17種稀(xi)土元素名稱的由(yóu)來及用途淺說:
镧(lan)(La)
“镧”這個元素是1839年(nian)被命名的,當時有(yǒu)個叫“莫桑德”的瑞(ruì)典人發現铈土中(zhong)含有其它元素,他(tā)借用希臘語中“隐(yǐn)藏”一詞把這種元(yuán)素取名爲“镧”。從此(ci),镧便登上了曆史(shi)舞台。
镧的應用非(fei)常廣泛,如應用于(yú)壓電材料、電熱材(cai)料、熱電材料、磁阻(zu)材料、發光材料(蘭(lan)粉)、貯氫材料、光學(xué)玻璃、激光材料、各(gè)種合金材料等。她(tā)也應用到制備許(xu)多有機化工産品(pin)的催化劑中,光轉(zhuan)換農用薄膜也用(yòng)到镧,在國外,科學(xue)家把镧對作物的(de)作用賦與“超級鈣(gài)”的美稱。
铈(Ce)
“铈”這個(gè)元素是由德國人(rén)克勞普羅斯,瑞典(diǎn)人烏斯伯齊力、希(xi)生格爾于1803年發現(xian)并命名的,以紀念(niàn)1801年發現的小行星(xīng)——谷神星。铈廣泛應(ying)用于:
(1)铈作爲玻璃(lí)添加劑,能吸收紫(zi)外線與紅外線,現(xian)已被大量應用于(yu)汽車玻璃。不僅能(néng)防紫外線,還可降(jiang)低車内溫度,從而(er)節約空調用電。從(cóng)1997年起,日本汽車玻(bo)璃全加入氧化铈(shì),1996年用于汽車玻璃(lí)的氧化铈至少有(you)2000噸,美國約一千多(duō)噸。
(2)目前正将铈應(yīng)用到汽車尾氣淨(jing)化催化劑中,可有(you)效防止大量汽車(che)廢氣排到空氣中(zhōng)。美國在這方面的(de)消費量占稀土總(zong)消費量的三分之(zhī)一強。
(3)硫化铈可以(yǐ)取代鉛、镉等對環(huán)境和人類有害的(de)金屬應用到顔料(liào)中,可對塑料着色(se),也可用于塗料、油(you)墨和紙張等行業(yè)。目前領先的是法(fa)國羅納普朗克公(gōng)司。
(4)Ce:LiSAF激光系統是美(mei)國研制出來的固(gù)體激光器,通過監(jiān)測色氨酸濃度可(ke)用于探查生物武(wǔ)器,還可用于醫學(xué)。铈應用領域非常(cháng)廣泛,幾乎所有的(de)稀土應用領域中(zhōng)都含有铈。如抛光(guang)粉、儲氫材料、熱電(dian)材料、铈鎢電極、陶(tao)瓷電容器、壓電陶(táo)瓷、铈碳化矽磨料(liao)、燃料電池原料、汽(qi)油催化劑、某些永(yong)磁材料、各種合金(jīn)鋼及有色金屬等(děng)。
大約160年前,瑞典(diǎn)人莫桑德從镧中(zhōng)發現了一種新的(de)元素,但它不是單(dān)一元素,莫桑德發(fa)現這種元素的性(xing)質與镧非常相似(si),便将其定名爲“镨(pu)钕”。“镨钕”希臘語爲(wèi)“雙生子”之意。大約(yue)又過了40多年,也就(jiù)是發明汽燈紗罩(zhao)的1885年,奧地利人韋(wei)爾斯巴赫成功地(di)從“镨钕”中分離出(chu)了兩個元素,一個(gè)取名爲“钕”,另一個(ge)則命名爲“镨”。這種(zhǒng)“雙生子”被分隔開(kai)了,镨元素也有了(le)自己施展才華的(de)廣闊天地。
镨是用(yong)量較大的稀土元(yuán)素,其主要用于玻(bō)璃、陶瓷和磁性材(cai)料中。
