金属基本知识（下）

天狼晓月

金属基本知识（下）
发表时间：2007-6-23 18:51:30

锂基本知识介绍
　　锂号称“稀有金属”，其实它在地壳中的含量不算“稀有”，地壳中约有0．0065％的锂，其丰度居第二十七位。已知含锂的矿物有150多

种，其中主要有锂辉石、锂云母、透锂长石等。海水中锂的含量不算少，总储量达2600亿吨，可惜浓度太小，提炼实在困难。某些矿泉水和植

物机体里，含有丰富的锂。如有些红色、黄色的海藻和烟草中，往往含有较多的锂化合物，可供开发利用。我国的锂矿资源丰富，以目前我国

的锂盐产量计算，仅江西云母锂矿就可供开采上百年。
　　锂不但是既轻又软、比热最大的金属，而且还是在通常温度下呈固体状态的一般材料中最轻的一种，通常贮藏于煤油或液体石蜡中。纯锂

的比重跟干燥的木材差不多，等于一般称作轻金属的铝的密度的五分之一，几乎只有同体积水的重量的一半。即使把锂放到汽油中，它也会象

软木塞一样轻轻地浮起来。
　　在室温条件下，锂能和空气中的氮气和氧气发生强烈的化学反应。由于锂具有和氢、氧、氮、碳及氧化物、硅酸盐等物质结合的能力，冶

金工业部门把锂作为“捕气剂”、“脱流剂”，可以消除金属铸件中的孔隙气泡、杂质和其他缺陷。
　　荧光屏是把荧光物质涂在玻璃上制成的。不过这不是普通的玻璃，而是加进了锂的锂玻璃。在玻璃中加进锂或锂的化合物，可以提高玻璃

的强度和韧性。
　　把含锂的陶瓷涂到钢铁或铝、镁等金属的表面，形成一层薄而轻、光亮而耐热的涂层，可作喷气发动机燃烧室和火箭、导弹外壳的保护层

。锂与铝、镁、铍等“合作”组成合：金，既轻又韧，已被大量用于导弹、火箭、飞机等制造上。
润滑剂中加进锂的化合物，可以大大改善润滑效能。此种润滑剂适用于温度在—50℃至200℃的范围，因此被广泛应用于航空、动力等部门的

各种机械装置和仪器仪表。
　　某些锂的有机化合物，如硬脂酸锂、软脂酸锂等，它们的物理姓能不随环境温度变化而改变，因此是二种安全可靠的润滑剂，并具有“永

久性”作用。如果在汽车的一些零件上加一次锂润滑剂，就足以用到汽车报废为止。
　　氢化锂遇水发生猛烈的化学反应，产生大量的氢气。两公斤氢化锂分解后，可以放出氢气566千升。氢化锂的确是名不虚传的“制造氢气

的工厂”。第二次世界大战期间，美国飞行员备有轻便的氢气源——氢化锂丸作应急之用。飞机失事坠落在水面时，只要一碰到水，氢化锂就

立即与水发生反应，释放出大量的氢气，使救生设备(救生艇、救生衣、讯号气球等)充气膨胀。
　　碱性蓄电池组的电解溶液里有氢氧化钠溶液，现在加入几克氢氧化锂溶液，蓄电池的使用寿命可以增加两倍，工作温度范围可加大到-20

℃----40℃。
　　锂——氯、锂——硒之类的电池，已在手机、笔记本电脑以及某些国防军事部门中得到应用。用锂电池发电来开动汽车，行车费用只有普

通汽油发动机汽车的三分之一。锂高能电池是一种很有前途的动力电池。它重量轻，贮电能力大，充电速度快，适用范围广，生产成本低，工

作时不会产生有害气体，不至于造成大气污染。由锂制取氚，用来发动原子电池组，中间不需充电，可连续工作20年。
　　氢弹里装的不是普通的氢，而是比普通氢几乎要重一倍的重氢或重二倍的超重氢。用锂能够生产出超重氢——氚，还能制造氢化锂、氘化

