基本简介
稀土,曾称稀土金属,或称稀土元素,是元素周期表第Ⅲ族副族元素钪、钇和镧系元素共17种化学元素的合称。稀土是製造被称为“灵巧炸弹”的精密製导武器、雷达和夜视镜等各种武器装备不可缺少的元素。因其天然丰度小,又以氧化物或含氧酸盐矿物共生形式存在,故叫“稀土”。
化学元素周期表中镧系元素——镧(La)、铈(Ce)、鐠(Pr)、钕(Nd)、鉕(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、镝(Dy)、鈥(Ho)、铒(Er)、銩(Tm)、镱(Yb)、鑥(Lu),以及与镧系的15个元素密切相关的两个元素——钪(Sc)和钇(Y)共17种元素,称为稀土元素(RareEarth),简称稀土(RE或R)。其中原子序数为57~71的15种化学元素又统称为镧系元素。
稀土有“工业维生素”的美称。 稀土[xītǔ]一词是历史遗留下来的名称。稀土元素是从18世纪末叶开始陆续发现,当时人们常把不溶于水的固体氧化物称为土。稀土一般是以氧化物状态分离出来的,虽然在地球上储量非常巨大,但冶炼提纯难度较大,显得较为稀少,得名稀土。一般而言,地球上的稀土以稀土氧化物形式存在。
稀土元素氧化物是指元素周期表中原子序数为57 到71 的15种镧系元素氧化物,以及与镧系元素化学性质相似的钪(Sc) 和钇(Y)共17 种元素的氧化物。稀土元素在石油、化工、冶金、纺织、陶瓷、玻璃、永磁材料等领域都得到了广泛的套用,随着科技的进步和套用技术的不断突破,稀土氧化物的价值将越来越大。
性质特点
根据稀土元素原子电子层结构和物理化学性质,以及它们在矿物中共生情况和不同的离子半径可产生不同性质的特征,十七种稀土元素通常分为二组:
轻稀土包括:镧、铈、鐠、钕、鉕、钐、铕、釓。
重稀土包括:鋱、镝、鈥、铒、銩、镱、鑥、钪。
基本特点
铈组(轻稀土)—镧、铈、鐠、钕、鉕、钐和铕;
钇组(重稀土)—釓、鋱、镝、鈥、铒、銩、镱、鑥和钪。
硫酸复盐溶解度
铈组(硫酸复盐难溶)—镧、铈、鐠、钕和鉕;
鋱组(硫酸复盐微溶)—钐、铕、釓、鋱、镝和鈥;
钇组(硫酸复盐易溶)—铕、铒、銩、镱、鑥和钪。
萃取分离分类
轻稀土(P204弱酸度萃取)—镧、铈、鐠、钕和鉕;
中稀土(P204低酸度萃取)—钐、铕、釓、鋱和镝;
重稀土(P204中酸度萃取)—鈥、铕、铒、銩、镱、鑥和钪。
种类介绍
独居石
独居石(Monazite)又名磷铈镧矿。
化学成分及性质:(Ce,La,Y,Th)[PO4]。成分变化很大。矿物成分中稀土氧化物含量可达50~68%。类质同象混入物有Y、Th、Ca、[SiO4]和[SO4]。独居石溶于H3PO4、HClO4、H2SO4中。
晶体结构及形态:单斜晶系,斜方柱晶类。晶体成板状,晶面常有条纹,有时为柱、锥、粒状。
物理性质:呈黄褐色、棕色、红色,间或有绿色。半透明至透明。条痕白色或浅红黄色。具有强玻璃光泽。硬度5.0~5.5。性脆。比重4.9~5.5。电磁性中弱。在X射线下发绿光。在阴极射线下不发光。
生成状态:产在花岗岩及花岗伟晶岩中;稀有金属碳酸岩中;云英岩与石英岩中;云霞正长岩、长霓岩与硷性正长伟晶岩中;阿尔卑斯型脉中;混合岩中;及风化壳与砂矿中。
用途:主要用来提取稀土元素。