(1)镨被廣泛應(yīng)用于建築陶瓷和(he)日用陶瓷中,其與(yǔ)陶瓷釉混合制成(cheng)色釉,也可單獨作(zuo)釉下顔料,制成的(de)顔料呈淡黃色,色(sè)調純正、淡雅。
(2)用于(yu)制造永磁體。選用(yong)廉價的镨钕金屬(shu)代替純钕金屬制(zhi)造永磁材料,其抗(kàng)氧性能和機械性(xing)能明顯提高,可加(jiā)工成各種形狀的(de)磁體。廣泛應用于(yú)各類電子器件和(hé)馬達上。
(3)用于石油(yóu)催化裂化。以镨钕(nü)富集物的形式加(jiā)入Y型沸石分子篩(shāi)中制備石油裂化(hua)催化劑,可提高催(cui)化劑的活性、選擇(ze)性和穩定性。我國(guo)70年代開始投入工(gong)業使用,用量不斷(duàn)增大。
(4)镨還可用于(yu)磨料抛光。另外,镨(pǔ)在光纖領域的用(yòng)途也越來越廣。
钷(Pm)
(1)可作(zuo)熱源。爲真空探測(cè)和人造衛星提供(gòng)輔助能量。
(2)Pm147放出能(neng)量低的β射線,用于(yú)制造钷電池。作爲(wèi)導彈制導儀器及(ji)鍾表的電源。此種(zhǒng)電池體積小,能連(lián)續使用數年之久(jiu)。
此外,钷還用于便(bian)攜式X-射線儀、制備(bèi)熒光粉、度量厚度(dù)以及航标燈中。
1879年,波依斯包德萊(lai)從铌钇礦得到的(de)“镨钕”中發現了新(xin)的稀土元素,并根(gen)據這種礦石的名(ming)稱命名爲钐。
钐呈(cheng)淺黃色,是做钐钴(gu)系永磁體的原料(liào),钐钴磁體是最早(zao)得到工業應用的(de)稀土磁體。這種永(yong)磁體有SmCo5系和Sm2Co17系兩(liǎng)類。70年代前期發明(míng)了SmCo5系,後期發明了(le)Sm2Co17系。現在是以後者(zhe)的需求爲主。钐钴(gǔ)磁體所用的氧化(huà)钐的純度不需太(tài)高,從成本方面考(kǎo)慮,主要使用95%左右(you)的産品。此外,氧化(hua)钐還用于陶瓷電(diàn)容器和催化劑方(fang)面。另外,钐還具有(yǒu)核性質,可用作原(yuan)子能反應堆的結(jie)構材料,屏敝材料(liào)和控制材料,使核(he)裂變産生巨大的(de)能量得以安全利(lì)用。
1901年,德馬凱(Eugene-Antole Demarcay)從(cong)“钐”中發現了新元(yuán)素,取名爲铕(Europium)。這大(dà)概是根據歐洲(Europe)一(yī)詞命名的。氧化铕(you)大部分用于熒光(guang)粉。Eu3+用于紅色熒光(guang)粉的激活劑,Eu2+用于(yú)藍色熒光粉。現在(zai)Y2O2S:Eu3+是發光效率、塗敷(fu)穩定性、回收成本(ben)等最好的熒光粉(fen)。再加上對提高發(fa)光效率和對比度(du)等技術的改進,故(gù)正在被廣泛應用(yòng)。近年氧化铕還用(yòng)于新型X射線醫療(liao)診斷系統的受激(ji)發射熒光粉。氧化(huà)铕還可用于制造(zào)有色鏡片和光學(xué)濾光片,用于磁泡(pao)貯存器件,在原子(zi)反應堆的控制材(cái)料、屏敝材料和結(jié)構材料中也能一(yī)展身手。
钆(Gd)