锂、氚化锂。早期的氢弹都用氘和氚的混和物作“炸药”，当今的氢弹里的“爆炸物”多数是锂和氘的化合物——氘化锂。我国1967年6月l7

日成功地爆炸的第一颗氢弹，其中的“炸药”就是氢化锂和氘化锂。1公斤氘化锂的爆炸力相当于5万吨烈性梯恩梯炸药。据估计，l公斤铀的

能量若都释放出来可以使一列火车运行4万公里； l公斤氘和氚的混和物却可以使一列火车从地球开到月球；而I公斤锂通过热核反应放出的能

量，相当于燃烧20000多吨优质煤，比1公斤铀通过裂变产生的原子能人10倍。

铯基本知识介绍
　　铯是一种化学元素，它的化学符号是Cs，它的原子序数是55，是一种带银金色的碱金属。
　　铯色白质软，熔点低。在空气中容易氧化。是制造真空件器、光电管等的重要材料，化学上用做催化剂。

锇基本知识介绍
　　锇是一种化学元素，它的化学符号是Os，它的原子序数是76。
　　锇是银白色的过渡金属，是密度最大的元素。锇可在铂矿中发现。
　　锇可添加到合金中，例如钢笔笔尖、电子开关等需要高硬度及耐用性的地方。
　　锇在空气中可缓慢生成有刺激性的四氧化锇气体，此物对人眼伤害很大，锇的拉丁文名正是由它而来（名字的意思是“恶臭”）。

铱基本知识介绍
　　铱是一种化学元素，它的化学符号是Ir，它的原子序数是77。
　　铱是银白色过渡金属，是密度第二大的元素，仅次于锇。铱可在铂矿中发现。
　　恐龙等史前动物的绝种，据说是由小行星撞击地球时所带来的铱引致。
　　铱亦像锇一样，可在合金中使合金更能抵抗高温及腐蚀，例如用在高温装置或电子开关等地方。

硒基本知识介绍
　　硒在地壳中含量并不太少，占十万分之八，比锑、银、汞等多好几倍以至几十倍，不过，它分布很分散，很少有集中的矿物。硒一般以极

少量存在于若干硫化矿内。平常，人们大都是从电解铜厂的阳极泥、硫酸厂的硫黄燃烧炉的烟道灰中提取硒。目前，全世界硒的年产量约为

700吨左右。
　　硒是红色的单斜晶体，还有一种更稳定的硒，是灰色的六力菱形晶体，闪耀着金属般的光泽。红硒和灰硒是硒的同素异形体。红硒在受热

后，会迅速变成灰硒。灰硒的熔点为 2l7℃。灰硒的重要特性是它具有典型的半导体性能，可以用于无线电的检波和整流。硒整流器具有耐负

荷、耐高温、电稳定性好等特点。
　　硒对光非常敏感。据测定，在充足阳光的照射下，硒的导电率比在黑暗时要大一千倍。这样，硒被用来制造光敏电阻和光电管，在自动控

制、电视等方面，有着广泛的用途。硒还被制成光电池。
　　硒有毒，它的所有化合物均有剧毒。硒的化合物掉在皮肤上，会产生斑疹。硒中毒后，人会感到头痛，长期丧失嗅觉。
　　在化学工业上，硒用作石油热裂解的催化剂。在橡胶中加入少量的硒，可使橡胶的抗磨性提高50％。染料工业也消耗大量的硒，如在硫化

镉中加入硒，可制得橙、黄、褐等色染料，这种染料耐晒、耐热、十分稳定。含铬、锌等金属的硒染料，十分耐腐蚀。
　　在铸铁、不锈钢、铜合金中加入千分之三到千分之五的硒，可以提高它们的机械性能，结构更加致密。
　　硒的化学性质和硫相似。硒在250℃时，能和氢气化合，生成硒化氢。硒化氢具有近似硫化氢的剧臭。硒在空气中能燃烧，生成白色的二

氧化硒的细小晶体。二氧化硒溶于水，生成亚硒酸。亚硒酸经氧化剂氧化后，变成硒酸。硒酸可以溶解黄金。

砷基本知识介绍
　　砷在自然界中主要以硫化物和氧化物的形式存在。主要矿物有雄黄(As2S2)、雌黄(As2S3)、砒石(As2 O3)毒砂(FeAsS)。古罗马人和希腊

