第1章　緒論

1.1　稀土材料簡介

根據國際純粹與應用化學聯合會的定義，稀土元素（簡稱REE）是元素周期表中的一組數目為17的化學元素群，由15種鑭系元素及釔和鈧組成。鈧和釔之所以被認為是稀土元素，是因為它們一般與鑭系元素出現在同一礦床中，并表現出類似的化學性質。實際上“稀土”的命名并不貼切，因為稀土元素總體而言較為豐富，只是在地殼中比較分散。以“稀土”命名的主要原因僅在于它們在化學性質上彼此相似，在自然界中共同存在且具有相似的三價氧化態。國際純粹與應用化學聯合會將稀土元素主要分為輕稀土元素和重稀土元素，根據其原子量或在元素周期表中的位置進行分類。輕稀土元素由原子序數為57至62的鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤組成，重稀土元素由原子序數為 63 至 71 的銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥組成[1]。

稀土元素都存在于自然界中，但并非以純金屬的形式存在。在鑭系元素原子中，最外層的價電子組成基本都是相同的，只有4f軌道隨著原子序數的增加而逐漸填充。4f軌道受電子屏蔽效應影響使稀土元素的物理和化學性質極其相似，還導致了“鑭系收縮”，即離子半徑從La3+的（逐漸減小到Lu3+的。稀土元素由于其獨特的磁性、發光特性和催化性能，在相關技術領域內極其重要，從手機、電視到LED燈泡、風力渦輪機和各種催化反應等都已有廣泛應用。實際上地殼中稀土元素的平均濃度范圍大約在130μg/g至240μg/g，含量明顯高于其他常見的開采的元素，且遠高于稀土各自的球粒隕石豐度。表1-1顯示了地殼中稀土元素的平均豐度與球粒隕石豐度的比較。

表1-1　地殼中稀土元素的平均豐度與球粒隕石豐度的比較單位：μg/g

注：—表示不可用。

本章旨在從稀土元素在高技術產品中的應用、稀土元素的存在狀態、稀土元素的最新化學表征技術、稀土元素的循環利用和稀土元素的催化應用簡介等方面對稀土元素提供較全面的應用介紹。文中還介紹了稀土元素在農業、醫藥、環境等方面的應用或影響，及在不同應用中稀土元素作為替代品的實例。