中国粉体网讯 稀土是重要的新能源原材料,在现代工业发展中具有许多不可替代的用途。世界稀土资源丰富,主要集中在美国、澳大利亚、俄罗斯、越南、巴西和中国。稀土资源是中国最为重要的战略性优势矿产资源之一。作为一种重要的、不可再生的“三稀”金属矿产资源,稀土能够改造传统工业、发展国防尖端技术,其独特的原子结构、优良的光电磁热及易与其他元素组合等物化性质。有“现代工业维生素”“万能之土”和“21世纪新材料宝库”等称号。
具有工业价值的各类稀土矿物一览表
稀土应用领域
稀土在农业、纺织、轻工、冶金、电子、医药、催化、超导、玻璃陶瓷、机械制造和国防军工领域广泛应用。随着新能源工业革命的开始,涉及的新材料和关键应用器件同样离不开稀土元素的参与,稀土在新能源产业链中储氢材料、永磁材料、镍氢电池和永磁电机等产品的重要性日益凸显。
■稀土抛光粉
抛光材料用于诸多工业领域,主要用于金属、不锈钢、半导体、珠宝玉器、玻璃、皮革、塑料等的研磨和抛光。工业上所使用的稀土抛光材料,就是稀土元素铈(Ce)的氧化物——氧化铈(CeO2)将其作为抛光材料使用,实践证明铈系稀土抛光粉的抛光效果优于其他金属氧化物,目前被称为“抛光粉之王”。
铈类稀土抛光材料在日常生活中的应用十分常见,如光学镜头、手机面板、平板电脑、液晶显示器、手表外壳、珠宝首饰等,其表面光滑如镜,就是稀土材料精打细磨的原因。
全球稀土抛光粉的主产国为中、日、韩、美、法、英等国,稀土抛光粉主产企业有日本的清美化学株式会社、三井金属矿业株式会社等,韩国的戴伯克新材料公司,英国的光学表面技术公司,法国的罗地亚电子与催化材料公司,美国的费罗电子材料公司等。
我国稀土抛光材料产业正式开始于1968年,上海跃龙化工厂首次研制成功稀土抛光粉,开始以纯氧化铈和氟碳铈矿以及混合稀土为原料,云南光学仪器厂和西北光学仪器厂选用独居石为生产原料,成功研产出多种实用的稀土抛光粉产品。20世纪70年代,北京有色金属研究总院、北京工业大学等单位研发成功一批添加氟、硅等元素的新产品,如739和771型稀土抛光粉,主要用于金属制品的高速抛光;甘肃稀土新材料股份有限公司研制的797型稀土抛光粉,主要用于平板玻璃和电视机显象管的抛光;2011年7月,包头天骄清美稀土抛光粉有限公司扩建稀土抛光粉生产线,我国最大的稀土抛光材料生产线正式投产。
未来全球电子产品的繁荣发展仍将是必然,稀土抛光材料将主要用于液晶玻璃、智能手机面板、光学玻璃等电子产品器件的抛光,应用市场的扩容量无疑会给稀土抛光粉市场带来巨大的发展空间和商机。
■稀土催化剂
稀土催化体系按其组分来划分,大致可划分为:(1)稀土配合物和烷基铝或有机硼盐组成的二元催化体系;(2)稀土化合物、烷基铝或有机硼化物、卤化物组成的三元催化体系;(3)稀土化合物、烷基铝或有机硼化物、卤化物及活化剂等的多元催化体系。目前,二元催化体系及三元催化体系为常用的催化体系。在稀土化合物/烷基铝或硼盐/氯化物组成的三元催化体系中,氯化物的种类及其用量对于催化剂的相态与聚合活性有较大的影响。
稀土催化剂可应用于高分子合成研究中,从20世纪60年代开始,先后经历了三个发展历程,分别为传统的ziegler—Natta型、茂稀土型和非茂稀土型催化剂。
ziegler—Natta型稀土催化体系是最早发现并用于烯烃聚合,目前发展最为成熟并已被广泛应用于工业的一类催化剂,其为烯烃聚合提供了高选择性,以得到众多重要的合成聚合物材料;茂稀土金属配合物是指含有环戊二烯基及具有取代基团的环戊二烯基配位的稀土金属化合物;非茂稀土型催化剂指不含环戊二烯基,中心原子为稀土金属元素,与C、N、O、P、S等还有未共用电子对的原子配位的化合物。
■稀土永磁电机
