稀土的發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)史

　　稀土的發(fā)現(xiàn)始于18世紀(jì)末，當(dāng)時(shí)人們把不溶于水的固體氧化物稱(chēng)之為土。雖然稀土在自然界儲(chǔ)量巨大，但由于稀土一般是以氧化物狀態(tài)分離出來(lái)的，其冶煉提純難度較大，顯得較為稀少，因此得名稀土。17種稀土元素并不是在同一時(shí)間被發(fā)現(xiàn)的，從1794年第一個(gè)稀土元素釔被發(fā)現(xiàn)，到1947年最后一個(gè)稀土元素钷被發(fā)現(xiàn)，整整經(jīng)歷了153年。

　　充滿歷史性誤會(huì)的發(fā)現(xiàn)歷史

　　在這漫長(zhǎng)的153年里，充滿了歷史性的誤會(huì)。

　　稀土元素最初被發(fā)現(xiàn)是這樣被描述的：稀土的發(fā)現(xiàn)始于北歐，1787年業(yè)余礦物學(xué)家阿累尼烏斯(C.A.Arrhenius)在斯德哥爾摩附近一個(gè)名叫伊特比(Yteerby)的小村尋得了一塊他從未見(jiàn)到過(guò)的黑色礦石，就借用這個(gè)村名將其命名為Yteerite。1794年芬蘭化學(xué)家加多林聲稱(chēng)(J.Gadolin)從這種礦物中發(fā)現(xiàn)了一種新元素"釔土"，將其命名為Yteelium(釔)。

　　人們就把這一年看作是發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)稀土元素"釔"的年代。其實(shí)，這是一種誤會(huì)。因?yàn)?，加多林?dāng)初發(fā)現(xiàn)的"釔土"并不是一種稀土元素，而只能說(shuō)是"釔組稀土"混合氧化物。后來(lái)的科學(xué)家，又從這種"釔土"中相繼發(fā)現(xiàn)了鐿、鉺、鋱等重稀土元素。原來(lái)是當(dāng)初的化學(xué)家們把這幾個(gè)"孿生姐妹"都當(dāng)成"一個(gè)人"了。同樣的誤會(huì)也發(fā)生在輕稀土身上。在發(fā)現(xiàn)"釔土"9年后的1803年，瑞典化學(xué)家伯采利烏斯(J.J.Berzelius)和他的老師黑新格爾(W.Hisingerr)提出發(fā)現(xiàn)了新元素"鈰土"的報(bào)告，并將其命名為Cerium(鈰)。其實(shí)，這個(gè)"鈰"當(dāng)初也不是比較純的氧化鈰，而只是"鈰組稀土"的混合氧化物。其后的化學(xué)家們，又從其中分離出鑭鐠釹等輕單一稀土元素。他們同樣是把幾個(gè)面孔極為相象的輕稀土"孿生兄弟"誤認(rèn)為是"一個(gè)人"了。

　　這種艱難尋找和誤會(huì)幾乎充滿了17種稀土元素發(fā)現(xiàn)的全過(guò)程。

　　1839年，也就是在伯采利烏斯發(fā)現(xiàn)"鈰"之后經(jīng)過(guò)36年，瑞典化學(xué)家莫桑德?tīng)?Carl Mosander)發(fā)現(xiàn)了"鑭"(其命名源于希臘語(yǔ)為"隱藏者"之意)。兩年后的1841年，莫桑德?tīng)栍謴?quot;鈰土"中發(fā)現(xiàn)了"迪迪姆"(Didymium，希臘語(yǔ)為"孿生子"的意思)，其實(shí)他就是鐠釹化合物。直到1885年，奧地利化學(xué)家韋爾斯巴克(C.F.Auer Von Welsbach)才發(fā)現(xiàn)原來(lái)這個(gè)"迪迪姆"并非只與鑭孿生，而他本身正是一對(duì)孿生子鐠和釹。從鐠釹化合物到真正發(fā)現(xiàn)單一的鐠和釹元素，竟然經(jīng)歷了整整44年。重稀土的發(fā)現(xiàn)也同樣經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的歷程，從發(fā)現(xiàn)釔，經(jīng)過(guò)發(fā)現(xiàn)鉺(1843年)、鐿(1878年)、鈥(1878年)、銩(1879年)，到1907年發(fā)現(xiàn)最后一個(gè)重稀土元素镥，竟然走過(guò)了113年。