1880年,瑞士(shì)的馬裏格納克(G.de Marignac)将(jiāng)“钐”分離成兩個元(yuan)素,其中一個由索(suo)裏特證實是钐元(yuan)素,另一個元素得(dé)到波依斯包德萊(lái)的研究确認,1886年,馬(ma)裏格納克爲了紀(jì)念钇元素的發現(xiàn)者 研究稀土的先(xiān)驅荷蘭化學家加(jiā)多林(Gado Linium),将這個新元(yuán)素命名爲钆。
钆在(zài)現代技革新中将(jiang)起重要作用。它的(de)主要用途有:(1)其水(shui)溶性順磁絡合物(wu)在醫療上可提高(gao)人體的核磁共振(zhen)(NMR)成像信号。(2)其硫氧(yang)化物可用作特殊(shu)亮度的示波管和(hé)x射線熒光屏的基(jī)質栅網。(3)在钆镓石(shi)榴石中的钆對于(yú)磁泡記憶存儲器(qì)是理想的單基片(pian)。(4)在無Camot循環限制時(shí),可用作固态磁緻(zhì)冷介質。(5)用作控制(zhì)核電站的連鎖反(fǎn)應級别的抑制劑(jì),以保證核反應的(de)安全。(6)用作钐钴磁(cí)體的添加劑,以保(bǎo)證性能不随溫度(dù)而變化。另外,氧化(hua)钆與镧一起使用(yong),有助于玻璃化區(qū)域的變化和提高(gao)玻璃的熱穩定性(xing)。氧化钆還可用于(yu)制造電容器、x射線(xian)增感屏。
在世界上(shàng)目前正在努力開(kāi)發钆及其合金在(zai)磁緻冷方面的應(ying)用,現已取得突破(pò)性進展,室溫下采(cai)用超導磁體、金屬(shu)钆或其合金爲緻(zhi)冷介質的磁冰箱(xiang)已經問世。
铽(Tb)
1843年瑞(ruì)典的莫桑德(Karl G.Mosander)通過(guo)對钇土的研究,發(fa)現铽元素(Terbium)。铽的應(yīng)用大多涉及高技(ji)術領域,是技術密(mì)集、知識密集型的(de)尖端項目,又是具(ju)有顯著經濟效益(yì)的項目,有着誘人(ren)的發展前景。主要(yao)應用領域有:(1)熒光(guāng)粉用于三基色熒(ying)光粉中的綠粉的(de)激活劑,如铽激活(huó)的磷酸鹽基質、铽(te)激活的矽酸鹽基(jī)質、铽激活的铈鎂(měi)鋁酸鹽基質,在激(jī)發狀态下均發出(chu)綠色光。(2)磁光貯存(cun)材料,近年來铽系(xi)磁光材料已達到(dao)大量生産的規模(mo),用Tb-Fe非晶态薄膜研(yán)制的磁光光盤,作(zuò)計算機存儲元件(jiàn),存儲能力提高10~15倍(bèi)。(3)磁光玻璃,含铽的(de)法拉第旋光玻璃(lí)是制造在激光技(ji)術中廣泛應用的(de)旋轉器、隔離器和(he)環形器的關鍵材(cái)料。特别是铽镝鐵(tie)磁緻伸縮合金(TerFenol)的(de)開發研制,更是開(kāi)辟了铽的新用途(tu),Terfenol是70年代才發現的(de)新型材料,該合金(jin)中有一半成份爲(wèi)铽和镝,有時加入(rù)钬,其餘爲鐵,該合(hé)金由美國依阿華(hua)州阿姆斯實驗室(shì)首先研制,當Terfenol置于(yú)一個磁場中時,其(qí)尺寸的變化比一(yi)般磁性材料變化(huà)大,這種變化可以(yi)使一些精密機械(xiè)運動得以實現。铽(tè)镝鐵開始主要用(yong)于聲納,目前已廣(guang)泛應用于多種領(ling)域,從燃料噴射系(xi)統、液體閥門控制(zhi)、微定位到機械緻(zhi)動器、太空望遠鏡(jing)的調節機構和飛(fēi)機機翼調節器等(deng)領域。
镝(Dy)
