第1章　緒論

1.1　稀土材料簡介

根據(jù)國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會的定義，稀土元素（簡稱REE）是元素周期表中的一組數(shù)目為17的化學(xué)元素群，由15種鑭系元素及釔和鈧組成。鈧和釔之所以被認(rèn)為是稀土元素，是因為它們一般與鑭系元素出現(xiàn)在同一礦床中，并表現(xiàn)出類似的化學(xué)性質(zhì)。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(xué)性質(zhì)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(tài)。國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會將稀土元素主要分為輕稀土元素和重稀土元素，根據(jù)其原子量或在元素周期表中的位置進(jìn)行分類。輕稀土元素由原子序數(shù)為57至62的鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤組成，重稀土元素由原子序數(shù)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(shù)的增加而逐漸填充。4f軌道受電子屏蔽效應(yīng)影響使稀土元素的物理和化學(xué)性質(zhì)極其相似，還導(dǎo)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(fā)光特性和催化性能，在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)極其重要，從手機、電視到LED燈泡、風(fēng)力渦輪機和各種催化反應(yīng)等都已有廣泛應(yīng)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(yuǎn)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(shù)產(chǎn)品中的應(yīng)用、稀土元素的存在狀態(tài)、稀土元素的最新化學(xué)表征技術(shù)、稀土元素的循環(huán)利用和稀土元素的催化應(yīng)用簡介等方面對稀土元素提供較全面的應(yīng)用介紹。文中還介紹了稀土元素在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)境等方面的應(yīng)用或影響，及在不同應(yīng)用中稀土元素作為替代品的實例。