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鑭及其發展應用

發布時間:2023-03-27人氣:36

在稀土元素家族中,鑭無疑是個非常重要的成員。論地位和名氣,他居于稀土家族主體“鑭系元素”之首,作為15個元素的代表占據了化學元素周期表主表中的一個空格,并以他的名字來命名這個元素族系。論地殼中豐度為32ppm,占稀土總豐度(238ppm)的13.4%,僅次于鈰和釹,居第三位。從發現年代看,他也僅排在釔和鈰之后,是第三個被發現的稀土元素。

  活躍的化學活性和豐富的儲量, 使鑭廣泛應用于冶金、石油、玻璃、陶瓷、農業、紡織和皮革等傳統工業領域。盡管生產鑭并不困難,但為了降低成本, 在充分發揮鑭及稀土共性的前提下, 經常以混合輕稀土或富鑭稀土的產品形式使用。

  稀土作為金屬材料的凈化和變質劑,通常以混合稀土金屬或中間合金的形態來使用。而鑭作為最活潑的一員,在去除氧、硫、磷等非金屬雜質和鉛、錫等低熔點金屬雜質,以及細化晶粒等方面自然會發揮首當其沖的作用。以銀-氧化鑭復合鍍層取代純銀作為電接觸材料,可節約用銀70%~90%,有很大經濟效益。

  20世紀80年代, 石油裂化催化劑曾經是稀土最大應用領域, 因為稀土用作Y型沸石催化劑,以鑭的催化活性最強。在美國一直采用富鑭稀土作為石油裂化催化劑,曾占美國稀土總消費量的40%以上。為了從原油中獲得更多的汽油、柴油等輕質油, 必須在石油精煉加工中對重質油采用催化裂化處理, 就必需使用石油裂化催化劑, 稀土分子篩裂化催化劑比不含稀土的催化劑催化活性和熱穩定性均有明顯提高, 可使輕質油收率提高4%, 使催化劑壽命延長2倍, 煉油成本降低20%, 并使裂化裝置生產能力提高30%~50%。但由于稀土的加入也造成輕質油辛烷值降低, 而不得不加入四乙基鉛作抗爆劑, 進而導致鉛污染?;谌祟悓Νh保要求越來越高, 1985年后超穩Y型分子篩逐步取代稀土分子篩, 使稀土用量大幅下降。但由于催化活性和選擇性下降, 造成汽油產量下降。為此, 許多企業又采用含稀土0.5%~2%的部分超穩Y型分子篩, 可兼顧催化活性、選擇性和辛烷值均比較理想, 使富鑭稀土應用又有所回升。在我國, 石油化工仍是鑭鈰輕稀土主要消費領域。

  光學玻璃中應用鑭既是經典用途,也是目前主要應用領域之一。鑭系光學玻璃(含La2O3 50%~70%),具有高折射率(nD=2.50)和低色散(平均色散為3500)的優良光學特性,可簡化光學儀器鏡頭、消除球差、色差和像質畸變,擴大視場角,提高鑒辨率和成像質量,已廣泛用于航空攝像機、高檔相機、高檔望遠鏡、高倍顯微鏡、變焦鏡頭、廣角鏡頭和潛望鏡頭等方面,已成為光學精密儀器和設備不可缺少的鏡頭材料。世界年需要量約為4000噸,并有上升趨勢。

  1970年發現的LaNi5合金是一種優良的貯氫材料,每公斤可貯存氫約160升,可使高壓貯氫鋼瓶體積縮小到1/4。利用其可以“呼吸”氫氣的特性,可以把純度為99.999%的氫氣提純到99.99999%,也可用作有機合成的加氫或脫氫反應的催化劑。利用其吸氫放熱、呼氫吸熱的本領可以把熱量從低溫向高溫傳送,用來制作“熱泵”或“磁冰箱”。

  目前這種貯氫材料的最大用途是用于稀土鎳氫電池的負極材料。稀土鎳氫電池與鎳鎘電池在構造、性能和規格上具有極大的相似性和取代性,但又不含鎘、汞等毒性大的元素,電池容量高,一致性好,使用溫度范圍廣,壽命長(可反復充放電500次以上),屬于環保型綠色電池。為了降低成本,這種貯氫合金多用富鑭混合金屬(La≥40%)為原料。稀土鎳氫電池目前已廣泛用于手提電腦、便攜式辦公設備和電動工具等方面。最有發展前景的是用于汽車、摩托車的動力電池。

鑭在功能陶瓷材料中具有特別好的應用前景,如在鈦酸鋇(BaTiO3)電容器陶瓷中加入氧化鑭, 可明顯提高電容器的穩定性和使用壽命。溴氧化鑭(LaBrO)對X射線有很強的吸收特性并能非常有效地將X射線轉化為可見光,用他制作醫用X熒光增感屏,比傳統用的鎢酸鈣(CaWO4)增感屏大大提高了成像清晰度,并減少X射線輻照劑量,尤其適用于腦部敏感部位和兒童、孕婦的透視檢查。富鑭稀土無機和有機鹽應該是農用和飼料添加劑用稀土的理想材料。用于醫藥也有廣闊前景。


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