稀有金屬元素化學(xué)探索地球稀缺寶藏揭秘現(xiàn)代工業(yè)關(guān)鍵材料課程概述1稀有金屬的定義地殼含量低2稀有金屬的分類五大類別3課程結(jié)構(gòu)稀有金屬的定義地殼含量較少占比通常低于0.1%分布稀散不易形成富集區(qū)難以提取稀有金屬的分類稀有輕金屬鋰、銣、銫、鈹?shù)认∮须y熔金屬鈦、鋯、鉿、鉬、鎢等稀有分散金屬鎵、銦、鉈、鍺等稀土金屬鑭系元素及釔、鈧稀有放射性金屬鈾、釷等稀有輕金屬概述密度小于4.5g/cm3化學(xué)活性強(qiáng)鋰（Li）的性質(zhì)物理性質(zhì)最輕的金屬元素密度僅為0.534g/cm3銀白色，質(zhì)軟熔點(diǎn)180.5℃化學(xué)性質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)電極電位-3.045V與水反應(yīng)放出氫氣能與氮直接反應(yīng)形成離子化合物鋰的應(yīng)用鋰電池高能量密度航空航天材料輕質(zhì)合金核聚變反應(yīng)堆氚增殖材料銣（Rb）和銫（Cs）物理化學(xué)性質(zhì)堿金屬反應(yīng)活性極強(qiáng)熔點(diǎn)低（銣39.3℃,銫28.4℃）主要應(yīng)用領(lǐng)域原子鐘光電探測(cè)器太空推進(jìn)系統(tǒng)鈹（Be）的特性輕質(zhì)高強(qiáng)密度1.85g/cm3中子透過性好核反應(yīng)堆材料毒性高嚴(yán)格防護(hù)要求稀有難熔金屬概述高熔點(diǎn)通常大于1800℃高密度大部分>7g/cm3高耐腐蝕性優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良機(jī)械性能高溫強(qiáng)度好鈦（Ti）的性質(zhì)與應(yīng)用4.51g/cm3密度鋼的60%1668°C熔點(diǎn)耐高溫40%航空結(jié)構(gòu)件飛機(jī)用量占比15年+人體植入物平均使用壽命鋯（Zr）和鉿（Hf）鋯（Zr）中子吸收截面小核燃料包殼材料熔點(diǎn)1855℃鉿（Hf）中子吸收截面大核反應(yīng)堆控制棒熔點(diǎn)2233℃化學(xué)性質(zhì)極為相似自然界總是共存釩（V）、鈮（Nb）和鉭（Ta）元素熔點(diǎn)(℃)密度(g/cm3)主要應(yīng)用釩(V)19106.0鋼鐵添加劑鈮(Nb)24778.57超導(dǎo)材料鉭(Ta)301716.69電容器鉬（Mo）和鎢（W）高溫應(yīng)用鎢熔點(diǎn)3422℃燈絲材料航天發(fā)動(dòng)機(jī)部件電子工業(yè)應(yīng)用集成電路互連線高溫加熱元件特種電極材料稀有分散金屬概述高科技應(yīng)用半導(dǎo)體、光電材料工業(yè)重要性催化劑、特種合金資源稀缺性無(wú)獨(dú)立礦床，伴生提取鎵（Ga）的性質(zhì)與應(yīng)用低熔點(diǎn)金屬熔點(diǎn)29.76℃，手掌可熔化半導(dǎo)體工業(yè)砷化鎵，高速電子器件太陽(yáng)能電池銅銦鎵硒(CIGS)薄膜銦（In）的特性及用途液晶顯示器ITO透明導(dǎo)電膜半導(dǎo)體材料InP、InAs等化合物焊接合金低熔點(diǎn)焊料鉈（Tl）的性質(zhì)劇毒物質(zhì)致命劑量少至15mg放射性探測(cè)閃爍體材料低溫超導(dǎo)體合金成分鍺（Ge）和硒（Se）鍺（Ge）第一代半導(dǎo)體材料紅外