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稀土元素
 

銣鐠稀土元素

銣鐠稀土元素

 

稀土氧化物

稀土氧化物

 

稀土元素

稀土元素

 

稀土氧化物

稀土氧化物

 

稀土氧化鈰

稀土氧化鈰

 

氧化釔

氧化釔

 

金屬鈰

金屬鈰

 

稀土氧化物

稀土氧化物

 

 

稀土,或稱稀土元素,是元素週期表第Ⅲ族副族元素鈧、釔和鑭系元素共17種化學元素的合稱。
鈧和釔因為經常與鑭系元素在礦床中共生,且具有相似的化學性質,故被認為是稀土元素。
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與其名稱暗示的不同,稀土元素在地殼中的豐度相當高,其中鈰在地殼元素豐度排名第25,
佔0.0068%(與銅接近)。然而,由於其地球化學性質,稀土元素很少富集到經濟上可以
開採的程度。稀土元素的名稱正是源自其匱乏性。人類第一種發現的稀土礦物是從瑞典伊特比
村的礦山中提取出的矽鈹釔礦,許多稀土元素的名稱正源自於此地。

性質
多數呈銀灰色,有光澤,晶體結構多為HCP或FCC。性質較軟,在潮濕空氣中不易保存,
易溶於稀酸。原子價主要是正三價(鈰正四價較穩定,鐠和鋱也有極個別的四價氧化物,
釤、銪、鐿有二價化合物),能形成穩定的配合物及微溶於水的草酸鹽、氟化物、碳酸鹽、
磷酸鹽及氫氧化物等。
在三價稀土氧化物中,氧化鑭的吸水性和鹼性與氧化鈣相似,其餘則依次轉弱。三價稀土的
化學性質除鈧的差異較顯著外,其餘都很相似,所以分離較難。
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稀土金屬所含元素
具體的稀土金屬包括: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、鎦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,稱為稀土元素(Rare Earth),簡稱稀土(RE)。

分類
根據稀土元素原子電子層結構和物理化學性質,以及它們在礦物中共生情況和不同的離子半徑
可產生不同性質的特徵,十七種稀土元素通常分為二組:
輕稀土包括:鑭、鈰、鐠、釹、鉕、釤、銪、釓。
重稀土包括:鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、鎦、鈧、釔。

也可分為
鈰組(鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤)
釔組(銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、鎦、釔)


稀土分類列表

Sc 鈧 Scandium
源自第一個稀土礦石被發現的半島斯堪的納維亞之拉丁語名"Scandia"。應用在鋁鈧合金
(用於製造太空飛行器械)、水銀燈配件。
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Y  釔 Yttrium
源自第一個稀土礦石被發現的地方,瑞典伊特比村之名(Ytterby)。應用在釔鋁石榴石
(YAG)、YBCO高溫超導體、釔鐵石榴石(YIG)。
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La 鑭 Lanthanum
源自希臘語"lanthanon",意為隱藏。應用在高折射率玻璃、燧石、氫氣儲藏裝置、電池電極、
相機鏡片、石油提煉液體催化過程(FCC)催化劑。
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Ce 鈰 Cerium
源自矮行星穀神星(Ceres)之名。應用在氧化劑、拋光粉、玻璃和瓷器的黃色染料、
石油提煉液體催化過程(FCC)催化劑。
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Pr 鐠 Praseodymium
源自希臘語"prasios",意為韭菜綠,以及"didymos",意為雙胞胎。應用在稀土磁鐵、雷射、
玻璃和琺琅製品染料、燧石。
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Nd 釹 Neodymium
源自希臘語"neo",意為新的,以及"didymos",意為雙胞胎。應用在稀土磁鐵、雷射、
玻璃和瓷器的紫色染料、陶瓷電容器。
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Pm 鉕 Promethium
源自希臘神話中盜火者普羅米修斯(Prometheus)之名。應用在核電池。
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Sm 釤 Samarium 源自俄羅斯礦業工程師Vasili Samarsky-Bykhovets之名。稀土礦石Samarskite就是以他的名字命名的。應用在稀土磁鐵、雷射、中子捕獲裝置、激微波。
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Eu 銪 Europium
源自歐洲(Europe)一詞。應用在紅色和藍色的熒光粉、雷射、水銀燈部件。
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Gd 釓 Gadolinium
源自Johan Gadolin之名,以紀念他對稀土的研究。應用在稀土磁鐵、高折射指數玻璃、
石榴石、雷射、X射線管、電腦記憶體、中子捕獲裝置。
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Tb 鋱 Terbium
源自瑞典伊特比村之名。應用在綠色熒光粉、雷射、熒光燈。
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Dy 鏑 Dysprosium
源自希臘語"dysprositos",意為難以獲得。 應用在稀土磁鐵、雷射。
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Ho 鈥 Holmium
源自其發現者的故鄉斯德哥爾摩之拉丁語名"Holmia"。應用在雷射。
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Er 鉺 Erbium
源自瑞典伊特比村之名。應用在雷射、釩鋼。
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Tm 銩 Thulium
源自希臘神話中的北方神秘之地圖勒(Thule)。應用在攜帶型X射線。
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Yb 鐿 Ytterbium
源自瑞典伊特比村之名。應用在紅外線雷射、還原劑
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Lu 鎦 Lutetium
源自法國村鎮Lutetia之名(現為巴黎)。應用在高折射率玻璃。