1886年,法國人(rén)波依斯包德萊成(chéng)功地将钬分離成(cheng)兩個元素,一個仍(reng)稱爲钬,而另一個(ge)根據從钬中“難以(yǐ)得到”的意思取名(míng)爲镝(dysprosium)。镝目前在許(xu)多高技術領域起(qǐ)着越來越重要的(de)作用,镝的最主要(yào)用途是(1)作爲钕鐵(tie)硼系永磁體的添(tiān)加劑使用,在這種(zhǒng)磁體中添加2~3%左右(you)的镝,可提高其矯(jiǎo)頑力,過去镝的需(xu)求量不大,但随着(zhe)钕鐵硼磁體需求(qiu)的增加,它成爲必(bi)要的添加元素,品(pin)位必須在95~99.9%左右,需(xu)求也在迅速增加(jiā)。(2)镝用作熒光粉激(jī)活劑,三價镝是一(yī)種有前途的單發(fā)光中心三基色發(fa)光材料的激活離(li)子,它主要由兩個(ge)發射帶組成,一爲(wèi)黃光發射,另一爲(wèi)藍光發射,摻镝的(de)發光材料可作爲(wèi)三基色熒光粉。(3)镝(di)是制備大磁緻伸(shēn)縮合金铽镝鐵(Terfenol)合(hé)金的必要的金屬(shǔ)原料,能使一些機(ji)械運動的精密活(huó)動得以實現。(4)镝金(jīn)屬可用做磁光存(cun)貯材料,具有較高(gāo)的記錄速度和讀(du)數敏感度。(5)用于镝(dí)燈的制備,在镝燈(dēng)中采用的工作物(wu)質是碘化镝,這種(zhǒng)燈具有亮度大、顔(ya)色好、色溫高、體積(ji)小、電弧穩定等優(yōu)點,已用于電影、印(yìn)刷等照明光源。(6)由(you)于镝元素具有中(zhong)子俘獲截面積大(dà)的特性,在原子能(néng)工業中用來測定(ding)中子能譜或做中(zhong)子吸收劑。(7)Dy3Al5O12還可用(yòng)作磁緻冷用磁性(xìng)工作物質。随着科(kē)學技術的發展,镝(dí)的應用領域将會(huì)不斷的拓展和延(yán)伸。
钬(Ho)
十九世紀後(hou)半葉,由于光譜分(fen)析法的發現和元(yuan)素周期表的發表(biao),再加上稀土元素(su)電化學分離工藝(yì)的進展,更加促進(jin)了新的稀土元素(su)的發現。1879年,瑞典人(ren)克利夫發現了钬(huǒ)元素并以瑞典首(shou)都斯德哥爾摩地(di)名命名爲钬(holmium)。
钬的(de)應用領域目前還(hai)有待于進一步開(kāi)發,用量不是很大(da),最近,包鋼稀土研(yan)究院采用高溫高(gao)真空蒸餾提純技(jì)術,研制出非稀土(tǔ)雜質含量很低的(de)高純金屬钬Ho/ΣRE>99.9%。目前(qián)钬的主要用途有(yǒu):用作金屬鹵素燈(dēng)添加劑,金屬鹵素(su)燈是一種氣體放(fang)電燈,它是在高壓(yā)汞燈基礎上發展(zhǎn)起來的,其特點是(shì)在燈泡裏充有各(ge)種不同的稀土鹵(lu)化物。目前主要使(shi)用的是稀土碘化(huà)物,在氣體放電時(shi)發出不同的譜線(xiàn)光色。在钬燈中采(cai)用的工作物質是(shi)碘化钬,在電弧區(qū)可以獲得較高的(de)金屬原子濃度,從(cong)而大大提高了輻(fu)射效能。(2)钬可以用(yong)作钇鐵或钇鋁石(shí)榴石的添加劑;(3)摻(chan)钬的钇鋁石榴石(shi)(Ho:YAG)可發射2μm激光,人體(ti)組織對2μm激光吸收(shou)率高,幾乎比Hd:YAG高3個(gè)數量級。