光學(xué)器件光纖通信摻雜元素硒（Se）光導(dǎo)電性復(fù)印機(jī)感光鼓太陽(yáng)能電池材料稀土元素概述定義與分類鑭系17種元素及鈧、釔地殼分布并非極度稀少，但分散化學(xué)相似性4f電子層填充工業(yè)價(jià)值"工業(yè)維生素"輕稀土元素元素符號(hào)原子序數(shù)主要應(yīng)用鑭La57催化劑鈰Ce58拋光粉釹Nd60永磁材料釤Sm62磁性材料重稀土元素銪(Eu)紅色熒光粉防偽材料釓(Gd)磁共振造影劑中子吸收劑鋱(Tb)綠色熒光粉磁致伸縮材料鏑(Dy)高性能永磁添加劑特種玻璃釔（Y）和鈧（Sc）釔（Y）化學(xué)性質(zhì)類似重稀土YAG激光晶體高溫超導(dǎo)體鈧（Sc）最輕的稀土元素鋁鈧合金特種照明稀土元素的分離技術(shù)物理分選礦石初步富集溶劑萃取法工業(yè)化分離主流離子交換法高純稀土分離稀土永磁材料釹鐵硼磁體世界最強(qiáng)磁體釤鈷磁體高溫性能佳應(yīng)用領(lǐng)域電動(dòng)機(jī)、揚(yáng)聲器生產(chǎn)工藝粉末冶金法4稀土發(fā)光材料銪：紅色發(fā)光材料鋱：綠色發(fā)光材料鈰：紫外激發(fā)劑稀土催化劑石油化工應(yīng)用催化裂化汽車尾氣凈化三元催化劑3工業(yè)合成選擇性催化稀有放射性金屬概述天然放射性元素鈾(U)釷(Th)釙(Po)人工放射性元素钚(Pu)镎(Np)錒系其他元素鈾（U）和釷（Th）核能應(yīng)用核燃料U-235，轉(zhuǎn)化Th-232放射性危害半衰期長(zhǎng)，需嚴(yán)格管控環(huán)境影響污染難治理，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)稀有金屬的地球化學(xué)成礦理論巖漿分異作用地質(zhì)分布規(guī)律殼幔交界富集元素地球化學(xué)循環(huán)表生遷移規(guī)律稀有金屬礦產(chǎn)資源中國(guó)越南巴西俄羅斯印度澳大利亞其他稀有金屬的提取冶金火法冶金高溫熔煉氯化揮發(fā)法真空熱還原濕法冶金酸浸堿浸生物浸出稀有金屬的精煉技術(shù)預(yù)處理物理富集、化學(xué)純化粗提純?nèi)コ饕s質(zhì)高純化區(qū)域熔煉、電子束熔煉質(zhì)量控制痕量分析、雜質(zhì)監(jiān)測(cè)稀有金屬的分析方法原子吸收光譜ppm級(jí)檢測(cè)電感耦合等離子體質(zhì)譜ppb-ppt級(jí)檢測(cè)X射線熒光分析快速無(wú)損檢測(cè)稀有金屬材料科學(xué)金屬間化合物有序結(jié)構(gòu)高硬度、高熔點(diǎn)脆性大非晶態(tài)合金無(wú)長(zhǎng)程有序結(jié)構(gòu)軟磁性能好耐腐蝕稀有金屬在航空航天中的應(yīng)用高溫合金發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片輕質(zhì)高強(qiáng)材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)件熱防護(hù)系統(tǒng)航天器防熱材料稀有金屬在核工業(yè)中的應(yīng)用核反應(yīng)堆材料鋯合金燃料包殼核燃料鈾、钚、釷中子吸收劑鉿、釓控制棒稀有金屬在電子工業(yè)中的應(yīng)用60+集成電路材料種類豐富0.1μm超細(xì)線路高純鉭粉30%市場(chǎng)增長(zhǎng)率稀有金屬電子應(