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文檔簡介
1、稀土元素稀土元素的發現稀土一詞是歷史遺留下來的名稱。稀土元素(Rare Earth Element)是從18世紀末葉開始陸續發現,當時人們常把不溶于水的固體氧化物稱為土。稀土一般是以氧化物狀態分離出來的,又很稀少,因而得名為稀土(Rare Earth,簡稱RE或R)。 這些稀土元素的發現,從1794年芬蘭人加多林(J。Gadolin)分離出釔到1947年美國人馬林斯基(J。A。Marinsky)等制得钷,歷時150多年。其中大部分稀土元素是歐洲的一些礦物學家、化學家、冶金學家等發現制取的。钷是美國人馬林斯基、格蘭德寧(L。E。Glendenin)和科列爾(C。D。Coryell)用離子交換分離
2、,在鈾裂變產物的稀土元素中獲得的。過去認為自然界中不存在钷,直到1965年,芬蘭一家磷酸鹽工廠在處理磷灰石時發現了痕量的钷。 稀土元素組成稀土就是化學元素周期表中鑭系元素鑭(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個元素密切相關的兩個元素鈧(Sc)和釔(Y)共17種元素,稱為稀土元素。通常把鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪稱為輕稀土元素 (鈰組稀土),釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔稱為重稀土元素 (釔組稀土)。 也有的根據稀土元素物理化學性質的相
3、似性和差異性,除鈧之外(有的將鈧劃歸稀散元素),劃分成三組,即輕稀土組為鑭、鈰、鐠、釹、钷;中稀土組為釤、銪、釓、鋱、鏑;重稀土組為鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔。 周期系B族中原子序數為21、39和5771的17種化學元素的統稱。其中原子序數為57 71的15種化學元素又統稱為鑭系元素。 稀土元素的特性稀土元素是周期表中IIIB族鈧、釔和鑭系元素之總稱。其中钷是人造放射性元素。他們都是很活潑的金屬,性質極為相似,常見化合價+3,其水合離子大多有顏色,易形成穩定的配化合物。溶劑萃取和離子交換是目前分離稀土的較好方法。鑭、鈰、鐠、釹等輕稀土金屬,由于熔點較低,在電解過程可呈熔融狀態在陰極上析出,故一般均
4、采用電解法制取。可用氯化物和氟化物兩種鹽系,前者以稀土氯化物為原料加入電解槽,后者則以氧化物的形式加入。 稀土礦物在自然界中主要礦物有獨居石、鈰硅石、鈰鋁石、黑稀金礦和磷酸釔礦。因其天然豐度小,又以氧化物或含氧酸鹽礦物共生形式存在,故得名。 已經發現的稀土礦物有250種以上,最重要的有氟碳鈰鑭礦(Ce,La)FCO3、獨居石CePO4,Th3(PO4)4、磷釔石(YPO4)、黑稀金礦(Y,Ce,Ca) (Nb,Ta,Ti)2O6、硅鈹釔礦(Y2FeBe2Si2O10)、褐簾石(Ca,Ce)2(Al,Fe)3Si3O12、鈰硅石(Ce,Y,Pr)2Si2O7·H2O。 現已查明,稀土元
5、素并不稀少,特別是中國的稀土資源十分豐富,有開采價值的儲量占世界第一位。從1794年芬蘭J加多林從瑞典斯德哥爾摩附近的于特比鎮發現釔開始,一直到1947年美國JA馬林斯基從鈾的裂變產物中分離出钷,共經歷150多年。 稀土元素用途大多數稀土元素呈現順磁性。釓在0時比鐵具更強的鐵磁性。鋱、鏑、鈥、鉺等在低溫下也呈現鐵磁性,鑭、鈰的低熔點和釤、銪、鐿的高蒸氣壓表現出稀土金屬的物理性質有極大差異。釤、銪、釔的熱中子吸收截面比廣泛用于核反應堆控制材料的鎘、硼還大。稀土金屬具有可塑性,以釤和鐿為最好。除鐿外,釔組稀土較鈰組稀土具有更高的硬度。 稀土元素已廣泛應用于電子、石油化工、冶金、機械、能源、輕工、環
6、境保護、農業等領域。應用稀土可生產熒光材料、稀土金屬氫化物電池材料、電光源材料、永磁材料、儲氫材料、催化材料、精密陶瓷材料、激光材料、超導材料、磁致伸縮材料、磁致冷材料、磁光存儲材料、光導纖維材料等。 常用的氯化物體系為KCl-RECl3他們在工農業生產和科研中有廣泛的用途,在鋼鐵、鑄鐵和合金中加入少量稀土能大大改善性能。用稀土制得的磁性材料其磁性極強,用途廣泛。在化學工業中廣泛用作催化劑。稀土氧化物是重要的發光材料、激光材料。 中國擁有豐富的稀土礦產資源,成礦條件優越,堪稱得天獨厚,探明的儲量居世界之首,為發展中國稀土工業提供了堅實的基礎。稀土在農業上的應用 稀土元