　　化學(xué)元素周期表的最早發(fā)現(xiàn)者門(mén)捷列夫在世時(shí)，只發(fā)現(xiàn)了釔、鑭、鈰、鉺和鐠釹化合物(迪迪姆)，他已經(jīng)意識(shí)到稀土元素對(duì)他的周期表影響極大，但卻無(wú)法安排好他們的位置。在他去世前曾痛苦地寫(xiě)道："(稀土)這是周期表中最難的問(wèn)題之一"?；瘜W(xué)歷史學(xué)家說(shuō)，在1878年至1913年的35年中，各種科學(xué)雜志報(bào)道發(fā)現(xiàn)至少有100種稀土元素。當(dāng)然，絕大部分后來(lái)都被否定了。甚至還有人在愚人節(jié)那天，聲稱(chēng)發(fā)現(xiàn)了兩種新的稀土元素，用稀土跟大家開(kāi)了個(gè)玩笑，也算是給長(zhǎng)期郁悶的稀土發(fā)現(xiàn)史添加一個(gè)滑稽的小插曲。

　　直到1947年，美國(guó)人馬林斯克(J.A.Marinsky)和他的同事們?cè)谠臃磻?yīng)堆鈾廢料中分離出最后一個(gè)稀土元素钷，才算完成了17個(gè)稀土元素的全部發(fā)展史。也正是從這一年開(kāi)始，美國(guó)科學(xué)家發(fā)明了用離子交換法分離稀土，并由著名學(xué)者斯佩丁(F.H.Spedding)改進(jìn)了離子交換法工藝，能制備出公斤級(jí)的純凈單一稀土，為研究各種單一稀土的本征特性和開(kāi)發(fā)稀土的用途創(chuàng)造了基本的條件。使人們逐步對(duì)稀土豐富的光、電、磁和核性質(zhì)有所認(rèn)識(shí)，為各種稀土功能材料的研制和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。由此，稀土才由充滿誤會(huì)的元素發(fā)現(xiàn)期，真正步入了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展和作為戰(zhàn)略元素的應(yīng)用黃金期。稀土每個(gè)成員均有特性。它們個(gè)個(gè)身手不凡，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域各顯神通。特別是研究稀土元素特有的豐富的電子能級(jí)，利用其優(yōu)異的光、磁、電、聲、熱性能可以開(kāi)發(fā)出擁的優(yōu)異功能特性的新材料和新器件。科家們一致預(yù)言，在21世紀(jì)六大新技術(shù)領(lǐng)域——信息、生物、新材料、新能源、空間和海洋，稀土這個(gè)元素大家族一定會(huì)做出顯赫的貢獻(xiàn)。

　　圖片來(lái)源periodni.com/rare_earth_elements。

　　稀土發(fā)展歷程、現(xiàn)狀及前景

　　稀土發(fā)展歷程及現(xiàn)狀

　　中國(guó)是稀土資源較為豐富的國(guó)家之一，隨著新中國(guó)的成立，我國(guó)稀土工業(yè)也逐漸建立和發(fā)展起來(lái)。談到稀土工業(yè)的發(fā)展歷程，不得不談到稀土火法冶金技術(shù)的進(jìn)步和應(yīng)用市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，稀土火法冶金技術(shù)的發(fā)展可具體劃分為四個(gè)階段：(1)試驗(yàn)研究階段(1956～1966年)，這一階段主要研究制備稀土金屬工藝技術(shù);(2)稀土火法冶金技術(shù)工業(yè)化階段(1966～1980年)，這一階段主要是用試驗(yàn)研究的工藝技術(shù)建立試驗(yàn)廠;(3)稀土火法冶金工業(yè)技術(shù)完善階段(1980～1985年)，這一階段主要是完善設(shè)備、優(yōu)化工藝、穩(wěn)定批量生產(chǎn);(4)稀土火法冶金工業(yè)化技術(shù)提升階段(1985年以后)，這一階段主要研究了新工藝技術(shù)和裝備，提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本。

