稀土的發(fā)現(xiàn)簡史

　　稀土的發(fā)現(xiàn)始于18世紀末，當時人們把不溶于水的固體氧化物稱之為土。雖然稀土在自然界儲量巨大，但由于稀土一般是以氧化物狀態(tài)分離出來的，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間被發(fā)現(xiàn)的，從1794年第一個稀土元素釔被發(fā)現(xiàn)，到1947年最后一個稀土元素钷被發(fā)現(xiàn)，整整經(jīng)歷了153年。

　　充滿歷史性誤會的發(fā)現(xiàn)歷史

　　在這漫長的153年里，充滿了歷史性的誤會。

　　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名叫伊特比(Yteerby)的小村尋得了一塊他從未見到過的黑色礦石，就借用這個村名將其命名為Yteerite。1794年芬蘭化學(xué)家加多林聲稱(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)了第一個稀土元素"釔"的年代。其實，這是一種誤會。因為，加多林當初發(fā)現(xiàn)的"釔土"并不是一種稀土元素，而只能說是"釔組稀土"混合氧化物。后來的科學(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。原來是當初的化學(xué)家們把這幾個"孿生姐妹"都當成"一個人"了。同樣的誤會也發(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"的報告，并將其命名為Cerium(鈰)。其實，這個"鈰"當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。他們同樣是把幾個面孔極為相象的輕稀土"孿生兄弟"誤認為是"一個人"了。

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

　　1839年，也就是在伯采利烏斯發(fā)現(xiàn)"鈰"之后經(jīng)過36年，瑞典化學(xué)家莫桑德爾(Carl Mosander)發(fā)現(xiàn)了"鑭"(其命名源于希臘語為"隱藏者"之意)。兩年后的1841年，莫桑德爾又從"鈰土"中發(fā)現(xiàn)了"迪迪姆"(Didymium，希臘語為"孿生子"的意思)，其實他就是鐠釹化合物。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)原來這個"迪迪姆"并非只與鑭孿生，而他本身正是一對孿生子鐠和釹。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)歷了漫長的歷程，從發(fā)現(xiàn)釔，經(jīng)過發(fā)現(xiàn)鉺(1843年)、鐿(1878年)、鈥(1878年)、銩(1879年)，到1907年發(fā)現(xiàn)最后一個重稀土元素镥，竟然走過了113年。

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

　　直到1947年，美國人馬林斯克(J.A.Marinsky)和他的同事們在原子反應(yīng)堆鈾廢料中分離出最后一個稀土元素钷，才算完成了17個稀土元素的全部發(fā)展史。也正是從這一年開始，美國科學(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)改進了離子交換法工藝，能制備出公斤級的純凈單一稀土，為研究各種單一稀土的本征特性和開發(fā)稀土的用途創(chuàng)造了基本的條件。使人們逐步對稀土豐富的光、電、磁和核性質(zhì)有所認識，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。稀土每個成員均有特性。它們個個身手不凡，在國民經(jīng)濟各領(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，利用其優(yōu)異的光、磁、電、聲、熱性能可以開發(fā)出擁的優(yōu)異功能特性的新材料和新器件?？萍覀円恢骂A(yù)言，在21世紀六大新技術(shù)領(lǐng)域——信息、生物、新材料、新能源、空間和海洋，稀土這個元素大家族一定會做出顯赫的貢獻。

