【视频】镧系：稀土材料之首，现代武器装备的主导者！-军民融合科技创新资讯平台

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稀土元素于新能源、新材料等高科技发展不可或缺，在航天航空、国防军工等领域尤其具有广泛的应用价值。现代战争结果表明极恶乱暴者，稀土武器主导战局，稀土技术优势代表着军事技术优势，拥有资源则有保障。因此，稀土也成为世界各大经济体争夺的战略资源，稀土等关键原材料战略往往上升至国家战略。欧日美等国家地区针对稀土等关键材料更为重视，2008年，稀土材料被美国能源部列为“关键材料战略”；2010年初，欧盟宣布建立稀土战略储备；2007年日本文部科学省、经产省就已经提出了“元素战略计划”，“稀有金属替代材料”计划，他们在资源储备、技术进步、资源获取、替代材料寻求等方面采取了持续的措施和政策。从这篇开始，小编将分别详细的为大家介绍一下这些稀土元素的重要甚至可以说是不可或缺的历史发展使命和作用。
在稀土元素家族中，镧无疑是个非常重要的成员。论地位和名气，它居于稀土家族主体“镧系元素”之首，作为15 个元素的代表占据了化学元素周期表主表中的一个空格，并以它的名字来命名这个元素族系。论地壳中丰度为32ppm，占稀土总丰度（238ppm）的13.4%，仅次于铈和钕，居第三位。从发现年代看，它也仅排在钇和铈之后，是第三个被发现的稀土元素。

稀土元素La，名字来源于希腊文，原意为“隐蔽”，于1839年被瑞典的化学家莫桑德尔从粗硝酸饰中发现的一种新元素。镧之所以被较早发现，与他在元素周期表中的位置，也就是原子结构和性质密切相关mc九魂。它居镧系元素之首。4f轨道上电子数为0，与其他元素发生化学反应时只失去6s2 和5d1，呈正三价。钪和钇虽然与他同在ⅢB 族，但不在一个周期，性质悬殊。与他紧邻的铈又能呈稳定正四价状态，也造成较大的化学性质差异，易于分离。而他与镨钕等其他稀土元素之间又有铈相隔，因此镧比较容易同其他稀土分离并提纯。
镧的存在形式
自然界中La是一种分布很广的元素。在地壳中，除Ce以外，La的平均含量高于其他稀土元素，被称之为次高峰元素，是一种强不相容元素，并且从玄武质岩石到中性岩类(它们的分异指数DI<63)，均保持不相容特征，即为LTE（LongTerm Incompatible Elements）。同时La又是一种大离子亲石元素(Large Ion Lithophile Elements，简称LIL），其离子电位小于3eV（2.54 eV），易溶于水，地球化学性质活泼，为活动性元素孙伊涵。
镧是形成几种矿物的亲石元素，包括相对常见的独居石（Ce，La，Nd，Th）[PO4SiO4]。在黑云母兔仔唛，磷灰石，辉石和长石等几种成岩矿物中，它也广泛分散着。在沉积岩中，La含量的很大一部分被保留在抵抗辅助矿物中，如独居石。长石还可以含有La，并且在风化期间提供了用于掺入次生粘土矿物的元素的重要供应（Ronov等人，1974）。与页岩或灰烬（约50mg·kg-1）相比，石英砂岩通常具有非常低的La浓度（约20mg kg-1）。在石灰石中，La主要与细碎的杂质杂质相关，尽管La中碳酸盐的直接沉淀也被记录下来（Wedepohl 1978）。Mielke（1979）报告了页岩，砂岩和碳酸盐中的La分别为92.30和1 mg·kg-1。La和其它轻REE的成岩富集与红土，铝土矿和鲕状铁矿石中的含水氧化物相联系广泛（Ure和Berrow 1982）。McLennan和Murray（1999）在黄土中给出了35.4 mg·kg-1 La的值。提高的稀土元素值通常表示岩浆，特别是侵入物，以及源自它们的土壤和水流沉积物。
