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稀土金属，或称稀土元素，是元素周期表上第Ⅲ族之钪、钇和镧系元素共17种金属化学元素的合称，皆属于副族元素。钪和钇因为经常与镧系元素在矿床中共生，且具有相似的化学性质，故被认为是稀土元素的一员。
与其名称暗示的不同，稀土元素在地壳中的丰度相当高（钷除外），其中铈在地壳元素丰度排名第25，占0.0068%（与铜接近），是含量最高的稀土元素。虽然稀土元素并不稀有，但其倾向于两两或多种一起生成合金，而难以将稀土元素彼此单独分离，此外稀土元素在地壳中的分布相当分散，很少有稀土元素集中到容许商业开采的矿床，因此被称为“稀土”元素。人类第一种发现的稀土矿物是从瑞典伊特比村的矿山中提取出的硅铍钇矿，许多稀土元素的英文名称正源自于此地。
性质
多数呈银灰色，有光泽，晶体结构多为六方最密堆积（HCP）或面心立方（FCC）。性质较软，在潮湿空气中不易保存，易溶于稀酸。
原子价主要是+3价（铈正四价较稳定，镨和铽也有极个别的四价氧化物，钐、铕、镱有二价化合物），能形成稳定的配位化合物及微溶于水的草酸盐、氟化物、碳酸盐、磷酸盐及氢氧化物等。
在三价稀土氧化物中，氧化镧的吸水性和碱性与氧化钙相似，其余则依次转弱。三价稀土的化学性质除钪的差异较显著外，其余都很相似，所以分离较难。
钷是唯一一个没有稳定同位素的稀土元素，其寿命最长的同位素145Pm的半衰期为17.7年。
稀土金属所含元素
具体的稀土金属包括：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个元素密切相关的两个元素：钪（Sc）和钇（Y），称为稀土元素（Rare Earth），简称稀土（RE）。
分类
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：
也可分为铈组（镧、铈、镨、钕、钷、钐）和钇组（铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、钇）。
稀土元素列表
| Z | 化学符号 | 名称 | 英文名 | 词源 | 应用范围 | 丰度[1][2] （ppm） |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 21 | Sc | 钪 | Scandium | 源自第一个稀土矿石被发现的半岛斯堪的纳维亚之拉丁语名"Scandia"。 | 铝钪合金（用于制造航天器械）、水银灯配件 | 22 |
| 39 | Y | 钇 | Yttrium | 源自第一个稀土矿石被发现的地方，瑞典伊特比村之名（Ytterby）。 | 钇铝石榴石（YAG）、YBCO高温超导体、钇铁石榴石（YIG） | 33 |
| 57 | La | 镧 | Lanthanum | 源自希腊语"lanthanon"，意为隐藏。 | 高折射率玻璃、燧石、氢气储藏装置、电池电极、相机镜片、石油提炼液体催化过程（FCC）催化剂 | 39 |
| 58 | Ce | 铈 | Cerium | 源自矮行星谷神星（Ceres）之名。 | 氧化剂、抛光粉、玻璃和瓷器的黄色染料、石油提炼液体催化过程（FCC）催化剂 | 66.5 |
| 59 | Pr | 镨 | Praseodymium | 源自希腊语"prasios"，意为韭菜绿，以及"didymos"，意为双胞胎。 | 稀土磁铁、激光、玻璃和珐琅制品染料、燧石 | 9.2 |
| 60 | Nd | 钕 | Neodymium | 源自希腊语"neo"，意为新的，以及"didymos"，意为双胞胎。 | 稀土磁铁、激光、玻璃和瓷器的紫色染料、陶瓷电容器 | 41.5 |
| 61 | Pm | 钷 | Promethium | 源自希腊神话中盗火者普罗米修斯（Prometheus）之名。 | 核电池 | 1×10−15[3] |
| 62 | Sm | 钐 | Samarium | 源自俄罗斯矿业工程师Vasili Samarsky-Bykhovets之名。稀土矿石铌钇矿就是以他的名字命名的。 | 稀土磁铁、激光、中子捕获装置、激微波 | 7.05 |
