~:~認識“靈巧炸彈”稀土~:~(上)
“中東有石油，中國有稀土”中國人控制了稀土，就相當手握印鈔機，這是中國從鐵礦石談判中總結出的最深刻教訓！
稀土是21世紀重要的戰略資源,是現代工業的“味精”。由於其具有優良的光電磁等物理特性，能與其他材料組成性能各異、品種繁多的新型材料，其最顯著的功能就是大幅度提高其他產品的品質和性能。因而在國防戰略武器、新材料開發、資訊產業、生物工程上應用越來越廣泛。比如大幅度提高用於製造坦克、飛機、導彈的鋼材、鋁合金、鎂合金、鈦合金的戰術性能。而且，稀土同樣是電子、鐳射、核工業、超導等諸多高科技的潤滑劑。稀土科技一旦用於軍事，必然帶來軍事科技的躍升。從一定意義上說，美軍在冷戰後幾次局部戰爭中壓倒性控制，以及能夠對敵人肆無忌憚地公開戮，正緣於稀土科技領域的超人一等。
“中國控制稀土出口、破壞世界稀土供應，甚至威脅美國的安全” 美國《防務新聞》載文拜倫.金說，“如果沒有這些元素，我們將不再有電視螢幕、電腦硬碟、光纖電纜、數碼相機和大多數醫療成像設備。”拜倫.金還說，稀土還是形成強力磁鐵的元素，“很少有人知道強力磁鐵是美國國防庫存中所有導彈定向系統中至關重要的因素”，“沒有稀土，你還得告別航太發射和衛星，全球的煉油系統也會停轉。就連不環保的汽車也依賴稀土元素”。美國尖端武器研發所需的稀土大多來自中國，由於中方不斷加強對稀土出口的控制，美國國防部被迫開始探討應對措施。
清華大學研究員周世儉對《環球時報》說，中國稀土儲量世界第一，美國也是名列前茅。但美國以保護環境為由，不開採本國稀土，而是購買中國的。“如果真如美國所說，中國控制稀土會威脅美國國家安全，美國人為什麼不用自己的呢？畢竟保護環境比威脅安全次要得多。美國的做法太虛偽了。”
在“稀士王國”之稱的中國江西省贛州市得到１８億元政府撥款，啟動稀士收儲計畫，一次性收購稀士原礦約１萬噸。這使８８家開採稀士的礦廠重新開工。據悉，中國還將在其他稀士產區推行類似計畫，讓全國的稀士開採企業重續資金鏈，恢復生產。中國政府啟動國家收儲計畫給開採企業吃下定心丸——開採出來的稀士資源一定賣得出去。
中國開始完善稀土等戰略資源的儲備機制。目前因技術條件制約無法加以利用的資源，可以先儲存起來，以備日後技術條件成熟再投入工業生產。中國已開始在包頭市、贛州市等地設立稀土資源儲備基地，將提煉過的稀士儲存在大型庫房中。這些稀士經過簡單加工後就可投入工業生產。《金融時報》指出，以中國目前的科技發展速度，很快就能突破技術瓶頸，利用儲備的稀士資源主生產所需的工業產品。
稀土是週期系ⅢB族中原子序數為21、39和57～71的17種化學元素的統稱。稀土是製造被稱為“靈巧炸彈”的精密制導武器、雷達和夜視鏡等各種武器裝備不可缺少的元素。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。
化學元素週期表中鑭系元素——鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、鉕(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、鑥(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(RareEarth)。簡稱稀土(RE或R)。其中原子序數為57～71的15種化學元素又統稱為鑭系元素。
稀土元素是製造被稱為“靈巧炸彈”的精密制導武器、雷達和夜視鏡等各種武器裝備不可缺少的元素。其中，鈧是典型的分散元素，鉕是自然界中極為稀少的放射性元素。這兩種元素與其他稀土元素在礦物中很少共生，故在稀土生產中一般不包括它們。其餘的元素常以微量共同存在于獨居石和鈧釔等礦石中。在自然界中主要礦物有獨居石、鈰矽石、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。
