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稀土指的并不是某一種物質,而是17種金屬元素的統稱,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個元素密切相關的2個元素鈧(sc)和釔(y),是一種不可再生資源。
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1794年,芬蘭化學家加多林從一塊形似瀝青的重質礦石中分離出第一種稀土“元素”。由于18世紀時技術有限,發現的稀土礦物較少,當時只能用化學法制得少量不溶于水的氧化物,歷史上習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“土”,但是跟我們印象中的土壤并沒有什么關系。
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稀土元素有獨特的光學特性,部分稀土元素(如釹、鏑)還具有強磁性。基于這些特性,稀土在多個重要領域發揮著關鍵作用:新能源領域。稀土磁材,廣泛應用于電機、傳感器、硬盤驅動器等領域。而在電動汽車中,驅動電機需采用高磁能積的稀土永磁材料,以提高能效和功率密度;風力發電機的發電機部分也依賴稀土磁材,實現高效的電能轉換。稀土磁材已成為電動汽車、風力發電機、機器人等高端制造的核心部件。
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國防領域。稀土永磁材料在軍工領域表現卓越,可用于制導系統、雷達和聲吶設備。精確制導武器的制導系統,需高性能稀土材料確保制導的準確性和可靠性;稀土涂層能吸收雷達波,被用于隱身戰斗機和艦艇,如隱身戰斗機的雷達吸波涂層,利用稀土的特殊性能降低被雷達探測的概率。
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高端制造領域。稀土元素如銪、鋱的離子在紫外光激發下能發出特定波長的可見光,廣泛應用于熒光粉、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、鈰用于半導體拋光,鉺用于光纖通信中的信號放大,支撐著5g光傳輸網絡和光纖通信骨干網的發展。例如,led照明中的熒光粉依賴稀土元素實現高效的發光轉換,光纖通信中的信號放大器依靠鉺等稀土元素確保信號的穩定傳輸。
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稀土資源的開發利用,直接關系到國家安全和綠色經濟轉型,是不可替代的戰略資源。西班牙《郵報》曾進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雜性。它們是全球最重要產業發展的關鍵原材料。據估計,制造一架美國戰斗機需要用到400公斤稀土元素,這些稀土被用于制造發動機或飛機雷達。
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眾所周知,中國是世界稀土資源儲量最大的國家,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,稀土儲量曾一度占世界總儲量的近80%,是名副其實的“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80年代,卻因為缺乏高效的提純技術,只能低價出口混合稀土,再高價進口國外提純的高純度稀土產品。“空有寶山,卻要受制于人”,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,使用串級萃取技術的話,純度可達到99.99%,而且成本還降低了75%。在串級萃取技術引領下,中國稀土行業實現了質的飛躍,在國際舞臺上擁有了更強的話語權,為后續我國稀土產業的蓬勃發展奠定了堅實基礎。如此巨大的貢獻,也讓徐光憲院士獲得了2008年度“國家最高科學技術獎”。
來源:上海科協 漫畫:楊仕成
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