在大多数环境条件下，镧不易移动。尽管少量的La负荷可以保持在磷灰石和黑云母中，但是它们在低pH值下相对较快地风化，因此其释放的通常很慢。由于其磷酸盐LaPO4的溶解度非常低，因此其迁移率也受到限制。 La3+离子在正常表面条件下只是微溶，其分散通常受到粘土和含水氧化物（Piper 1974）的吸附或通过在高pH下沉淀在自生碳酸盐中（Balashov等人，1964）而受到限制。La3+的水解产物也很难溶解，使用化学平衡模型的计算表明溶解的La主要与LaCO3和溶解有机物质的碳酸盐络合（Moermond等人2001寮国，ERS 2006）。河水中的镧浓度非常低，通常<1μg·l-1（Neal and Robson 2000）多利农庄。河流特定物质中La的平均丰度为46 mg·kg-1（McLennan和Murray，1999）。
La具有很独特的地球化学行为，在岩石中的原始丰度、分布形式，在地质作用过程中分散或富集规律、迁移特性等均由其原子结构和性质所决定。
由于La元素有特殊的电子结构，所以具有很多独特的物理化学性质。活跃的化学活性和丰富的储量, 使镧广泛应用于冶金、石油、玻璃、陶瓷、农业、纺织和皮革等传统工业领域。尽管生产镧并不困难，但为了降低成本, 在充分发挥镧及稀土共性的前提下, 经常以混合轻稀土或富镧稀土的产品形式使用。

镧的应用
金属镧的应用
1、钢铁改质剂
金属镧或混合稀土金属加入钢中可脱硫和氧，细化晶粒，形成微合金改变夹杂物的形态及分布，降低氢扩散系数，提高抗氢脆和应力腐蚀性能；加入铁中可净化铁水，改变石墨形态，防止杂质元素破坏球化作用。由于钢铁在各个领域应用广泛，金属镧在钢、铸铁等高性能产品发展过程中均扮演着重要的角色。
2、还原剂
稀土金属钐、铕、镱和铥具有熔点低、蒸气压高等特点，其卤化物为变价，经金属热还原得到的是低价卤化物而非金属。金属镧、铈性质相近，镧屑与氧化钐等混合后压块，在高温下发生还原反应，利用蒸气压差可真空蒸馏分离提纯得到金属钐等高蒸气压金属；该工艺的设备为真空感应炉或真空电阻炉，还原和蒸馏过程同时进行，工艺简单，污染少。
3、金属方棒内衬
纯稀土金属因其化学性质活泼，极易同氧、硫、氮作用生成稳定的化合物，当受到剧烈摩擦与冲击发生火花时，可引燃易燃物。因此，早在1908年它就被制成打火石。
现已查明，17种稀土元素中有铈、镧、钕、镨、钐和钇六种元素具有特别良好的纵火性能。而镧的价格最低。人们将稀土金属的纵火性制成了各式燃烧武器，例如美国“马克—82型”227kg航弹采用稀土金属内衬，除了产生爆炸杀伤效应处，还产生纵火效应。美国空对地“阻尼人”火箭战斗部内装108个稀土金属方棒作内衬，取代部分预制破片,静爆破试验证明,其点燃航空油料的能力比无内衬的高44%。

4、金属镧丝箔
金属镧丝可吸收电子管电极因受轰击和热扩散作用所释放的氧、氮、一氧化碳、二氧化碳和水蒸气等有害气体，从而保持电子管的高真空度。各种稀土金属与合金箔片的中子吸收面积大，可有效捕捉到中子。金属镧的丝材和箔片广泛应用于电子、照明、核工业等领域。
5、发火合金
我国早期已用混合稀土金属（RE，含La25%）与Fe等制成多种发火合金，且可分为军用和民用两种。军用发火合金是采用RE60-80%（含La25%），Fe20-40%和少量的Al，Ca，Si和C等制成的，其主要用于制造子弹、炮弹和炸弹的引芯，点火装置等。民用发火合金是由RE75-80%（含La25%），Fe15-18%和少量Mg、Zn、Cu、Al等制成，其发火≥85%，主要用于打火机引火的火石及各种玩具的发火火石等。此外，发火合金还用于工业汽灯，焊枪点火器及火炬点火器等。
6、用于有色金属
金属镧粉比金属镧块体拥有更大的比表面积、更强的活性及更好的分散性，在精密合金、特殊金属和催化剂等领域的应用日益增加。钨合金、钼合金以及钛合金等存在晶界强度低、低温易脆等问题；在其加工过程中添加金属镧粉等稀土金属粉末并充分混匀，可利用稀土微合金化作用，有效细化组织，捕捉氢等有害元素，改善合金性能。