| 63 | Eu | 铕 | Europium | 源自欧洲（Europe）一词。 | 红色和蓝色的荧光粉、激光、水银灯部件 | 2 |
| 64 | Gd | 钆 | Gadolinium | 源自约翰·加多林之名，以纪念他对稀土的研究。 | 稀土磁铁、高折射指数玻璃、石榴石、激光、X射线管、电脑记忆体、中子捕获装置 | 6.2 |
| 65 | Tb | 铽 | Terbium | 源自瑞典伊特比村之名。 | 绿色荧光粉、激光、荧光灯 | 1.2 |
| 66 | Dy | 镝 | Dysprosium | 源自希腊语"dysprositos"，意为难以获得. | 稀土磁铁、激光、中子捕获装置 | 5.2 |
| 67 | Ho | 钬 | Holmium | 源自其发现者的故乡斯德哥尔摩之拉丁语名"Holmia"。 | 激光、金属卤素灯添加剂 | 1.3 |
| 68 | Er | 铒 | Erbium | 源自瑞典伊特比村之名。 | 激光、光纤放大器掺入剂、钒钢 | 3.5 |
| 69 | Tm | 铥 | Thulium | 源自希腊神话中的北方神秘之地图勒（Thule）。 | 便携式X射线机、金属卤素灯添加剂 | 0.52 |
| 70 | Yb | 镱 | Ytterbium | 源自瑞典伊特比村之名。 | 红外线激光、还原剂、应力计、牙齿填料 | 3.2 |
| 71 | Lu | 镥 | Lutetium | 源自法国村镇Lutetia之名（现为巴黎）。 | 高折射率玻璃、石油工业催化剂、特殊合金 | 0.8 |
相关英文缩写
- RE = 稀土（Rare Earth）
- REM = 稀土金属（Rare Earth Metals）
- REE = 稀土元素（Rare Earth Elements）
- REO = 稀土氧化物（Rare Earth Oxides）
- LREE = 轻稀土元素（Light Rare Earth Elements，镧~钐）
- HREE = 重稀土元素（Heavy Rare Earth Elements，钪、钇、铕~镥）
分布
各种稀土元素常以差别很大的含量存在于同一矿石中，如独居石及氟碳铈矿中以轻稀土为主，钪钇矿石以钪和钇为主，黑稀金矿以钇及重稀土为主。
全世界已知有约9261万吨稀土矿，其中有约占36%储藏在中国。内蒙古包头市的白云鄂博、江西、广东、四川等地混合矿储量巨大。中国是目前世界第一大稀土矿生产国，也是稀土矿第一大出口国，约占世界出口额总量的90%。2009年中国开始管控和限制稀土矿石出口，此举有利于保护资源环境和遏制过度开发，但同时也引起美日欧等国家的不满。2012年3月美国表示将就中国限制稀土矿出口问题向世贸组织提起诉讼，欧盟和日本将会支持并参与其中[4]。中国报道称美国和其它国家虽有大量稀土矿资源，但因其国内工资远高于中国，开采经济效益不高，故长期向中国廉价进口。各国普遍认为中国限制稀土出口与中日领土争端有关，而中国则指责美国和其它国家为战略储备和保护珍贵资源的目的长期向中国廉价进口，中国以此为理由限制稀土出口规模[5]。
其它拥有稀土资源的国家和地区有独联体国家（19%）、美国（13%）、澳大利亚（5%）、印度（3.14%）、加拿大、南非、巴西、马来西亚和越南等，而欧盟和日本基本没有稀土资源。它们的稀土来源主要从中国进口[6]。
由于对中国金属出口的需求增加和紧缩，一些国家正在储存稀土资源。[7]寻找澳大利亚、巴西、加拿大、南非、坦桑尼亚、格陵兰和美国等处的替代来源。当中国在20世纪90年代开始削格竞争时，这些国家因此关闭矿山，由于生产门槛复杂，需要几年时间重启生产。[8]
日本科学家于2011年7月4日声称，在太平洋海底发现巨大的稀土蕴藏，可开采量约是全球陆地上已证实藏量的1000倍。又2012年6月28日东京大学研究团队在日本最东端的南鸟岛周边海域，发现含大量稀土的泥矿床，其蕴藏量相当于日本约230年的消费量。
稀土金属矿之开采
由周期表特性可知稀土元素不易形成大规模矿区，必以大量挖掘后再予以过滤。副作用是损失大量土方及飞尘污染，容易引发居民抗议，因此多被苛征巨额环保税。