产地:具有经济开採价值的独居石主要资源是沖积型或海滨砂矿床。最重要的海滨砂矿床是在澳大利亚沿海、巴西以及印度等沿海。此外,斯裏兰卡、马达加斯加、南非、马来西亚、中国、泰国、韩国、朝鲜等地都含有独居石的重砂矿床。
独居石的生产近几年呈下降趋势,主要原因是由于矿石中钍元素具有放射性,对环境有害。
氟碳铈矿
化学成分性质:(Ce,La)[CO3]F。机械混入物有SiO2、Al2O3、P2O5。氟碳铈矿易溶于稀HCl、HNO3、H2SO4、H3PO4。
晶体结构及形态:
六方晶系。复三方双锥晶类。晶体呈六方柱状或板状。细粒状集合体。
物理性质:黄色、红褐色、浅绿或褐色。玻璃光泽、油脂光泽,条痕呈白色、黄色,透明至半透明。硬度4~4.5,性脆,比重4.72~5.12,有时具放射性、具弱磁性。在薄片中透明,在透射光下无色或淡黄色,在阴极射线下不发光。
生成状态:产于稀有金属碳酸岩中;花岗岩及花岗伟晶岩中;与花岗正长岩有关的石英脉中;石英─铁锰碳酸盐岩脉中;砂矿中。
用途:它是提取铈族稀土元素的重要矿物原料。铈族元素可用于製作合金,提高金属的弹性、韧性和强度,是製作喷气式飞机、飞弹、发动机及耐热机械的重要零件。亦可用作防辐射线的防护外壳等。此外,铈族元素还用于製作各种有色玻璃。
截止到2011年12月,已发现的最大的氟碳铈矿位于中国内蒙古的白云鄂博矿,作为开採铁矿的副产品,它和独居石一道被开採出来,其稀土氧化物平均含量为5~6%。品位最高的工业氟碳铈矿矿床是美国加利福尼亚州的芒廷帕斯矿,这是世界上唯一以开採稀土为主的氟碳铈矿。
磷钇矿
化学成分及性质:Y[PO4]。成分中Y2O361.4%,P2O538.6%。有钇族稀土元素混入,其中以镱、铒、镝、釓为主。尚有锆、铀、钍等元素代替钇,同时伴随有硅代替磷。一般来说,磷钇矿中铀的含量大于钍。磷钇矿化学性质稳定。晶体结构及形态:四方晶系、复四方双锥晶类、呈粒状及块状。
物理性质:黄色、红褐色,有时呈黄绿色,亦呈棕色或淡褐色。条痕淡褐色。玻璃光泽,油脂光泽。硬度4~5,比重4.4~5.1,具有弱的多色性和放射性。
生成状态:主要产于花岗岩、花岗伟晶岩中。亦产于硷性花岗岩以及有关的矿床中。在砂矿中亦有产出。 用途:大量富集时,用作提炼稀土元素的矿物原料。
淋积型矿
淋积型稀土矿即离子吸附型稀土矿是中国特有的新型稀土矿物。所谓“离子吸附”系稀土元素不以化合物的形式存在,而是呈离子状态吸附于粘土矿物中。这些稀土易为强电解质交换而转入溶液,不需要破碎、选矿等工艺过程,而是直接浸取即可获得混合稀土氧化物。故这类矿的特点是:重稀土元素含量高,经济含量大,品位低,覆盖面大,多在丘陵地带,适于手工和半机械化开採,开採和浸取工艺简单。 风化壳淋积型稀土矿,主要分布在中国江西、广东、湖南、广西、福建等地。
作用用途
农业
研究结果表明,稀土元素可以提高植物的叶绿素含量,增强光合作用,促进根系发育,增加根系对养分吸收。稀土还能促进种子萌发,提高种子发芽率,促进幼苗生长。除了以上主要作用外,还具有使某些作物增强抗病、抗寒、抗旱的能力。