所以用Ho:YAG激(jī)光器進行醫療手(shǒu)術時,不但可以提(ti)高手術效率和精(jīng)度,而且可使熱損(sun)傷區域減至更小(xiao)。钬晶體産生的自(zi)由光束可消除脂(zhi)肪而不會産生過(guo)大的熱量,從而減(jiǎn)少對健康組織産(chan)生的熱損傷,據報(bao)道美國用钬激光(guang)治療青光眼,可以(yǐ)減少患者手術的(de)痛苦。我國2μm激光晶(jīng)體的水平已達到(dào)國際水平,應大力(li)開發生産這種激(jī)光晶體。(4)在磁緻伸(shēn)縮合金Terfenol-D中,也可以(yǐ)加入少量的钬,從(cóng)而降低合金飽和(hé)磁化所需的外場(chang)。(5)另外用摻钬的光(guang)纖可以制作光纖(xian)激光器、光纖放大(da)器、光纖傳感器等(děng)等光通訊器件在(zài)光纖通信迅猛的(de)今天将發揮更重(zhong)要的作用。
铒(Er)
1843年,瑞(ruì)典的莫桑德發現(xian)了铒元素(Erbium)。铒的光(guāng)學性質非常突出(chu),一直是人們關注(zhù)的問題:(1)Er3+在1550nm處的光(guāng)發射具有特殊意(yì)義,因爲該波長正(zheng)好位于光纖通訊(xun)的光學纖維的最(zuì)低損失,铒離子(Er3+)受(shòu)到波長980nm、1480nm的光激發(fa)後,從基态4I15/2躍遷至(zhì)高能态4I13/2,當處于高(gāo)能态的Er3+再躍遷回(hui)至基态時發射出(chu)1550nm波長的光,石英光(guāng)纖可傳送各種不(bú)同波長的光,但不(bu)同的光光衰率不(bu)同,1550nm頻帶的光在石(shí)英光纖中傳輸時(shi)光衰減率最低(0.15分(fen)貝/公裏),幾乎爲下(xia)限極限衰減率。因(yin)此,光纖通信在1550nm處(chù)作信号光時,光損(sun)失最小。這樣,如果(guǒ)把适當濃度的铒(er)摻入合适的基質(zhì)中,可依據激光原(yuan)理作用,放大器能(neng)夠補償通訊系統(tǒng)中的損耗,因此在(zai)需要放大波長1550nm光(guang)信号的電訊網絡(luò)中,摻铒光纖放大(dà)器是必不可少的(de)光學器件,目前摻(chan)铒的二氧化矽纖(xiān)維放大器已實現(xian)商業化。據報道,爲(wèi)避免無用的吸收(shōu),光纖中铒的摻雜(za)量幾十至幾百ppm。光(guang)纖通信的迅猛發(fa)展,将開辟铒的應(yīng)用新領域。(2)另外摻(chān)铒的激光晶體及(jí)其輸出的1730nm激光和(hé)1550nm激光對人的眼睛(jīng)安全,大氣傳輸性(xìng)能較好,對戰場的(de)硝煙穿透能力較(jiao)強,保密性好,不易(yì)被敵人探測,照射(she)軍事目标的對比(bi)度較大,已制成軍(jun)事上用的對人眼(yǎn)安全的便攜式激(ji)光測距儀。(3)Er3+加入到(dào)玻璃中可制成稀(xi)土玻璃激光材料(liao),是目前輸出脈沖(chong)能量最大,輸出功(gong)率最高的固體激(jī)光材料。(4)Er3+還可做稀(xi)土上轉換激光材(cái)料的激活離子。(5)另(ling)外铒也可應用于(yu)眼鏡片玻璃、結晶(jing)玻璃的脫色和着(zhe)色等。
铥(Tm)