人称雄黄为砷。
　　砷是灰色的晶体。它是非金属，却具有金属般的光泽，并善于传热和导电。砷很脆，易被碾成粉末，容易挥发，加热到610℃，便可不经

液态，直接升华，变成蒸气，砷蒸气具有一股难闻的大蒜臭味。
　　砷有三种同素异形体，灰砷、黑砷和黄砷。黑砷也叫无定形砷，加热到285 ℃时会变成灰砷。黄砷在暗处会发光，受到光线照射时，也很

容易变成灰砷。
　　纯砷的用途不大。在铅中加入0．5％的砷，可增加铅的硬度，这种铅用来铸造弹丸。
　　砷的最重要的化合物是三氧化二砷，俗名砒霜，是烈性毒药。砷的化合物，都是有毒的。在古代，炼金家用毒蛇作为代表砷的符号。现在

砒霜被大量用于制作无机农药。如果人畜不慎而误中砷毒，可服用新鲜的氢氧化亚铁悬浮液来解毒。砷的其他化合物，如亚砷酸钠、亚砷酸钙

、砷酸铅、砷酸钙，砷酸锰等也都是常用的农药。在制造这些含砷农药的工厂里，空气中的含砷量必须低于0．3毫克／米3。
　　雌黄的成分是三硫化二砷，晶体多呈柱状，橙黄色，略透明，燃烧时放出大蒜的气味，供制颜料或作褪色剂用。

钌基本知识介绍
　　俄国化学家、生物学家、药学家克劳斯发现化学元素钌。
　　1828年，贝采里乌斯和俄国多尔巴特大学的化学教授奥桑(Osann，G．W．)到乌拉尔山的铂矿去考察。他们研究了用王水溶解粗制铂后的

残渣，贝采里乌斯从中取得钯、锇、铑、铱四种金属。奥桑则不同，他以为自己发现了三种新金属，并命名为Pluranium、ruthenium、

Polinium。
　　1840年克劳斯对铂溶在王水中的残余物深感兴趣。他从彼得堡的一名炼铂匠那里购来铂渣两磅。经分析后，从中不仅提出微量的钯、铑、

锇、铱等金属、并取得百分之十的铂。这个分析结果克劳斯呈报政府矿物当局，财政大臣康克林伯爵完全赞成克劳斯的研究报告。政府矿物工

程师主任契夫金赠给二十磅铂渣作为礼物。
　　克劳斯将铂渣、苛性钾、硝酸钾混在一起，放在银坩埚中加热烧红，约经过一个半小时，把反应后熔块投到大量水中，放在黑暗的地方静

置四昼夜，色的溶液。加入硝酸酸化，可见柔软的黑色沉淀物(二氧化锇)析出(其中含有部分氧化钌)。克劳斯将黑色沉淀物与王水一同蒸馏，

可得黄色晶体(四氧化锇)。在蒸馏后所余的残渣中加入氯化铵溶液，得到一种盐(氯钌化铵)。锻烧此盐，得到海绵状的金属。
　　克劳斯出于爱国的热情，同时也为了表彰奥桑的工作，新金属的名称仍保留Ruthenium(钌)字，意即“俄罗斯”。
　　钌的化学性质很稳定，在温度达100℃时，对普通的酸包括王水在内均有抗御力。
　　钌是极好的催化剂，常用于氢化、异构化、氧化和重整反应中。

镉基本知识介绍
　　由德国革丁根大学化学兼药学教授斯特罗迈尔在1817年发现。
　　婴儿出生时，体内并没有镉，随着年龄的增长，镉进入人体后，只有少量能随尿排出，大部分在人体内慢慢积累起来。积聚在人体内的镉

，能破坏人体内的钙，使受害者的骨头逐渐变形。受害者的初期症状为腰、背、下肢疼痛，以后疼痛逐渐加剧，步行时象鸭子般臀部左右摇摆

，容易发生病理性骨折。日本人称之为“骨痛病”或“疼疼病”。
　　水稻对土壤中的镉的吸收主要是在抽穗开花以前的营养生长期，在这个期间的吸收量占整个生育期吸收总量的91％。用含镉废水长期不适