扣除上列因素，原则上能挖掘的古大陆地形都能开采稀土，早期伴随煤铁石油钻石矿区一起挖掘，例如：近北极圈各国与中欧；机械工具发达后便不受限制，多半由运输成本及出口税率而定，例如前苏联、中国与澳洲等。
迄2010年底为止主要稀土出口地为中国，可精炼冶金品目前由大型矿业或钢铁公司掌握专利，例如：必和必拓（BHP Billiton）、力拓（Rio Tinto）、淡水河谷（Vale）等等。此外为增加工作人口，澳洲、中国、巴西等地都有意提高原料出口价格，以吸引矿商与金属业者到地主国投资先进冶金技术。
然而稀土开采也在部分地方引起争议，其中澳大利亚厂商莱纳斯便在马来西亚关丹市设有炼油厂，遭到当地居民和环保人士的反对，因作业过程中将会把危害人体的化学废料储存在当地。[9]关丹也因为开采铝土矿而使市内道路满地红尘。[10]
应用
稀土已被广泛应用于国防工业、冶金、机械、电子、石油、化工、玻璃、陶瓷、纺织、皮革、农牧养殖等各传统方面领域，在社会生活中几乎随处可见。
作为改性添加元素在钢铁和有色金属中加入极少量稀土就能明显改善金属材料性能，提高钢材的强度及耐磨性和抗腐蚀性能力。[11]
“稀土金属”一词存在的争议
“稀土”中的“土”字实际上指的是氧化物。这些元素被发现时人们以为它们在地球上分布非常稀少。实际上它们在地壳内的含量并不算太低，最高的铈是地壳中第25丰富的元素，比铅还要高，而“稀土金属”中稳定元素里丰度最低的镥在地壳中的含量比金甚至还要高出200倍。
参见
参考文献
- ↑ Keith R. Long; Bradley S. Van Gosen; Nora K. Foley; Daniel Cordier. The Geology of Rare Earth Elements. Geology.com. [2018-06-19].
- ↑ Lide (1997).
- ↑ Fritz Ullmann (编). Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 31. Contributor: Matthias Bohnet 6th. Wiley-VCH. 2003: 24. ISBN 978-3-527-30385-4.
- ↑ 美国将就中国稀土出口问题向世贸组织提出诉讼
- ↑ 人民网评：应对稀土贸易战，中国理直气壮. [2012-03-15].
- ↑ 网易特别策划_ 遭遇美日欧围剿 中国打响“稀土之战”. [2012-03-16].
- ↑ Reuters (September 6, 2011). "EU stockpiles rare earths as tensions with China rise" e". Financial Post. Retrieved 2011-09-07.
- ↑ Livergood, R. (5 October 2010). "Rare Earth Elements: A Wrench in the Supply Chain" (PDF). Center for Strategic and International Studies. Retrieved 2012-03-13.
- ↑ 存档副本. [2019-05-30].
- ↑ 存档副本. [2019-05-30].
- ↑ 2009-2012年中国稀土市场投资分析及前景预测报告（09年5月）
外部链接
- 中国稀土学会
- 中国稀土网
- 西藏矿业咨询网《稀土的性质及应用》
- Tabuchi, Hiroko. Japan Recycles Rare Earth Minerals From Used Electronics. The New York Times. 5 October 2010 （英语）.
- Kan, Michael. Common gadgets may be affected by shortage of rare earths. New Zealand PC World Magazine. 7 October 2010 [6 October 2010] （英语）.
- Auslin, Michael. Japan's Rare-Earth Jolt. Wall Street Journal. 13 October 2010 [13 October 2010] （英语）.