铥元素是(shi)1879年瑞典的克利夫(fu)發現的,并以斯堪(kān)迪那維亞(Scandinavia)的舊名(ming)Thule命名爲铥(Thulium)。
铥的主(zhu)要用途有以下幾(jǐ)個方面:(1)铥用作醫(yī)用輕便X光機射線(xiàn)源,铥在核反應堆(dui)内輻照後産生一(yī)種能發射X射線的(de)同位素,可用來制(zhì)造便攜式血液輻(fu)照儀上,這種輻射(shè)儀能使铥-169受到高(gao)中子束的作用轉(zhuǎn)變爲铥-170,放射出X射(shè)線照射血液并使(shǐ)白血細胞下降,而(er)正是這些白細胞(bao)引起器官移植排(pái)異反應的,從而減(jian)少器官的早期排(pai)異反應。(2)铥元素還(hai)可以應用于臨床(chuáng)診斷和治療腫瘤(liú),因爲它對腫瘤組(zu)織具有較高親合(he)性,重稀土比輕稀(xi)土親合性更大,尤(you)其以铥元素的親(qin)合力最大。(3)铥在X射(shè)線增感屏用熒光(guang)粉中做激活劑LaOBr:Br(藍(lán)色),達到增強光學(xue)靈敏度,因而降低(dī)了X射線對人的照(zhao)射和危害,與以前(qian)鎢酸鈣增感屏相(xiàng)比可降低X射線劑(ji)量50%,這在醫學應用(yong)具有重要現實的(de)意義。(4)铥還可在新(xin)型照明光源 金屬(shu)鹵素燈做添加劑(ji)。(5)Tm3+加入到玻璃中可(kě)制成稀土玻璃激(jī)光材料,這是目前(qian)輸出脈沖量最大(dà),輸出功率最高的(de)固體激光材料。Tm3+也(yě)可做稀土上轉換(huàn)激光材料的激活(huó)離子。
镱(Yb)
1878年,查爾斯(sī)(Jean Charles)和馬利格納克(G.de Marignac)在(zài)“铒”中發現了新的(de)稀土元素,這個元(yuán)素由伊特必(Ytterby)命名(míng)爲镱(Ytterbium)。
镱的主要用(yong)途有(1)作熱屏蔽塗(tu)層材料。镱能明顯(xian)地改善電沉積鋅(xīn)層的耐蝕性,而且(qiě)含镱鍍層比不含(hán)镱鍍層晶粒細小(xiǎo),均勻緻密。(2)作磁緻(zhi)伸縮材料。這種材(cai)料具有超磁緻伸(shēn)縮性即在磁場中(zhong)膨脹的特性。該合(hé)金主要由镱/鐵氧(yǎng)體合金及镝/鐵氧(yǎng)體合金構成,并加(jiā)入一定比例的錳(meng),以便産生超磁緻(zhi)伸縮性。(3)用于測定(dìng)壓力的镱元件,試(shì)驗證明,镱元件在(zài)标定的壓力範圍(wei)内靈敏度高,同時(shi)爲镱在壓力測定(ding)應用方面開辟了(le)一個新途徑。(4)磨牙(yá)空洞的樹脂基填(tián)料,以替換過去普(pǔ)遍使用銀汞合金(jin)。(5)日本學者成功地(dì)完成了摻镱钆镓(jiā)石榴石埋置線路(lu)波導激光器的制(zhì)備工作,這一工作(zuo)的完成對激光技(ji)術的進一步發展(zhǎn)很有意義。另外,镱(yi)還用于熒光粉激(jī)活劑、無線電陶瓷(ci)、電子計算機記憶(yì)元件(磁泡)添加劑(ji)、和玻璃纖維助熔(rong)劑以及光學玻璃(lí)添加劑等。
镥(Lu)
1907年,韋(wei)爾斯巴赫和尤貝(bèi)恩(G.Urbain)各自進行研究(jiu),用不同的分離方(fāng)法從“镱”中又發現(xiàn)了一個新元素,韋(wéi)爾斯巴赫把這個(gè)元素取名爲Cp(Cassiopeium),尤貝(bèi)恩根據巴黎的舊(jiu)名lutece将其命名爲Lu(Lutetium)。後(hou)來發現Cp和Lu是同一(yi)元素,便統一稱爲(wei)镥。