　　20世紀(jì)50年代以來(lái)，我國(guó)稀土行業(yè)取得了很大的進(jìn)步，特別是在20世紀(jì)70年代末實(shí)行改革開(kāi)放以來(lái)，中國(guó)稀土工業(yè)發(fā)展迅猛，稀土開(kāi)采、冶煉和應(yīng)用技術(shù)研發(fā)取得較大進(jìn)步，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。目前，我國(guó)建成了較為完整的稀土工業(yè)體系，市場(chǎng)環(huán)境逐步完善，科技水平進(jìn)一步提高，不僅基本滿足了國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的需要，也已成為世界上最大的稀土資源生產(chǎn)、出口和消費(fèi)國(guó)。稀土工業(yè)為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)做出了重要貢獻(xiàn)，也為世界高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展發(fā)揮了重要的促進(jìn)和支撐作用。特別是中國(guó)生產(chǎn)的稀土永磁材料、發(fā)光材料、儲(chǔ)氫材料、拋光材料等均占世界產(chǎn)量的70%以上。中國(guó)的稀土材料、器件以及節(jié)能燈、微特電機(jī)、鎳氫電池等終端產(chǎn)品，滿足了世界各國(guó)特別是發(fā)達(dá)國(guó)家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求，也為改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)提供了支持。

　　稀土行業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，不少問(wèn)題也隨之而來(lái)，中國(guó)為此付出了巨大的代價(jià)，主要表現(xiàn)在：資源過(guò)度開(kāi)發(fā)，導(dǎo)致中國(guó)稀土資源保有儲(chǔ)量及保障年限不斷下降，原有礦區(qū)資源加速衰減，原有礦山資源大多枯竭。生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重，稀土的開(kāi)采、選冶、分離存在落后生產(chǎn)工藝和技術(shù)，嚴(yán)重破壞地表植被，造成水土流失和土壤污染、酸化，進(jìn)而農(nóng)作物減產(chǎn)甚至絕收。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，產(chǎn)業(yè)集中度低，企業(yè)眾多，缺少具有核心競(jìng)爭(zhēng)力的大型企業(yè)，行業(yè)自律性差，形成產(chǎn)業(yè)惡性競(jìng)爭(zhēng)。價(jià)格嚴(yán)重背離價(jià)值，長(zhǎng)時(shí)間來(lái)，稀土價(jià)格沒(méi)有真實(shí)反映其價(jià)值，長(zhǎng)期走低，資源的稀缺性沒(méi)有得到合理體現(xiàn)，生態(tài)環(huán)境損失沒(méi)有得到合理補(bǔ)償。出口走私比較嚴(yán)重，受?chē)?guó)內(nèi)外需求等因素的影響，私采亂采盜采的問(wèn)題一直存在，走私出口現(xiàn)象嚴(yán)重。