“稀土”這一名詞起源於1794年，原意是指鑭及鑭系元素以及與其化學性質十分相似的鈧、釔17個元素的氧化物而言。鈧和釔被列入稀土金屬的原因是它們往往與鑭系元素出現在同一礦床中。我國用“RE”表示稀土的符號。實際上它們在地殼內的含量相當高，最高的鈰是地殼中第25豐富的元素，比鉛還要高。而最低的“稀土金屬”鎦在地殼中的含量比金甚至還要高出200倍。因此國際純粹與應用化學聯合會現在已經廢棄了“稀土金屬”這個稱呼。
稀土元素同屬於元素週期表第ⅢＢ族，化學性質十分相近。除鉕、鈧以外，根據稀土礦物的形成特點，分離工藝上的要求，將其分為兩組或三組。常見的分組方法如下：（應當指出，分組的界限並沒有嚴格的統一標準）
按礦物特點分：鈰組（輕稀土）—鑭、鈰、鐠、釹、鉕、釤和銪；釔組（重稀土）—釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、鑥、釔和鈧。鈰組與釔組之別，是因為礦物經分離得到的稀土混合物中，常以鈰或釔比例多的而得名。
按硫酸複鹽溶解度分：鈰組（硫酸複鹽難溶）—鑭、鈰、鐠、釹和鉕；鋱組（硫酸複鹽微溶）—釤、銪、釓、鋱、鏑和鈥；釔組（硫酸複鹽易溶）—銪、鉺、銩、鐿、鑥、釔和鈧。
按萃取分離分：輕稀土（P204弱酸度萃取）—鑭、鈰、鐠、釹和鉕；中稀土（P204低酸度萃取）—釤、銪、釓、鋱和鏑；重稀土（P204中酸度萃取）—鈥、銪、鉺、銩、鐿、鑥、釔和鈧。
稀土一詞是歷史遺留下來的名稱。稀土元素是從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。通常把鑭、鈰、鐠、釹、鉕、釤、銪稱為輕稀土或鈰組稀土；把釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、鑥釔稱為重稀土或釔組稀土。
也有的根據稀土元素物理化學性質的相似性和差異性，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、鉕；中稀土組為釤、銪、釓、鋱、鏑；重稀土組為鈥、鉺、銩、鐿、鑥、釔。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)等制得鉕，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。鉕是美國人馬林斯基、格蘭德寧(L.E.Glendenin)和科列爾(C.D.Coryell)用離子交換分離，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鉕，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鉕。
稀土金屬都是具有銀白色光澤的金屬，質軟。它們的化學性質很活潑，也很相似，化合價一般是＋3價；能與熱水作用產生氫(鈧除外)，並易溶於稀酸；能形成穩定的配合物,也能形成微溶于水的草酸鹽、氟化物、碳酸鹽、磷酸鹽和氫氧化物等。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，由於熔點較低，在電解過程可呈熔融狀態在陰極上析出，故一般均採用電解法制取。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，後者則以氧化物的形式加入。稀土元素可應用於冶金、電子、原子能、化學等工業，在合金鋼和非鐵合金中摻入少量混合稀土元素，可改善性能。
大多數稀土金屬呈現順磁性。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於核反應爐控制材料的鎘、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。