当地灌溉稻田时，除了稻的产量直接受到影响外，植株还能吸收土壤中的镉并使之在大米中积累。根据国外报道，如果人们长期食用含镉1ppm

以上的大米，就会造成骨痛病。
　　食物中含镉，饮水中也含镉。一般说来，在肠道内水中的镉比与食物相结合的镉容易吸收。因此，我们更应该经常检查自来水和其他饮料

中的镉。天然软水每升含镉1．5微克，而通过铜管的水含10．2微克，通过白铁管的水含16．3微克。通过铜管和白铁管的水的含镉量都已超过

国际饮用水水质标准的规定，该标准规定饮用水中镉含量不得超过10微克／升。铜管本身含镉3—57ppm，部分来自焊剂。白铁管含镉140一

400ppm，白铁管是镀锌的水煤气管，若锌不纯，可使含镉量高达1．5％。软水吸收了空气中的二氧化碳，是偏酸性的，而pH值小于8的液体即

能腐蚀铜管和铁管，使水污染。在山区及乡村等不用自来水的地区就没有了这一镉的来源。
　　酸性食品或饮料能从镀镉的器皿和上釉的陶瓷器皿上溶出镉。一般工业用锌含有1％的镉，所以镀锌的食品器皿应禁止用来盛装酸性食品

。
　　空气是人体中镉的另一个来源。空气中的镉来自工厂中燃烧石油和煤所排出的烟。城市里每立方米空气中约含镉0．02微克，在有镉污染

的工业区，空气中含镉量将更高。
　　在地壳中锌与镉之比为500一1000。实验室中以特别低镉饲料喂着的大鼠的肾脏中，锌与镉之比为464—500。因高血压死亡的人，锌与镉

之比为1． 4左右，有的甚至不到1．0。食物中含锌量比常量少了或含镉量多了，都能引起镉在人体中的积聚。从预防镉中毒的角度来看，应

尽量选食锌与镉的比值大于40 的食物，如牡蛎、谷类、面筋、豆芽、根菜、坚果等。
　　根据软硬酸碱理论，软酸和软碱可形成稳固的化合物。镉的阳离子Cd2+是软酸，碘的阴离子I－是软碱。所以，如果人体中有，Cd2+就会

与I－结合，变为无毒，排出体外，从而减少人体中Cd2+的积聚。海带和紫菜中含有大量的碘，所以多食、常食这些实物显然是有益的。

汞基本知识介绍
　　汞(mercury，Hg)，又称水银，是唯一在常温下呈液态并易流动的金属。比重 13.595，蒸气比重6.9。汞很易蒸发到空气中引起危害，因

为:1、在0℃时已蒸发，气温愈高，蒸发愈快愈多;每增加10℃蒸发速度约增加 1.2～1.5倍，空气流动时蒸发更多。2、汞不溶于水，可通过表

面的水封层蒸发到空气中。3、粘度小而流动性大，很易碎成小汞珠，无孔不入地留存于工作台、地面等处的缝隙中，既难清除，又使表面面

积增加而大量蒸发，形成二次污染源。4、地面、工作台、墙壁十天花板等的表面都吸附汞蒸气，有时，汞作业车间移作它用，仍残留有汞危

害的问题。工人衣着及皮肤上的污染可带到家庭中引起危害。
　　有关金属汞的生产很多，例如汞矿的开采与汞的冶炼，尤其是土法火式炼汞，空气、土壤、水质都有污染;制造。校验和维修汞温度计、

血压计。流量仪、液面计、控制仪、气压表、汞整流器等，尤其用热汞法生产危害更大;制造荧光灯、紫外光灯、电影放映灯、X线球管等;化

学工业中作为生产汞化合物的原料，或作为催化剂如食盐电解用汞阴极制造氯气、烧碱等;以汞齐方式提取金银等贵金属以及镀金、馏金等;口

腔科以银汞齐填补龋齿;钚反应堆的冷却剂，等等。
　　汞的无机化合物如硝酸汞(Hg(NO3)2)、升汞 (HgCl2)、甘汞(HgCl)、溴化汞(HgBr2)、砷酸汞(HgAsO4)、硫化汞(HgS)、硫酸汞(HgSO4)、