7、素是指元素周期表中15種斕系元素(5771)及鈧(21)和釔(39)共17種元素。它們具有光、電磁波等一系列獨特的功能。在工農業生產和日常生活中具有廣泛的應用。 稀土元素在工業中的地位極為重要。幾乎所有的電動機械,從尖端的軍事機械一直到普通的家用電器,都離不開磁材料。電動汽車的起動機使用釹鐵硼永磁材料,起動力會大大增加,而體積卻會大大減小;新一代變頻空調、洗衣機等家用電器,使用釹鐵硼永磁材料后,能耗顯著降低,性能進一步提高;移動電話、筆記本電腦等中的電池加入稀土元素制成的鎳氫電池,其容量增大、沖放電性能好、無公害;在光通訊器件中應用稀土,將大大增強光通訊的效率。由此
8、可見,稀土元素在工業上倍受關注,具有極好的應用前景。 農業上,稀土元素的作用也不容忽略。先后列入了國家“六五”、“七五”科技攻關計劃,稀土元素一是作為植物的生長調節劑,可使作物增產,改善作物品質,二是稀土屬低毒物質,毒性與鐵相當,合理施用稀土對人畜無害,對環境無污染。下面重點討論一下稀土元素在農業生產中的應用。 一、稀土元素對農作物的增產效果 適宜濃度的稀土元素,對作物均有增產效果。據研究表明,小麥、水稻等糧食作物的增產幅度為319%,花生、大豆等油料作物為515%,一些水果、蔬菜可達10
9、20%,茶樹平均增產1220%,最高增產達65.63%,煙葉、棉花、大豆、紅麻等經濟作物均有較大幅度的增長。 二、稀土元素對農作物品質的改善 (一)提高籽粒蛋白質含量。由于稀土元素促進了作物對氮素的吸收,并提高了作物內硝酸還原酶活力,加速了氮素還原與同化,因而在一定程度上提高了籽粒蛋白質含量。 (二)提高了必需氨基酸含量。如小麥施用適宜劑量的稀土后,籽粒中的8種必需氨基酸含量提高了212%,其中賴氨酸含量提高了0.010.05%,番茄在盛果期用40ppm稀土處理的果實樣品中人體必需氨基酸總量比對照高23%。 &
10、#160; (三)提高了果蔬維生素C含量。多數果樹、蔬菜施用稀土后,維生素C含量均有提高。如在蘋果、犁、山楂、葡萄等果樹,黃花菜、菠菜等蔬菜用稀土處理的試驗表明,維生素C含量均比對照有不同程度的提高。 (四)提高了果蔬糖酸比。施用稀土后,果蔬含糖量增加如西瓜增加1.0%,甘蔗增加0.5%,番茄果實增加14.95%。甜菜用稀土復合肥采用伴種和葉面噴施兩種方式進行試驗表明:甜菜產量和含糖量明顯提高,伴種可使含糖量提高0.9度,產量提高10%以上; 葉面噴施可使含糖量提高1.5度,產量提高15%左右。 (五)提高了耐貯性。
11、60; (六)如經稀土處理的蘋果在常溫下貯藏100天后硬度比對照高,說明提高了耐貯性。 三、稀土元素作用的生理基礎 稀土對作物生長發育及某些生理過程有一定的影響,主要表現在以下幾個方面。 (一)提高種子發芽率,促進幼苗生長。適宜濃度的稀土侵種,可提高種子發芽率,并促進幼苗生長,使根系發達,為提高成秧率及秧苗素質打下基礎。據報道,菜籽用100ppm稀土侵種與清水侵種比較,前者出苗率為6070%,后者為4050%。 (二)提高植株對營養元素的吸收能力。用一定濃度的稀土溶液對
12、大麥幼苗的地上部分進行噴施,會明顯地促進大麥幼苗對NO3-和K+的吸收。水稻施用稀土后,能促進水稻對P、K的吸收,因而增強了葉片的功能避免早衰。番茄用稀土處理后,植株體內N、P、K、Mg、Cu、Fe、Zn、Mo等元素含量均比對照有一定程度提高。 (三)提高酶活性,促進新陳代謝。施用稀土可使作物體內硝酸還原酶活性增強,促進了吸收的硝態氮的及時轉化。另外稀土還提高了作物體內抗壞血酸氧化酶、多酚氧化酶、過氧化氫酶、脫氫酶等酶的活性。如用稀土處理水稻和花生,其根系脫氫酶活性分別為20.25%和30.81%。作物的生長代謝是受酶活性的調節和控制的,由于酶活性的提高,加快了物質
13、代謝轉化。 (四)提高葉綠素含量,增強光合作用。光合作用的產物是植物生長發育的主要物質基礎,決定物質的產量。而光合作用的強弱與作物體本身葉綠素含量的多少密切相關。許多試驗都指出,作物施用稀土后,葉面積、葉片厚度、葉綠素含量均顯著增加,從而提高了葉片光合作用的能力,增加了體內碳水化合物的積累。 四、稀土元素在畜牧業中的應用 稀土元素是一種很好的生理激活劑,它使動物食入營養物質得以充分的利用和吸收。在養殖業中,稀土具有提高產量和質量;抵制疾病的作用。 有報道證明用50150mg/Kg的混合型硝酸稀土、氯化稀土和抗壞血酸稀土喂豬,均能促進豬的生長,并使之毛色發亮,食欲增加,發病率減少。飼料中添加540ppm稀土化合物,豬日重提高8.010.0%,投入產出比為1:10。雞的成活率提高4.510.0%,體重增加4.08.0%。 運用稀土養魚,不僅能調節魚體代謝功能,提高魚類對飼料的消化利用率及攝食量,使魚體健壯,增強其抗病能力。而且可促進池塘中浮游生物的繁衍。同時,稀土還能抑制病原菌的生長繁殖,對草魚三大病害(赤皮、爛鰓、腸炎)有較好的預防作用。試驗表明:喂養稀土,草魚成活率由47.8%提高到68.575.7%,提高了20.727.9%,產
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