7、金属镧靶
金属镧靶主要用于镀膜、抛光等领域。热电子阴极采用钍钨材料存在放射性问题，而镧钼阴极不存在此问题，其发射性能很大程度上取决于材料表面活性物质层。郝世明等以钼为基体、镧为靶材，用脉冲激光技术制备分布均匀的镧氧薄膜，得到了性能优良的镧钼阴极。CVD金刚石膜具有良好的导热性和透光性，应用非常广泛，但薄膜表面晶粒和粗糙度大，使用性能较低。黄树涛等利用金刚石表面碳元素和稀土金属反应扩散实现表面抛光，可加快抛光速度，提高金刚石膜的精密度。高纯度镧靶的杂质和空位少，溅射膜层的组织更均匀，性能更稳定。
镧合金的应用
1、核辐射屏蔽
应用原理：采用1%硼和5%的稀土元素钆、钐、和镧,制成厚度600mm的防辐射混凝土,用于屏蔽游泳池式反应堆裂变中子源。
法国采用石墨为基材添加硼化物、稀土化合物或稀土合金,研制成一种稀土防辐射材料。这种复合屏蔽材料的填料要求分布均匀并制成预制件,根据屏蔽部位的不同要求,分别置于反应堆通道的四周。
2、储氢材料
能源是国民经济和科学技术发展的基础孔雀哥哥，开发和利用绿色高效的氢能可有效缓解能源危机，而氢能的贮藏和运输是关键技术。金属合金固体储氢具有能量密度高、安全环保等优点。1970 年发现的LaNi5 合金是一种优良的贮氢材料，每公斤可贮存氢约160 升，可使高压贮氢钢瓶体积缩小到1/4。利用其可以“呼吸”氢气的特性，可以把纯度为99.999%的氢气提纯到99.99999%，也可用作有机合成的加氢或脱氢反应的催化剂。利用其吸氢放热、呼氢吸热的本领可以把热量从低温向高温传送，用来制作“热泵”或“磁冰箱”。闫慧忠等研究了含镧二元和多元储氢合金的结构、储氢性能、电化学性能、处理工艺以及应用等，着重于如何提高材料的储氢能力，目前产业化技术已较成熟陈鹭芸 。研究表明原料纯度影响材料微观组织，高纯原料可有效提高储氢合金的储氢能力和使用寿命。

目前这种贮氢材料的最大用途是用于稀土镍氢电池的负极材料。稀土镍氢电池与镍镉电池在构造、性能和规格上具有极大的相似性和取代性，但又不含镉、汞等毒性大的元素，电池容量高，一致性好，使用温度范围广，寿命长，可反复充放电500 次以上，聂一菁 ，属于环保型绿色电池。为了降低成本，这种贮氢合金多用富镧混合金属，La≥40%，为原料。稀土镍氢电池目前已广泛用于手提电脑、便携式办公设备和电动工具等方面。最有发展前景的是用于汽车、摩托车的动力电池。
用于镍氢电池阳极材料的一种材料是La（Ni3.6Mn0.4Al0.3Co0.7）。由于提取其它镧系元素的成本很高，所以使用超过50％的镧的混合稀土代替纯镧。 该化合物是AB5型的金属间化合物。
3、磁致冷材料
磁致冷是指以磁性材料为介质的一种全新的制冷技术，其基本原理是借助磁致冷材料的磁热效应（即磁致冷材料等温磁化时向外界放出热量，而绝热退磁时从外界吸取热量）达到制冷的目的，其中磁致冷工质必须具有巨磁熵变。La-Fe系化合物具有NaZn13结构，相变温度范围内存在巨磁熵变，且La-Fe系化合物中添加适量其他元素可有效提高其居里温度，获得优良的磁致冷效应，是目前最有希望实现实用化的室温磁致冷材料，但其二元合金不稳定。国内外研究重点是该系列合金的制备工艺，期望制备出经济适用的磁致冷工质。

4、屏蔽涂料
电磁辐射是信息化社会的一个重要污染源，屏蔽是抗电磁干扰最有效的方法之一。镧系电磁屏蔽涂料对电磁波屏蔽效能高，但阻抗比银系列的高，而添加稀土可调节其电磁参数，降低阻抗，提高屏蔽性能陈婉衡。闫祯等在镧系电磁屏蔽涂料中添加镧制备Cu-La系涂料，提高了涂层的导电性和电磁屏蔽性能，其电磁屏蔽效能对于30MHz～1.5GHz的电磁波达到了89dB，具有比较好的屏蔽效能。
5、过共晶合金变质剂