氧化汞(HgO)、氰化汞 (Hg(CN)2)等，用于汞化合物的合成，或作为催化剂、颜料、涂料等;有的还作为药物，口服、过量吸入其粉尘及皮肤涂

布时均可引起中毒。此外，雷汞 (Hg(CNO)2?1/2H2O)用于制造雷管等。

天狼晓月

钽基本知识介绍
　　1钽用于制作钽电容器:钽粉、钽丝是制作钽电容器的关键材料，钽电容器是最优秀的电容器。铌亦可制作电容器
　　2钽用于制作耐高温钽制品:钽能耐高温，强度和刚度良好，是制作真空高温炉用发热部件、隔热部件和装料器皿的优质材料
　　3钽铌用于制作耐腐蚀钽铌制品:钽铌是优质耐酸碱和液态金属腐蚀的材料，在化学工业中可用于制作蒸煮器、加热器、冷却器、各种器皿
器件等
　　4钽铌在航空航天工业中的应用:用于制作航空航天飞机、火箭、潜艇等的发动机部件，如燃烧室、燃烧导管、涡轮泵等。如WC-103 Nb-
Hf-Ti高温铌基合金是优质宇航用材料，用作火箭加速器喷管、宇宙飞船推进加力装置和喷管阀门等。
　　5钽用于制作穿甲弹的衬件:该项应用目前主要在美国，是导弹的一种，如TOW2B导弹
　　6碳化钽作硬质合金的添加剂:硬质合金主要用作刀具、工具、模具和耐磨耐蚀结构部件，添加TaC可提高其硬度、强度、熔点等性能。NbC
亦可此用，性能次于TaC
　　7铌是钢铁的主要添加剂。添加铌的微合金钢，使钢材晶粒细化，可提高钢的强度和韧性，75%左右的铌应用于该领域
　　8铌用作超导材料:Nb-Ti合金是当今应用最广、用量最大的超导材料，如Nb47Ti，在高能物理中有重要应用，是大型强子对撞机、重离子
对撞机等高能粒子加速器首选的实用超导材料；Nb3Sn是仅次于Nb-Ti的实用超导材料。
　　9氧化钽、氧化铌是制作钽铌人工晶体的原料:Ta2O5、Nb2O5是制作LT、LN等晶体的原料，LT、LN是重要的压电、热电和非线性光学材料，
在激光和微声表面波等技术领域中有重要用途
　　10铌在原子能工业中的应用:Nb的中子俘获截面小，热导率和强度高，在原子能反应堆中用作核燃料包套材料、核燃料合金添加剂、热交
换器结构材料
　　11其它应用:阴极溅射钽涂层、高真空吸气泵钽活性材料、Nb2O5和Ta2O5作光学玻璃改性剂和化工催化剂、Ta、Nb在医疗器械和工艺美术
品中的应用等
　　钽的表面能形成致密稳定、介电强度高的无定形氧化膜，易于准确方便地控制电容器的阳极氧化工艺，同时钽粉烧结块可以在很小的体积
内获得很大的表面积，因此钽电容器体积小、容量大、漏电流低、使用寿命长、综合性能优异，是最优秀的电容器，不仅在常规条件下比陶瓷
、铝、薄膜等其它电容器体积小、容量高、功能稳定，而且能在许多为其它电容器所不能胜任的严峻条件下正常工作。由于钽电容器具有其它
诸多电容器不可比拟的优异特性，在微电子科学和表面贴装技术领域，几乎无可等效替代的其它电容器与之竞争，因此60~65%的钽以电容器级
钽粉和钽丝的形式用于制作钽电容器。钽电容器已日益广泛应用于通讯（程控机、交换机、手机、传呼机、传真机、无绳电话）、计算机、汽
车、家用和办公用电器、仪器仪表、航天航空、国防军工等领域和科技部门。