大量的研究还表明,使用适当浓度稀土元素能促进植物对养分的吸收、转化和利用。玉米用稀土拌种,出苗、拔节比对照早1~2天,株高增加0.2米,早熟3~5天,而且籽粒饱满,增产14%。大豆用稀土拌种,出苗提早1天,单株结荚数增加14.8~26.6个,3粒荚数增多,增产14.5%~20.0%。喷施稀土可使苹果和柑橘果实的Vc含量、总糖含量、糖酸比均有所提高,促进果实着色和早熟。并可抑製贮藏过程中呼吸强度,降低腐烂率。
军事
稀土有工业“黄金”之称,由于其具有优良的光电磁等物理特徵,能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料,其最显着的功能就是大幅度提高其他产品的质量和性能。比如大幅度提高用于製造坦克、飞机、飞弹的钢材、铝合金、镁合金、钛合金的战术性能。而且,稀土同样是电子、雷射、核工业、超导等诸多高科技的润滑剂。稀土科技一旦用于军事,必然带来军事科技的跃升。从一定意义上说,美军在冷战后几次局部战争中压倒性控製,以及能够对敌人肆无忌惮地公开杀戮,正缘于稀土科技领域的超人一等。
冶金工业
稀土金属或氟化物、硅化物加入钢中,能起到精炼、脱硫、中和低熔点有害杂质的作用,并可以改善钢的加工性能;稀土硅铁合金、稀土硅镁合金作为球化剂生产稀土球墨铸铁,由于这种球墨铸铁特别适用于生产有特殊要求的复杂球铁件,被广泛用于汽车、耕耘机、柴油机等机械製造业;稀土金属增加至镁、铝、铜、锌、镍等有色合金中,可以改善合金的物理化学性能,并提高合金室温及高温机械性能。
石油化工
用稀土製成的分子筛催化剂,具有活性高、选择性好、抗重金属中毒能力强的优点,因而取代了硅酸铝催化剂用于石油催化裂化过程;在合成氨生产过程中,用少量的硝酸稀土为助催化剂,其处理气量比镍铝催化剂大1.5倍;在合成顺丁橡胶和异戊橡胶过程中,採用环烷酸稀土-三异丁基铝型催化剂,所获得的产品性能优良,具有设备挂胶少,运转稳定,后处理工序短等优点;复合稀土氧化物还可以用作内燃机尾气凈化催化剂,环烷酸铈还可用作油漆催干剂等。
玻璃陶瓷
稀土氧化物或经过加工处理的稀土精矿,可作为抛光粉广泛用于光学玻璃、眼镜片、显像管、示波管、平板玻璃、塑胶及金属餐具的抛光;在熔製玻璃过程中,可利用二氧化铈对铁有很强的氧化作用,降低玻璃中的铁含量,以达到脱除玻璃中绿色的目的;增加稀土氧化物可以製得不同用途的光学玻璃和特种玻璃,其中包括能通过红外线、吸收紫外线的玻璃、耐酸及耐热的玻璃、防X-射线的玻璃等;在陶釉和瓷釉中增加稀土,可以减轻釉的碎裂性,并能使製品呈现不同的颜色和光泽,被广泛用于陶瓷工业。
新材料
稀土钴及钕铁硼永磁材料,具有高剩磁、高矫顽力和高磁能积,被广泛用于电子及航天工业;纯稀土氧化物和三氧化二铁化合而成的石榴石型铁氧体单晶及多晶,可用于微波与电子工业;用高纯氧化钕製作的钇铝石榴石和钕玻璃,可作为固体雷射材料;稀土六硼化物可用于製作电子发射的阴极材料;镧镍金属是70年代新发展起来的贮氢材料;铬酸镧是高温热电材料;近年来,世界各国採用钡钇铜氧元素改进的钡基氧化物製作的超导材料,可在液氮温区获得超导体,使超导材料的研製取得了突破性进展。此外,稀土还广泛用于照明光源,投影电视荧光粉、增感屏荧光粉、三基色荧光粉、影印灯粉;在农业方面,向田间作物施用微量的硝酸稀土,可使其产量增加5~10%;在轻纺工业中,稀土氯化物还广泛用于鞣製毛皮、皮毛染色、毛线染色及地毯染色等方面。
中国现状