铝、镁等有色金属一般不用于摩擦大、温度高等恶劣条件，但与其他元素形成的过共晶合金则具有高耐磨性、低热膨胀系数及优良的铸造性能等。初晶形貌及颗粒大小是材料力学性能的直接影响因素，稀土作为变质剂加入这一类过共晶合金中，可有效细化晶粒，大幅度提高材料的耐磨及耐温性，拓宽铝、镁合金的应用领域。
镧氧化物的应用
1、应用于催化剂
La2O3在催化剂中的应用，包括用于石油化工和汽车尾气的净化、催化剂两大类。前者，在MgO+SiO2催化剂中加入La2O3量小于10%，即可将油品中的辛烷值提高1倍，利于油品的使用。又如在原油提炼成汽油过程中，采用含La2O328%的混合氯化稀土作为催化剂时，可提高炼油的生产能力和油品质量。而后者，在三元贵金属催化剂中加入作为活性组分，可提高催化剂的活性作用，使催化剂性能更好，有利于提高汽车尾气中的HC，CO和NOX等有毒物的转化率，即净化效果更好，从而保护了人们的生活环境。
2、应用于光学玻璃
光学玻璃中应用镧既是经典用途，也是目前主要应用领域之一。镧系光学玻璃（含La2O3 50%-70%）具有高折射率（nD=2.50）和低色散（平均色散为3500）的优良光学特性，可简化光学仪器镜头、消除球差、色差和像质畸变，扩大视场角，提高鉴辨率和成像质量，已广泛用于航空摄像机、高档相机、高档望远镜、高倍显微镜、变焦镜头、广角镜头和潜望镜头等方面，已成为光学精密仪器和设备不可缺少的镜头材料。

镧光学玻璃是以La2O3为主成分的硼酸盐或硼硅酸盐高级光学玻璃，加入的La2O3为20%-60%（重量），可制成镧冕（LaK）、镧火石（LaF）和重镧火石（ZLaF）等三大类玻璃，共有约几十种规格。
在军事领域，所有高性能的夜视仪，都必须使用稀土“镧”，每年世界各国军队，尤其美欧北约军队更重视夜视仪装备的普及率，夜视仪不用说直升机、坦克等，就连陆军士兵、海军陆战队士兵都成为单兵标准装备之一。

3、用于电子陶瓷
在电子陶瓷中加入La2O3后，可提高致密度和降低气孔率，能有效改善介电常数、机械强度等性能。在大于99.9%的BaCO3及TiO2中加入La2O3后，可获得优良的n—型半导体陶瓷，其电阻率仅达到103-105Ωcm，因而可用于制造表面层陶瓷电容器和敏感元件等。
在PLZT陶瓷中加入La2O3后，其介电常数降至不小于8%，在20-90℃时介电常数的最大变率小于10%机械末日，此外还可使焙烧温度随之下降。
在压电陶瓷中加入La2O3后，可提高弹性常数及介电常数，且具有较好的抗老化性能。
在α—Al2O3陶瓷中加入La2O3后，可构成细晶结构陶瓷，改善其力学性能和抗热震性能。
在介电陶瓷中加入La2O3后，可稳定介电常数和提高器件使用寿命。主要用于陶瓷电容器和微波介电元件等。
在锆钛酸铅压电陶瓷中加入La2O3后，钱琳琳可显著提高烧结性，稳定电学性及压电性等。
4、在荧光粉领域的应用
在三基色灯用荧光粉（红、蓝、绿粉）中，绿色粉是用Tb激活的稀土磷酸盐（La、Ce、Tb）PO4。它是由La2O3，CeO2，Tb4O7和H3PO4等制成的。具有效率高，合成度低褥疮贴，粒度较细和高辉度更佳的特点苏拉·沙玛。
在投影电视荧光粉中，蓝粉是用Ce激活的稀土溴化物（La、Y）OBr：Ce，颜色效果较好。
在终端显示器荧光粉中，黄绿粉是用Tb激活硫氧化镧La2O2S：Tb，其特点是色泽优良，生产效率较高。
X射线稀土增感屏荧光粉是用Tb（Tm）激活的硫氧化镧La2O3S：Tb（Tm）和溴氧化镧LaOBr：Tb（Tm）。医疗用X射线稀土增感屏比传统钨酸钙增感屏具有更优越的性能，不仅检验身体时间短，而且X射线作用小和设备寿命长，从而获得了医疗应用单位的好评。
彩色显象管荧光粉是由红、蓝和绿色粉组成的。其中，蓝、绿粉，可用La2O3与溴氧化物等制成。如绿粉是用Tb激活的溴氧化镧LaOBr：Tb，不仅生产效率高，而且温度猝灭特性好dpmi系列。再比如蓝粉则是Ce激活的溴氧化镧LaOBr：Ce抄手的包法，这种高效蓝色荧光粉的能量效率为5%。