稀土永磁电机是一种较为新型的技术,并且能为我国发展提供很大的能源。稀土永磁电机具有效率高、环保节能、高效能、结构多样性的优点。从日常生活到航空航天,从简单的电动工具到较为高级的科技产品,都可以应用到稀土永磁电机。日常的家电中,稀土永磁电机的无刷直流电机可以作为第二代变速制冷技术,所以国内外都将它广泛的应用到空调和冰箱中,基本上有 1/3的空调和冰箱都会使用稀土永磁电机来进行制冷。稀土永磁电机的控制精度非常高,故被广泛的应用到空调压缩电机中。另外,稀土永磁电机也是一种非常高效能的船舶推进系统,在船舶行业也广泛应用。
■稀土系贮氢合金(AB5型)
LaNi5是较早开发的稀土贮氢合金,吸氢焓变为-30.1kJ/molH2,贮氢量为1.4wt%,吸氢后仍为六方晶结构,但晶格体积膨胀24%,合金易粉碎,优点是分解氢压适中(20~40时,为2~4MPa)、吸放氢平衡压差小、易激活、不易中毒。采用混合稀土Mm(La、Ce、Nd、Pr等)取代LaNi5中的La,可克服LaNi5价格昂贵的缺点,由于稀土Mm的晶胞体积按La、Ce、Nd、Pr的顺序减小,使MmNi5合金的氢分解压增大,为此在MmNi5的基础上又开发出了大量的多元合金Mm1-xCxNi5-yDy,其中C有Al、Cu、Mn、Si、Ca、Ti、Co,D为Al、Cu、Mn、Si、Ca、Ti、Co、Cr、Zr、V、Fe,x=0.05~0.20,y=0.1~2.5。
■玻璃
稀土掺杂微晶玻璃的组成设计、发光性能及制备技术等是近年来研究的热点。稀土掺杂的发光微晶玻璃晶体发光材料具有优异的发光性能和玻璃良好的理化性能,在白光照明领域有望成为一种理想的、可替代传统荧光材料的LED用发光基质材料。
发展趋势:稀土生产大国朝着材料制造和应用大国发展
据统计,2017年中国稀土消费约为10万t,约占世界稀土需求的56%。预计到2020年,中国稀土消费量将达到19万t左右,将占全球总消费量的68%。
进入“十四五”时期,我国稀土行业要加大技术研发力度、实现持续健康发展,迈上产业中高端的关键时期,电动汽车、混合动力汽车、高速铁路、工业机器人等产业将迎来高速发展,也将大幅增加稀土永磁电机、动力电池等稀土高端材料和产品的用量。
中国轻、重稀土分布特点及含量
稀土作为新材料不可或缺的重要元素,产业发展正面临着“供应格局国际化”的改变,国际竞争日益激烈。在这样的情况下,稀土企业应适应市场变化,坚持创新发展,加快稀土产业结构调整和转型升级。未来,随着我国稀土新材料的研究和发展水平的提升,我国必将从稀土生产大国朝着材料制造和应用大国发展。
稀土终端化就能促进产业高端化
目前,我国稀土原料产品供应大国地位相对稳定,从长远来看,我国稀土行业应该站在全球一体化的高度来审视整个稀土产业链的发展。上游冶炼分离产业应开展绿色环保自主知识产权的新技术、新装备、新产品及新工艺的创新突破,通过提升稀土原料产品质量,大幅降低成本,保证产品合理的性价比,巩固稀土资源大国地位。
国家几部委联合下发《新材料产业发展指南》中明确,加快实现稀土磁性材料及应用器件产业化,因此,做大做强稀土产业的出路就在于促进稀土应用领域的扩大和产业链的延伸,我国稀土产业应树立开放、共享和协同发展理念,不断在终端产业上取得更大突破。
参考资料:
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中国有色网.稀土产业发展依托科技重在创新
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霍知节.话说稀土抛光材料.内蒙古师范大学科学技术史研究院
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