　　圖片來源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

　　中國是稀土資源較為豐富的國家之一，隨著新中國的成立，我國稀土工業(yè)也逐漸建立和發(fā)展起來。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)的進步和應(yīng)用市場的不斷擴大，稀土火法冶金技術(shù)的發(fā)展可具體劃分為四個階段：(1)試驗研究階段(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研究的工藝技術(shù)建立試驗廠;(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50年代以來，我國稀土行業(yè)取得了很大的進步，特別是在20世紀70年代末實行改革開放以來，中國稀土工業(yè)發(fā)展迅猛，稀土開采、冶煉和應(yīng)用技術(shù)研發(fā)取得較大進步，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴大。目前，我國建成了較為完整的稀土工業(yè)體系，市場環(huán)境逐步完善，科技水平進一步提高，不僅基本滿足了國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的需要，也已成為世界上最大的稀土資源生產(chǎn)、出口和消費國。稀土工業(yè)為我國國民經(jīng)濟和國防建設(shè)做出了重要貢獻，也為世界高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展發(fā)揮了重要的促進和支撐作用。特別是中國生產(chǎn)的稀土永磁材料、發(fā)光材料、儲氫材料、拋光材料等均占世界產(chǎn)量的70%以上。中國的稀土材料、器件以及節(jié)能燈、微特電機、鎳氫電池等終端產(chǎn)品，滿足了世界各國特別是發(fā)達國家高技術(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，不少問題也隨之而來，中國為此付出了巨大的代價，主要表現(xiàn)在：資源過度開發(fā)，導(dǎo)致中國稀土資源保有儲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)境破壞嚴重，稀土的開采、選冶、分離存在落后生產(chǎn)工藝和技術(shù)，嚴重破壞地表植被，造成水土流失和土壤污染、酸化，進而農(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，缺少具有核心競爭力的大型企業(yè)，行業(yè)自律性差，形成產(chǎn)業(yè)惡性競爭。價格嚴重背離價值，長時間來，稀土價格沒有真實反映其價值，長期走低，資源的稀缺性沒有得到合理體現(xiàn)，生態(tài)環(huán)境損失沒有得到合理補償。出口走私比較嚴重，受國內(nèi)外需求等因素的影響，私采亂采盜采的問題一直存在，走私出口現(xiàn)象嚴重。

　　我國政府針對稀土行業(yè)發(fā)展中存在的問題，加大了行業(yè)的監(jiān)管力度。國務(wù)院于2011年5月正式頒布了《關(guān)于促進稀土行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的若干意見》，把保護資源和環(huán)境、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展擺在更加重要的位置，依法加強對稀土開采、生產(chǎn)、流通、進出口等環(huán)節(jié)的管理，研究制定和修改完善加強稀土行業(yè)管理的相關(guān)法律法規(guī)。中國政府設(shè)立稀有金屬部際協(xié)調(diào)機制，統(tǒng)籌研究國家稀土發(fā)展戰(zhàn)略、規(guī)劃、計劃和政策等重大問題;設(shè)立稀土辦公室，協(xié)調(diào)提出稀土開采、生產(chǎn)、儲備、進出口計劃等，國務(wù)院有關(guān)部門按職能分工，做好相應(yīng)管理工作。2012年4月，批準成立中國稀土行業(yè)協(xié)會，發(fā)揮協(xié)會在行業(yè)自律、規(guī)范行業(yè)秩序、積極開展國際合作交流等方面的重要作用?！兑庖姟穼嵤┮荒甓鄟?，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，開采指令指標的推出，稀土行業(yè)出口政策的出臺，連續(xù)幾年的稀土行業(yè)整頓，以及2014年初獲得國務(wù)院批復(fù)的六大集團稀土整合方案，都對有效合理利用資源，促進稀土利用與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，推進技術(shù)和產(chǎn)業(yè)升級，促進公平的國際貿(mào)易合作起到積極的作用，對行業(yè)健康有序發(fā)展起到重要的積極引領(lǐng)及嚴厲監(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，世界釹鐵硼磁體產(chǎn)量一直保持較高的增長速度，雖然在進入21世紀之時發(fā)達國家經(jīng)濟不景氣，日本、美國、歐洲產(chǎn)量有所降低，但由于中國稀土永磁產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，使得世界稀土永磁體產(chǎn)量仍然保持了強勁的增長態(tài)勢，而且中國稀土永磁產(chǎn)業(yè)的快速勢頭在近些年將繼續(xù)持續(xù)下去。

　　稀土金屬具有無法取代的優(yōu)異磁、光、電性能，是高性能稀土永磁、儲氫、磁光存儲和記錄、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算機、高密度信息存儲、通訊、轉(zhuǎn)換、高精度導(dǎo)向、信息高速公路及國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，已成為當前稀土金屬用量增長最快的領(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)為代表的知識經(jīng)濟的發(fā)展，給稀土永磁材料不斷帶來新的用途，除了在計算機、打印機、移動電話、家用電器、醫(yī)療設(shè)備等方面的廣泛應(yīng)用外，汽車中的發(fā)電機、電動機和音響系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)開始，這將極大地帶動釹鐵硼產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。隨著科技的不斷進步，稀土的優(yōu)良性能將會更好的為航天、航空、軍事、汽車及其他新材料作出貢獻。