稀有的“稀土”有多重要?|知识窗

  • 2025-07-23 08:36:58
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稀土指的并不是某一种物质,而是17种金属元素的统称,它包括镧(la)、铈(ce)、镨(pr)、钕(nd)、钷(pm)、钐(sm)、铕(eu)、钆(gd)、铽(tb)、镝(dy)、钬(ho)、铒(er)、铥(tm)、镱(yb)、镥(lu),以及与镧系的15个元素密切相关的2个元素钪(sc)和钇(y),是一种不可再生资源。

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1794年,芬兰化学家加多林从一块形似沥青的重质矿石中分离出第一种稀土“元素”。由于18世纪时技术有限,发现的稀土矿物较少,当时只能用化学法制得少量不溶于水的氧化物,历史上习惯地把这种氧化物称为“土”,因而得名稀土。因此,稀土尽管名字中有个“土”,但是跟我们印象中的土壤并没有什么关系。

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稀土元素有独特的光学特性,部分稀土元素(如钕、镝)还具有强磁性。基于这些特性,稀土在多个重要领域发挥着关键作用:新能源领域。稀土磁材,广泛应用于电机、传感器、硬盘驱动器等领域。而在电动汽车中,驱动电机需采用高磁能积的稀土永磁材料,以提高能效和功率密度;风力发电机的发电机部分也依赖稀土磁材,实现高效的电能转换。稀土磁材已成为电动汽车、风力发电机、机器人等高端制造的核心部件。

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国防领域。稀土永磁材料在军工领域表现卓越,可用于制导系统、雷达和声呐设备。精确制导武器的制导系统,需高性能稀土材料确保制导的准确性和可靠性;稀土涂层能吸收雷达波,被用于隐身战斗机和舰艇,如隐身战斗机的雷达吸波涂层,利用稀土的特殊性能降低被雷达探测的概率。

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高端制造领域。稀土元素如铕、铽的离子在紫外光激发下能发出特定波长的可见光,广泛应用于荧光粉、led照明和显示器。稀土元素钕、镱是固体激光器和光纤激光器的核心材料,镧、铈用于半导体抛光,铒用于光纤通信中的信号放大,支撑着5g光传输网络和光纤通信骨干网的发展。例如,led照明中的荧光粉依赖稀土元素实现高效的发光转换,光纤通信中的信号放大器依靠铒等稀土元素确保信号的稳定传输。

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稀土资源的开发利用,直接关系到国家安全和绿色经济转型,是不可替代的战略资源。西班牙《邮报》曾进一步列举了稀土资源的重要性和用途。文章说,稀土的获取难度并非源于其稀有性,而是由于开采和处理的复杂性。它们是全球最重要产业发展的关键原材料。据估计,制造一架美国战斗机需要用到400公斤稀土元素,这些稀土被用于制造发动机或飞机雷达。

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众所周知,中国是世界稀土资源储量最大的国家,主要稀土矿有白云鄂博稀土矿、山东微山稀土矿、冕宁稀土矿等。中国是唯一能够提供全部17种稀土金属的国家,稀土储量曾一度占世界总储量的近80%,是名副其实的“稀土大国”。

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然而,我国虽然有丰富的稀土资源,但在20世纪80年代,却因为缺乏高效的提纯技术,只能低价出口混合稀土,再高价进口国外提纯的高纯度稀土产品。“空有宝山,却要受制于人”,这令人扼腕叹息的局面,最终被徐光宪院士所改变。

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以镨钕分离为例,使用串级萃取技术的话,纯度可达到99.99%,而且成本还降低了75%。在串级萃取技术引领下,中国稀土行业实现了质的飞跃,在国际舞台上拥有了更强的话语权,为后续我国稀土产业的蓬勃发展奠定了坚实基础。如此巨大的贡献,也让徐光宪院士获得了2008年度“国家最高科学技术奖”。