　　我國(guó)政府針對(duì)稀土行業(yè)發(fā)展中存在的問(wèn)題，加大了行業(yè)的監(jiān)管力度。國(guó)務(wù)院于2011年5月正式頒布了《關(guān)于促進(jìn)稀土行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的若干意見(jiàn)》，把保護(hù)資源和環(huán)境、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展擺在更加重要的位置，依法加強(qiáng)對(duì)稀土開(kāi)采、生產(chǎn)、流通、進(jìn)出口等環(huán)節(jié)的管理，研究制定和修改完善加強(qiáng)稀土行業(yè)管理的相關(guān)法律法規(guī)。中國(guó)政府設(shè)立稀有金屬部際協(xié)調(diào)機(jī)制，統(tǒng)籌研究國(guó)家稀土發(fā)展戰(zhàn)略、規(guī)劃、計(jì)劃和政策等重大問(wèn)題;設(shè)立稀土辦公室，協(xié)調(diào)提出稀土開(kāi)采、生產(chǎn)、儲(chǔ)備、進(jìn)出口計(jì)劃等，國(guó)務(wù)院有關(guān)部門(mén)按職能分工，做好相應(yīng)管理工作。2012年4月，批準(zhǔn)成立中國(guó)稀土行業(yè)協(xié)會(huì)，發(fā)揮協(xié)會(huì)在行業(yè)自律、規(guī)范行業(yè)秩序、積極開(kāi)展國(guó)際合作交流等方面的重要作用?！兑庖?jiàn)》實(shí)施一年多來(lái)，行業(yè)發(fā)展方式加快轉(zhuǎn)變，行業(yè)發(fā)展秩序有了明顯改善。同時(shí)，開(kāi)采指令指標(biāo)的推出，稀土行業(yè)出口政策的出臺(tái)，連續(xù)幾年的稀土行業(yè)整頓，以及2014年初獲得國(guó)務(wù)院批復(fù)的六大集團(tuán)稀土整合方案，都對(duì)有效合理利用資源，促進(jìn)稀土利用與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，推進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，促進(jìn)公平的國(guó)際貿(mào)易合作起到積極的作用，對(duì)行業(yè)健康有序發(fā)展起到重要的積極引領(lǐng)及嚴(yán)厲監(jiān)管作用。

　　發(fā)展前景

　　稀土的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域主要是在冶金領(lǐng)域，主要應(yīng)用在鋼鐵、鑄鐵和有色金屬中。稀土的加入可以明顯改善鋼、鑄鐵和有色金屬的力學(xué)性能、工藝性能和使用性能。

　　自1985年以來(lái)，世界釹鐵硼磁體產(chǎn)量一直保持較高的增長(zhǎng)速度，雖然在進(jìn)入21世紀(jì)之時(shí)發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)濟(jì)不景氣，日本、美國(guó)、歐洲產(chǎn)量有所降低，但由于中國(guó)稀土永磁產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，使得世界稀土永磁體產(chǎn)量仍然保持了強(qiáng)勁的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，而且中國(guó)稀土永磁產(chǎn)業(yè)的快速勢(shì)頭在近些年將繼續(xù)持續(xù)下去。

　　稀土金屬具有無(wú)法取代的優(yōu)異磁、光、電性能，是高性能稀土永磁、儲(chǔ)氫、磁光存儲(chǔ)和記錄、超磁致伸縮、磁致冷等高新材料必不可少的基礎(chǔ)原料，這些材料廣泛用于計(jì)算機(jī)、高密度信息存儲(chǔ)、通訊、轉(zhuǎn)換、高精度導(dǎo)向、信息高速公路及國(guó)家安全防范等高科技領(lǐng)域。隨著稀土高新技術(shù)材料的飛速發(fā)展，稀土金屬的應(yīng)用領(lǐng)域也從冶金等傳統(tǒng)領(lǐng)域向新的、技術(shù)更加密集新材料領(lǐng)域發(fā)展。其中高性能NdFeB永磁和Ni-MH電池產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，已成為當(dāng)前稀土金屬用量增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域。

　　今后隨著稀土永磁材料新的應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，特別是以信息產(chǎn)業(yè)為代表的知識(shí)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，給稀土永磁材料不斷帶來(lái)新的用途，除了在計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、移動(dòng)電話、家用電器、醫(yī)療設(shè)備等方面的廣泛應(yīng)用外，汽車(chē)中的發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和音響系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)開(kāi)始，這將極大地帶動(dòng)釹鐵硼產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。隨著科技的不斷進(jìn)步，稀土的優(yōu)良性能將會(huì)更好的為航天、航空、軍事、汽車(chē)及其他新材料作出貢獻(xiàn)。