镥的主要用途(tu)有(1)制造某些特殊(shū)合金。例如镥鋁合(he)金可用于中子活(huó)化分析。(2)穩定的镥(lu)核素在石油裂化(hua)、烷基化、氫化和聚(ju)合反應中起催化(hua)作用。(3)钇鐵或钇鋁(lü)石榴石的添加元(yuán)素,改善某些性能(néng)。(4)磁泡貯存器的原(yuán)料。(5)一種複合功能(neng)晶體摻镥四硼酸(suan)鋁钇钕,屬于鹽溶(róng)液冷卻生長晶體(tǐ)的技術領域,實驗(yan)證明,摻镥NYAB晶體在(zai)光學均勻性和激(ji)光性能方面均優(you)于NYAB晶體。(6)經國外有(you)關部門研究發現(xiàn),镥在電緻變色顯(xian)示和低維分子半(bàn)導體中具有潛在(zài)的用途。此外,镥還(hai)用于能源電池技(ji)術以及熒光粉的(de)激活劑等。
钇(Y)
1788年,一(yi)位以研究化學和(he)礦物學、收集礦石(shí)的業餘愛好者瑞(ruì)典軍官卡爾·阿雷(lei)尼烏斯(Karl Arrhenius)在斯德哥(gē)爾摩灣外的伊特(te)必村(Ytterby),發現了外觀(guān)象瀝青和煤一樣(yang)的黑色礦物,按當(dang)地的地名命名爲(wèi)伊特必礦(Ytterbite)。1794年芬蘭(lan)化學家約翰·加多(duō)林分析了這種伊(yi)特必礦樣品。發現(xiàn)其中除铍、矽、鐵的(de)氧化物外,還含有(you)約38%的未知元素的(de)氧化物棗“新土”。1797年(nian),瑞典化學家埃克(kè)貝格(Anders Gustaf Ekeberg)确認了這種(zhǒng)“新土”,命名爲钇土(tu)(Yttria,钇的氧化物之意(yì))。
钇是一種用途廣(guǎng)泛的金屬,主要用(yòng)途有:
(1)鋼鐵及有色(se)合金的添加劑。FeCr合(he)金通常含0.5-4%钇,钇能(neng)夠增強這些不鏽(xiu)鋼的抗氧化性和(hé)延展性;MB26合金中添(tiān)加适量的富钇混(hùn)合稀土後,合金的(de)綜合性能得到明(míng)顯的改善,可以替(tì)代部分中強鋁合(hé)金用于飛機的受(shòu)力構件上;在Al-Zr合金(jīn)中加入少量富钇(yǐ)稀土,可提高合金(jin)導電率;該合金已(yi)爲國内大多數電(dian)線廠采用;在銅合(hé)金中加入钇,提高(gao)了導電性和機械(xiè)強度。
(2)含钇6%和鋁2%的(de)氮化矽陶瓷材料(liao),可用來研制發動(dòng)機部件。
(3)用功率400瓦(wa)的钕钇鋁石榴石(shí)激光束來對大型(xíng)構件進行鑽孔、切(qiē)削和焊接等機械(xie)加工。
(4)由Y-Al石榴石單(dān)晶片構成的電子(zǐ)顯微鏡熒光屏,熒(ying)光亮度高,對散射(she)光的吸收低,抗高(gāo)溫和抗機械磨損(sun)性能好。
(5)含钇達90%的(de)高钇結構合金,可(ke)以應用于航空和(hé)其它要求低密度(du)和高熔點的場合(he)。(6)目前倍受人們關(guān)注的摻钇SrZrO3高溫質(zhì)子傳導材料,對燃(rán)料電池、電解池和(he)要求氫溶解度高(gao)的氣敏元件的生(sheng)産具有重要的意(yi)義。此外,钇還用于(yú)耐高溫噴塗材料(liao)、原子能反應堆燃(ran)料的稀釋劑、永磁(ci)材料添加劑以及(jí)電子工業中作吸(xī)氣劑等。