稀土金屬已廣泛應用於電子、石油化工、冶金、機械、能源、輕工、環境保護、農業等領域。應用稀土可生產螢光材料、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、鐳射材料、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。
稀土元素在地殼中的含量並不稀少，總的克拉克值達到了２３４.５１％，比常見元素銅（克拉克值１０％）、鋅（克拉克值５％）、錫（克拉克值４％）、鉛（克拉克值１６％）、鎳（克拉克值８％）、鈷（克拉克值３％）都多（見表２１）。
稀土元素在自然界礦物中的分佈總體上看存在著三個特點：①隨原子序數的增加，稀土元素的克拉克值呈下降趨勢；②原子序數為偶數的稀土元素的克拉克值一般大於與其相鄰的奇數元素；③鈰組元素（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ）在地殼的含量大於釔組元素（Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ）。
自然界中，稀土主要富集在花崗岩、鹼性岩、鹼性超基性岩及與它們有關的礦床中。稀土元素在礦物中的賦存狀態，按礦物晶體化學分析主要有三種。
（１）稀土元素參加礦物的晶格，構成礦物必不可少的組成部分。這類礦物通常稱之為稀土礦物。獨居石（ＲＥＰＯ４）、氟碳鈰礦（［Ｌａ、Ｃｅ］ＦＣＯ３）都屬於此類。
（２）稀土元素以類質同象置換礦物中Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｍｎ、Ｚｒ等元素的形式分散在礦物中。這類礦物在自然界中較多，但是大多數礦物中的稀土含量較低。含稀土的螢石、磷灰石均屬於此類。
（３）稀土元素呈離子吸附狀態賦存於某些礦物的表面或顆粒之間。這類礦物屬於風化殼淋積型礦物，稀土離子吸附於哪種礦物與該種礦物風化前所含礦母岩有關。例如，風化前的岩石由雲母和氟碳鈰礦組成，風化後，稀土離子則吸附在雲母礦表面上。目前已發現這類礦物中的稀土元素大多數是以離子狀態吸附在高嶺石和雲母表面上，只有少量的稀土元素仍以未風化前的稀土礦物存在。
稀土元素在地殼中平均含量為165.35×10-6(黎彤，1976)。在自然界中稀土元素主要以單礦物形式存在，目前世界上已發現的稀土礦物和含稀土元素的礦物有250多種，其中稀土含量ΣREE＞5.8%的有50～65種，可視為稀土獨立的礦物。重要的稀土礦物主要為氟碳酸鹽和磷酸鹽。
稀土礦物總的特點1>是缺少硫化物和硫酸鹽(只有極個別的)，這說明稀土元素具有親氧性；2>是稀土的矽酸鹽主要是島狀，沒有層狀、架狀和鏈狀構造；3>是部分稀土礦物(特別是複雜的氧化物及矽酸鹽)呈現非晶質狀態；4>是稀土礦物的分佈，在岩漿岩及偉晶岩中以矽酸鹽及氧化物為主，在熱液礦床及風化殼礦床中以氟碳酸鹽、磷酸鹽為主。富釔的礦物大部分都賦存在花崗岩類岩石和與其有關的偉晶岩、氣成熱液礦床及熱液礦床中；5>是稀土元素由於其原子結構、化學和晶體化學性質相近而經常共生在同一個礦物中，即鈰族稀土和釔族稀土元素常共存在一個礦物中，但這類元素並非等量共存，有些礦物以含鈰族稀土為主，有些礦物則以釔族為主。
在目前已發現的250多種稀土礦物和含稀土元素的礦物，適合現今選冶條件的工業礦物僅有10餘種：1)含鈰族稀土(鑭、鈰、釹)的礦物：氟碳鈰礦、氟碳鈣鈰礦、氟碳鈰鈣礦、氟碳鋇鈰礦和獨居石。2)富釤及釓的礦物：矽鈹釔礦、鈮釔礦、黑稀金礦。3)含釔族稀土(釔、鏑、鉺、銩等)的礦物：磷釔礦、氟碳鈣釔礦、釔易解石、褐釔鈮礦、黑稀金礦。
