04 毫米以下。不过,它的延性比较差,
一拉就断,不能拉成细丝。它的熔点很低,只有 232℃,因此,只要用酒精
灯或蜡烛火焰就能使它熔化成象水银一样的流动性的液体。
此外,锡