钪(Sc)
1879年,瑞典(dian)的化學教授尼爾(ěr)森(L.F.Nilson, 1840~1899)和克萊夫(P.T.Cleve, 1840~1905)差不(bú)多同時在稀有的(de)礦物矽铍钇礦和(he)黑稀金礦中找到(dào)了一種新元素。他(tā)們給這一元素定(ding)名爲“Scandium”(钪),钪就是門(men)捷列夫當初所預(yu)言的“類硼”元素。他(tā)們的發現再次證(zheng)明了元素周期律(lǜ)的正确性和門捷(jié)列夫的遠見卓識(shi)。
钪比起钇和镧系(xì)元素來,由于離子(zǐ)半徑特别小,氫氧(yǎng)化物的堿性也特(tè)别弱,因此,钪和稀(xi)土元素混在一起(qǐ)時,用氨(或極稀的(de)堿)處理,钪将首先(xiān)析出,故應用“分級(jí)沉澱”法可比較容(róng)易地把它從稀土(tu)元素中分離出來(lái)。另一種方法是利(lì)用硝酸鹽的分極(jí)分解進行分離,由(yóu)于硝酸钪最容易(yi)分解,從而達到分(fen)離的目的。
用電解(jiě)的方法可制得金(jīn)屬钪,在煉钪時将(jiang)ScCl3、KCl、LiCl共熔,以熔融的鋅(xin)爲陰極電解之,使(shi)钪在鋅極上析出(chū),然後将鋅蒸去可(ke)得金屬钪。另外,在(zài)加工礦石生産鈾(you)、钍和镧系元素時(shí)易回收钪。鎢、錫礦(kuang)中綜合回收伴生(shēng)的钪也是钪的重(zhong)要來源之一。
钪在(zai)化合物中主要呈(chéng)3價态,在空氣中容(rong)易氧化成Sc2O3而失去(qu)金屬光澤變成暗(an)灰色。
钪能與熱水(shui)作用放出氫,也易(yi)溶于酸,是一種強(qiang)還原劑。
钪的氧化(hua)物及氫氧化物隻(zhi)顯堿性,但其鹽灰(hui)幾乎不能水解。钪(kang)的氯化物爲白色(se)結晶,易溶于水并(bìng)能在空氣中潮解(jie)。
在冶金工業中,钪(kang)常用于制造合金(jīn)(合金的添加劑),以(yǐ)改善合金的強度(du)、硬度和耐熱和性(xìng)能。如,在鐵水中加(jiā)入少量的钪,可顯(xiǎn)著改善鑄鐵的性(xìng)能,少量的钪加入(rù)鋁中,可改善其強(qiáng)度和耐熱性。
在電(diàn)子工業中,钪可用(yòng)作各種半導體器(qi)件,如钪的亞硫酸(suan)鹽在半導體中的(de)應用已引起了國(guó)内外的注意,含钪(kang)的鐵氧體在計算(suan)機磁芯中也頗有(you)前途。
在化學工業(ye)上,用钪化合物作(zuo)酒精脫氫及脫水(shuǐ)劑,生産乙烯和用(yòng)廢鹽酸生産氯時(shi)的高效催化劑。
在(zai)玻璃工業中,可以(yǐ)制造含钪的特種(zhǒng)玻璃。
在電光源工(gōng)業中,含钪和鈉制(zhi)成的钪鈉燈,具有(yǒu)效率高和光色正(zheng)的優點。
自然界中(zhong)钪均以45Sc形式存在(zài),另外,钪還有9種放(fàng)射性同位素,即40~44Sc和(he)46~49Sc。其中,46Sc作爲示蹤劑(jì),已在化工、冶金及(ji)海洋學等方面使(shǐ)用。在醫學上,國外(wài)還有人研究用46Sc來(lái)醫治癌症。钪的性(xìng)質及用途。