中國是世界上稀土資源最為豐富的國家，無論稀土儲量還是稀土產量都位居世界第一。同世界各國的稀土資源相比較，我國的稀土資源具有如下５個方面的特點：①儲量大。我國的稀土儲量占現已探明世界儲量的４３％。②分佈廣。稀土礦廣泛分佈在我國１８個省、自治區。這為我國的稀土工業的合理佈局提供了有利條件。③礦種全。在我國已經知道的具有重要工業意義的稀土礦幾乎都能找得到，而且頗具規模，得到了開發利用。④類型多。我國稀土礦床類型數量超過了世界上任何一個國家。其中國外稀少的沉積變化質-熱液交代型鈮-稀土-鐵礦床和風化殼淋積型稀土礦床在我國卻是規模甚大的工業礦床。⑤價值高。在我國氟碳鈰礦與獨居石混合型稀土礦物中，高價值的銪、釹、鐠的含量均高於美國的芒廷帕斯氟碳鈰礦。特別是，我國的離子吸附型礦中富含銪、鋱、鏑、釔等重稀土元素，其經濟價值是世界罕見的。
目前，世界上已經知道的稀土礦物大約有１６９種，而含有稀土元素的礦物有２５０多種，但是被冶金行業利用具有工業意義的礦物僅有十幾種。諸多的稀土礦物按照稀土元素在礦物中的化學組成、稀土元素在礦物的配分、晶體結構和晶體化學特徵等方面的區別可以分成若干類別。稀土冶金行業通常按照化學組成將稀土礦物分成９類，按照稀土配分分成兩大類。
按照稀土元素在礦物中的化學組成分類①氟化物類礦物：釔螢石、氟鈣釔石、氟鈰礦等。②碳酸鹽及氟碳酸鹽類礦物：碳酸鍶鈰礦、氟碳鈰礦等。③磷酸鹽類礦物：獨居石、磷釔礦等。④矽酸鹽類礦物：矽鈹釔礦、鈰矽磷灰石、鈧釔石、市矽石等。⑤氧化物類礦物：褐釔鈮礦、易解石、黑希金礦等。⑥硼酸鹽類礦物：水鈰硼鈣石。⑦硫酸鹽類礦物：水氟鈣釔釩。⑧釩酸鹽類礦物：釩釔礦等。⑨砷酸鹽類礦物：砷釔石、開來石等。
在自然界中，有些礦物經常以多酸鹽礦物形式存在。例如：鈰矽磷灰石（矽酸磷酸鹽）、硼矽鋇釔礦（矽酸硼酸鹽）都屬於這一類的礦物。因此，也可以按照不同類礦物的共存方式進一步將稀土礦物分成許多類別。在上述的９類礦物中，前５類的儲量遠大於後４類，而且選礦和冶金過程相對容易，是主要的稀土工業礦物。
按照稀土元素在礦物中的配分分類（１）完全配分型在此類礦物中，鈰組元素和釔組元素的含量之間差別不大，沒有較強的選擇性。例如，鈰磷灰石中鈰組元素的含量稍高於釔組元素的含量，而釔螢石中釔組元素的含量稍高於鈰組元素含量，但是差別都不大。（２）選擇配分型在此類礦物中鈰組元素和釔組元素有較大的選擇性，且兩組元素的含量差別很大。例如，獨居石、氟碳鈰礦和褐簾石中鈰組元素的含量遠高於釔組元素的含量，而磷釔礦、褐釔鈮礦以及離子吸附型礦中的釔組元素含量遠高於鈰組元素含量。為此，習慣上稱前者為輕稀土礦，稱後者為重稀土礦。在我國由於磷釔礦、褐釔鈮礦以及離子吸附型礦主要產於南方地區，因而也稱之為南方稀土礦。
在選擇性礦物中往往是一兩種稀土元素特別富集。例如，獨居石、氟碳鈰礦中鈰的含量接近５０％，鑭的含量在２５％～３０％左右；磷釔礦中釔的含量大於５０％；褐釔鈮礦中釔、鏑富集較多。這說明稀土礦物的配分並非是固定不變的，它與成礦的原因有關。
重要的稀土礦物是指稀土元素在礦物中含量較高，容易回收，並且能在礦物的處理過程中獲得較高的經濟收益的礦物。褐簾石、矽鈦鈰礦矽酸鹽以及硼酸鹽、砷酸鹽等類礦物，雖然稀土元素在其礦物中有一定的富集度，但是因為加工工藝複雜，提取成本過高，工業利用價值不大，目前仍然不被認為是重要的工業礦物。磷灰石中稀土含量很低，一般不被列入稀土礦物之列，但它卻是前蘇聯提取稀土的重要資源。
同樣，美國新墨西哥州產出的異性石，加拿大伊利奧特湖產出的鈾礦物，一般也不被看作稀土工業礦物，但是，由於在異性石中提取鋯，在鈾礦中提取鈾後，釔和其他稀土元素在副產品中得到了富集，進一步提取稀土產品比較容易，並且可以從中獲得較大的經濟效益，因此，這兩種礦物在當地則被認為是提取稀土的重要原料。由此可見，判別某稀土礦物是否具有重要的工業意義，應該依據該種礦物的直接回收價值和綜合利用價值而論。
根據近幾年對世界各國稀土礦的儲量與稀土礦山產量的統計可以知道，工業上目前使用的稀土礦物大約只有１０種，其中以獨居石、氟碳鈰礦、獨居石與氟碳鈰礦混合型礦、離子吸附型礦、磷釔礦產量最大，是最為重要的稀土工業礦物。(續)
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