 

稀土金屬礦之開採
由週期表特性可知稀土元素不易形成大規模礦區,必以大量挖掘後再予以過濾。副作用是
損失大量土方及飛塵污染,容易引發居民抗議,因此多被課徵鉅額環保稅。
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除上列因素,原則上能挖掘的古大陸地形都能開採稀土,早期伴隨煤鐵石油鑽石礦區一起挖掘,
例如:近北極圈各國與中歐;機械工具發達後便不受限制,多半由運輸成本及出口稅率而定,
例如前蘇聯、中國與澳洲等。
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迄2010年底為止主要稀土出口地為中國(約佔97%),以鉛、鋅、高嶺土等初級品為主,
可精鍊治金品目前由大型礦業或鋼鐵公司掌握專利,例如:必和必拓(BHP Billiton)、
力拓(Rio Tinto)、淡水河谷(Vale)...等等。此外為增加工作人口,澳洲、中國、巴西
等地都有意提高原料出口價格,以吸引礦商與金屬業者到地主國投資先進冶金技術。
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應用
稀土已被廣泛應用於國防工業、冶金、機械、石油、化工、玻璃、陶瓷、紡織、皮革、農牧
養殖等各傳統方面領域,在社會生活中幾乎隨處可見,它們神奇地隱藏在某些東西里。
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作為改性添加元素在鋼鐵和有色金屬中加入極少量稀土就能明顯改善金屬材料性能,
提高鋼材的強度及耐磨性和抗腐蝕性能力。

「稀土金屬」一詞存在的爭議
「稀土」中的「土」字實際上是指氧化物。這些元素被發現時人們以為它們在地球上分布非常
稀少。實際上它們在地殼內的含量並不算太低,最高的鈰是地殼中第25豐富的元素,
比鉛還要高,而「稀土金屬」中穩定元素里豐度最低的〝鉕〞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。

 


 

金銀鉑鈀銠銥鋨釕錸銦鍺鎵鎢鉬鉭稀土

 

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稀土中的「土」字實際上指的是氧化物。稀土元素,是元素 週期表第Ⅲ族副族元素鈧、釔和鑭系元素共17種化學元素的 合稱。稀土元素並不稀有,但其傾向於兩兩共生的化合物, 且難以將稀土元素單獨分離。另外,稀土元素在地殼中的分 布相當分散,很少有稀土元素集中到容許商業開採的礦床。 全世界已知有約9261萬噸稀土礦,中國就佔出口總量的90%。 輕稀土包括:鑭、鈰、鐠、釹、鉕、釤、銪、釓。 重稀土包括:鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、鎦、鈧、釔。