yīng)用稀有金屬在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用太陽(yáng)能電池銦、鎵、硒薄膜鋰電池鋰、鈷、鎳、錳燃料電池鉑族催化劑稀有金屬與環(huán)境科學(xué)環(huán)境監(jiān)測(cè)重金屬污染檢測(cè)水質(zhì)分析污染治理吸附材料催化降解生態(tài)毒理積累效應(yīng)食物鏈富集稀有金屬回收與循環(huán)利用廢棄電子產(chǎn)品手機(jī)、電腦回收分選拆解物理機(jī)械分離化學(xué)提取濕法冶金工藝再生利用進(jìn)入生產(chǎn)循環(huán)4稀有金屬的生物效應(yīng)必需微量元素鋅、鉻、鈷生理功能不可替代缺乏引起疾病毒理學(xué)研究鉛、鎘、汞生物累積效應(yīng)神經(jīng)毒性稀有金屬的納米材料納米尺度特殊性質(zhì)催化活性顯著提高稀有金屬的表面處理技術(shù)表面清潔除油、除氧化層電鍍工藝鍍鉻、鍍金、鍍釕物理氣相沉積高性能薄膜稀有金屬的焊接技術(shù)1特種焊接方法電子束焊接、激光焊接2保護(hù)氣氛惰性氣體防氧化焊接材料純度要求高稀有金屬的無(wú)損檢測(cè)X射線檢測(cè)內(nèi)部缺陷可視化超聲波檢測(cè)精細(xì)裂紋識(shí)別渦流檢測(cè)表面缺陷快速篩查稀有金屬的腐蝕與防護(hù)腐蝕機(jī)理電化學(xué)腐蝕應(yīng)力腐蝕開裂氫脆現(xiàn)象防腐技術(shù)陽(yáng)極保護(hù)表面涂層陰極保護(hù)稀有金屬的熱處理1固溶處理高溫均勻化淬火快速冷卻時(shí)效處理析出強(qiáng)化稀有金屬的塑性加工擠壓制造復(fù)雜截面型材鍛造改善內(nèi)部組織軋制生產(chǎn)板材、箔材稀有金屬的粉末冶金1制粉技術(shù)氣體霧化、機(jī)械研磨2成形壓制、注射成型3燒結(jié)工藝真空燒結(jié)、熱等靜壓稀有金屬的增材制造3D打印技術(shù)選擇性激光熔化2材料開發(fā)特種金屬粉末工藝優(yōu)化降低缺陷率復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)拓?fù)鋬?yōu)化稀有金屬的計(jì)算材料學(xué)第一性原理計(jì)算預(yù)測(cè)材料性能無(wú)需實(shí)驗(yàn)參數(shù)分子動(dòng)力學(xué)模擬原子尺度行為熱力學(xué)性質(zhì)材料基因組計(jì)劃高通量篩選加速材料開發(fā)稀有金屬的產(chǎn)業(yè)鏈下游應(yīng)用產(chǎn)業(yè)終端產(chǎn)品制造2中游冶煉加工金屬提純與合金制備上游資源開發(fā)礦山勘探開采稀有金屬的市場(chǎng)分析釹價(jià)格鋰價(jià)格稀有金屬的國(guó)際貿(mào)易65%中國(guó)出口占比稀土全球供應(yīng)80%日本進(jìn)口依賴高端電子制造45%美國(guó)進(jìn)口比例戰(zhàn)略金屬需求稀有金屬的戰(zhàn)略意義國(guó)防工業(yè)軍事裝備必需材料戰(zhàn)略儲(chǔ)備確保供應(yīng)安全地緣政治影響資源控制帶來(lái)話語(yǔ)權(quán)稀有金屬的可持續(xù)發(fā)展資源節(jié)約高效低耗開采循環(huán)經(jīng)濟(jì)廢物再生利用綠色冶金低碳環(huán)保工藝清潔生產(chǎn)污染物排放控制稀有金屬的未來(lái)展望新材料開發(fā)