储量下降
1998年,中国政府开始实施稀土产品出口配额许可证製度,并把稀土原料列入加工贸易禁止类商品目录。2006年,中国实施稀土开採总量控製管理。2008年,国家发布《全国矿产资源规划》,对稀土等保护性开採的特定矿种实行规划调控、限製开採、严格準入和综合利用。
国内稀土矿山但一系列政策的出台,仍阻止不了国内稀土生产行业的混乱。相关资料表明,每年变相出口和走私的稀土约在2万~3万吨。据工信部的相关负责人介绍,国外海关2011年统计的从中国进口稀土量,比我国海关统计的出口量高出1.2倍。
包头某稀土材料企业负责人向《中国科学报》记者介绍,大量无证、低价的稀土产品充斥市场,扰乱了稀土市场正常的交易秩序,严重影响正规企业的生存,甚至威胁到稀土产业的安全。
现状原因
产能过剩
因稀土行业管理失控所带来的产能过剩,已经对下游产业造成深远影响。
陈佔恆说,目前全国稀土分离企业产能达30多万吨,而市场需求仅在12万~15万吨之间,其中国际市场需求约为3万~5万吨,国内市场需求在7万~8万吨左右。
此外,由于国家调控导致的稀土价格上涨,也给其下游产业造成了巨大压力。以永磁材料为例,稀土永磁发电机的成本大幅上升,使得企业竞争力急剧下降。“这导致生产商一方面要降低永磁的使用量,只满足基本性能的最低要求,另一方面减少产量,甚至停止永磁电机的生产以避免亏损。”中国工程院院士顾国彪对《中国科学报》记者说。
“永磁风力发电机的发展给我们提出以下课题:上游如何与下游使用者互相推动新技术及产品的发展?谁来协调,如何提升产业结构?”顾国彪认为,“针对这样的情况,有关部门应加快建立稀土价格协调机製,上下游协同创新,保证行业有序发展,做到适调利好,惠及众家。”
高端产业链欠缺
在多位专家看来,解决稀土产能过剩的问题,关键在于加快稀土下游加工产业的升级改造,通过技术研发,构建高附加值的后端产业链。
陈佔恆介绍,在稀土新材料领域,国内的技术并不比国外差。新材料生产方面,除了催化材料产量只佔20%~30%以外,我国的永磁、发光材料、储氢材料、抛光材料等产量都是第一,“当前我国稀土消费佔总产量的70%左右”。
国内稀土矿山“但我们差在哪裏呢?除了许多技术的智慧产权受製于国外,我们擅长的还是稀土功能材料的生产,也就是初级产品,但这些材料最终都要做成产品的零部件,再加工技术亟须加强政策引导。”陈佔恆说。
工信部赛迪研究院原材料工业研究所所长袁开洪也向记者表示,目前我国稀土产业高端技术及装备研发不足,须在下一步的发展中着重解决。
陈佔恆认为,从资源开发、採矿选矿、分离、生产新材料、生产零部件、最终形成终端的民用产品或是工业化装备的产业链来讲,国内在拥有高附加值的后端产业链环节是很欠缺的。“不只是技术问题,还有些精细加工设备,产品设计、过程控製上的差距,我们离真正的高端製造业还差得很远,这些都需要解决。”
“只有高端产业链发展起来,我国的稀土行业才会得到更好的发展,宝贵的稀土资源才能体现其价值。”陈佔恆最后表示。