6、其他领域的应用
用La2O3与Cr2O3在1300℃高温下可制成铬酸镧（LaCrO3）高温电发热体（熔点2490℃），具有耐高温性和高导电性北地枪王。已用于温度为1500-1800℃的高温箱式电阻炉中作高温发热元件。此外，这种发热体在高温下还具有高离子传导性，可作为氧传感器的优良材料。
用氧化镧（La2O3）与硼（B）可制成高纯LaB6细粉，因其具有多余电子，故导电性较好，熔点高（2715℃）和硬度大（显微硬度为245×104Mpa），现已用于制作阴极材料。该材料与钨丝阴极材料相比，其阴极性能更加优越。
用La2O3和银（Ag）还可制成复合电触点，具有耐电侵蚀和化学稳定性高等优点；并可代替纯银电触点，具有很高的实用价值。
此外，La2O3、La2O3S、LaBeO5、LaAlO3和LaP5O14等尚可作为激光材料的基质工作物，用于制造固体激光器金基利。
将La2O3作为加重天然丝和人造丝的化学药品，可改善工业纺织品的质量。
镧的无机盐的应用
1、溴化镧的应用
闪烁晶体产生至今，已广泛应用于多个领域，如核物理、高能物理、天体物理、地质勘探、石油测井、核医学成像、工业无损检查等。总体上，衡量闪烁晶体的主要指标有密度、光产额、衰减时间、能量分辨率等几个方面，不同的领域对闪烁晶体的性能要求不尽相同丹桂轩招聘，并随之产生了种类众多的闪烁体材料。
在医学应用中，闪烁体成像的主要限制在于其对于小于1cm的癌肿较低的敏感度，尤其是对于女性乳房成像缺乏专门的设备。而掺杂铈的溴化镧相机与扫面议相连时，表现出了很好的敏感度。同时溴化镧相机的空间分辨率，成像信噪比和成像对比度都优于其他，因而能够更好地反映肿瘤与正常区域的差别。
由于溴化镧具有较好的能量分辨率，加之近年来较大尺寸溴化镧晶体的成功制备，使得其应用于手持放射性同位素鉴定设备(RIID)的商业化成为现实。
2、氟化镧的应用
LaF3晶体主要用作氟离子选择电极的传感膜，测量溶液中的氟离子浓度。LaF3电极晶体是良好的光学材料，在0.2-10.5μm之间具有较高的透过率，因此可用做透镜和透光窗。
镧的有机化合物的应用
1、用于治疗高磷血症
在治疗高磷血症的磷结合剂中，尤其是碳酸镧，与传统结合剂一样具有良好的降低血磷的效果，能有效治疗高磷血症，会减少长期使用含钙磷结合剂而导致的高钙血症及其并发症，不增加肾性骨病的危险性，副作用较小。在PH为3-5时镧制剂与磷的结合力最佳，且在用为1-7的条件下，仍能保持较高的磷结合活性，在整个消化道内具有良好的降磷效果。此外，吸收入体内的镧主要通过肝脏而非肾脏途径排泄，尤其适用于透析患者。患者能较好地耐受碳酸镧的治疗，没有发现血中镧离子持续蓄积。镧制剂具有副作用较小，作用持久，临床依从性好等优点，比传统磷结合剂具有更多的优势，是迄今为止较为理想的磷结合剂。
2、在农作物上的应用
镧能够提高种子或种芽中与生长发育相关的酶的活性，从而加快大分子物质的代谢，提供种子、种芽萌发所需能量和养分，因此促进了种子、种芽的萌发。作物在生长的关键时期得到充足营养或有益元素，能促进其生长发育、增加干物质积累，从而提高产量。镧还能促进水稻和小麦分粟，加快抽穗，使构成产量的因素如单位面积有效穗数、千粒重、结实率、实粒数有不同程度的增加和提高，因而使产量得到提高。镧也能促进甘蔗前中期的生长，使甘蔗的有效茎数、茎长、茎径和单茎重都有所提高，增产效果显著。镧可促进甘蔗糖分积累，提高蔗汁重力纯度天神小学 ，降低还原糖，明显提高甘蔗品质。经镧元素处理的作物还可以提高其抗逆能力，是因为镧处理后促使作物根的长度、干重、鲜重、根/冠比增加，根活性增强，从而提高了植物抗逆性。
总之，和其他稀土元素相比，镧元素能占据着不可替代的地位。
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