稀土是重要的战略资源,被誉为“工业维生素”,广泛运用于新能源、新材料、电子信息、航空航天等领域。目前,我国稀土产量佔据绝对地位,常年佔全球90%以上,但是我国稀土产业发展却陷入内忧外患。长期以来,环境污染问题突出、资源利用效率偏低、相关产品研发核心技术缺乏等问题,一直製约着我国稀土产业可持续发展。针对我国稀土产业发展面临的瓶颈问题,赫荣亮提出四点政策建议:第一,调整稀土出口政策,建立环保管控製度。一是建立企业环保识别标準製度。借镜我国企业屡遭碰壁的欧盟“绿色壁垒”政策,建议规定我国稀土生产企业,建立环境整治、开採、生产等方面环境内控製度。二是建立稀土出口企业环保重点监察製度和保证金製度。第二,开征稀土环境税,缓解地方治理成本压力。加快推进环境保护税出台,建议由中央和地方按照固定比例分享,并突出地方政府的环境治理责任。此外,由中央财政安排稀土污染环境治理专项资金,依据产区稀土开採和冶炼规模、污染治理投入需求、治理进度等情况,落实资金分配情况。第三,合理调整资源税,反映稀土市场真实价值。偏低的资源税税负难以体现稀土消耗的社会成本,难以实现节约资源,建议进一步调整稀土的资源税税负。一是改革计税方法,从量计征改为从价计征,提高稀土企业开採成本,发挥保护资源和环境的双重作用。二是反映级差收入,提高主产区资源税缴征比例。第四,落实税收返还和基金扶持政策,体现资源我用原则。积极扶持我国企业科技创新,扭转稀土技术受製于人的局面。强化财税支持力度,建立税收返还和基金扶持等奖励政策。一是税收返还製度。二是科技专项资金扶持。三是关键技术引进扶持。
最新讯息
中国稀土出口关税和配额政策,今年稍早遭世界贸易组织(WTO)裁定具有歧视性。中国準备取消受争议的稀土出口关税和配额。
稀土报道指,遵守WTO规则的做法将是中国政府的一项技术性调整,不过中国希望提高定价权力,并增加稀土下游产业份额的长期计画并没有改变。报道另引述业内讯息人士称,尽避中国对裁决提出抗诉,但预料将别无选择,只能接受裁决,并可能到明年取消稀土、钨和钼的出口限製。如果顺利,之后对其它产品的出口配额可能会在明年取消。
市场分析
中国是世界上稀土资源最丰富的国家。前瞻产业研究院发布的《中国稀土产业市场前瞻与投资战略规划分析报告》资料显示,根据2012年中国工信部在《中国的稀土状况与政策》中披露的资料,中国稀土储量目前约佔全球储量的23%,但中国的稀土资源却承担了世界90%以上的市场供应。
中国的稀土出口主要从20世纪70年代开始。1990年以前,整个稀土国际市场被美国、欧洲、俄罗斯所垄断;90年代初,随着中国出口放开,大量企业开始从事稀土出口贸易。随着出口竞争的加剧,带来的后果之一是欧美国家的稀土失去竞争力,中国稀土开始成为国际稀土市场"老大"。到2011年底,中国稀土供应量超过世界需求的90%。
稀土是很多重要高科技产品不可或缺的原材料,同时也属于不可再生资源。稀土资源的过度开发,不仅直接导致未来资源总量的减少,同时也造成生态环境破坏等突出问题。
1998年中国开始实施稀土出口配额许可证製度,并把稀土原料列入了加工贸易禁止类商品目录。据统计,2012年稀土出口配额34674吨;2013年稀土出口配额进一步减少,为30294吨,较2006年下降了 32.67%,稀土出口配额呈现逐年下降趋势。
据不完全统计,过去多数年份出口配额均有不少剩余,以2013年为例,截至10月底,中国累计出口稀土17911吨,仅佔全年出口配额总量的57.8%,一些出口配额没有使用。



