锌基本知识介绍
　　锌也是人类自远古时就知道其化合物的元素之一。锌矿石和铜熔化制得合金——黄铜,早为古代人们所利用。但金属状锌的获得比铜、铁
、锡、铅要晚得多，一般认为这是由于碳和锌矿共热时，温度很快高达1000 ℃以上，而金属锌的沸点是906℃，故锌即成为蒸气状态，随烟散
失，不易为古代人们所察觉，只有当人们掌握了冷凝气体的方法后，单质锌才有可能被取得。
　　纯锌具有银白色的金属光泽，然而在空气中锌却呈灰蓝色，这是因为锌的化学性质比较活泼，与空气中的水、二氧化碳和氧气发生了化学
反应，生成一层极薄的碱式碳酸锌：
　　这层薄膜保护着里面的锌不再生锈。根据这个道理，人们用锌来保护铁。
　　白铁皮、铅丝（镀锌的铁丝）、自行车的辐条、五金零件和仪表螺丝等都是镀锌制品。镀上锌的白铁皮，表面上有一层美丽的冰花，那就
是锌的晶体。白铁皮比马口铁要耐用得多。马口铁是镀锡制品，只要碰破了一块，会很快腐蚀掉。而白铁皮即使碰破一大块，也不会很快被腐
蚀。这是因为在金属活动顺序里：K、Ca、 Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、H、Cu、Hg、Ag、Pt、Au，金属的活泼性依次由强减弱，Zn比Fe活
泼，Fe又比Sn活泼。所以活泼的Zn比Fe容易失去电子被氧化变成锌的二价离子而发生锈蚀，保护了Fe不受腐蚀；而Sn不如Fe活泼，只能眼睁睁
地看着Fe被腐蚀掉却爱莫能助。这就是焊锡补的脸盆反而烂得更快的原因。Zn正是发挥了这种“牺牲自己，保护他人”的长处，人们在水闸、
水下钢柱、船舰的尾部、船锚和锅炉内壁，将Zn块镶嵌在钢铁的表面，充当防锈的卫士。Zn块不断地被锈蚀而消瘦，以至最终被新的Zn块替换
上去，却保护了它相邻的钢铁安居乐业。
　　椐统计，全世界生产的Zn有40%用来制造镀锌的钢板、管材和白铁皮。Zn是Fe的忠诚卫士。此外，Zn还用来制造Zn──Cu合金—黄铜和干
电池等。
　　锌是人体必需的微量元素之一，是人体多种蛋白质的核心组成部分，它们在生命活动过程中起着转运物质和交换能量的“生命齿轮”作用
。人若缺锌，骨骼生长和性发育都会受到影响，缺锌的人常常表现出食欲不好，味觉不灵敏，伤口不易愈合等症状。但过多摄入锌对人体有害
，会引起头晕、呕吐和腹泻等。
　　锌也是植物生长不可缺少的元素，硫酸锌就是一种常用的微量元素肥料。
　　锌的主要矿物有闪锌矿ZnS、菱锌矿ZnCO3、红锌矿ZnO和常与铅矿共生的铅锌矿。
　　锌的化学性质和镉相近，与铜和铝相似，是比较活泼的金属元素。

镧(La) 基本知识介绍
??"镧"这个元素是1839年被命名的，当时有个叫"莫桑德"的瑞典人发现铈土中含有其它元素，他借用希腊语中"隐藏"一词把这种元素取名为
"镧"。镧的应用非常广泛，如应用于压电材料、电热材料、热电材料、磁阻材料、发光材料（兰粉）、贮氢材料、光学玻璃、激光材料、各种
合金材料等。她也应用到制备许多有机化工产品的催化剂中，光转换农用薄膜也用到镧，在国外，科学家把镧对作物的作用赋与"超级钙"的美
称。

铈（Ce）基本知识介绍
　　 "铈"这个元素是由德国人克劳普罗斯，瑞典人乌斯伯齐力、希生格尔于1803年发现并命名的，以纪念1801年发现的小行星--谷神星。
铈的广泛应用:
　　（1）铈作为玻璃添加剂，能吸收紫外线与红外线，现已被大量应用于汽车玻璃。不仅能防紫外线，还可降低车内温度，从而节约空调用
电。从1997年起，日本汽车玻璃全加入氧化铈，1996年用于汽车玻璃的氧化铈至少有2000吨，美国约1000多吨。
　　（2）目前正将铈应用到汽车尾气净化催化剂中，可有效防止大量汽车废气排到空气中美国在这方面的消费量占稀土总消费量的三分之一
强。
　　（3）硫化铈可以取代铅、镉等对环境和人类有害的金属应用到颜料中，可对塑料着色，也可用于涂料、油墨和纸张等行业。目前领先的
是法国罗纳普朗克公司。
　　（4）CeiSAF激光系统是美国研制出来的固体激光器，通过监测色氨酸浓度可用于探查生物武器，还可用于医学。铈应用领域非常广泛
，几乎所有的稀土应用领域中都含有铈。如抛光粉、储氢材料、热电材料、铈钨电极、陶瓷电容器、压电陶瓷、铈碳化硅磨料、燃料电池原料
、汽油催化剂、某些永磁材料、各种合金钢及有色金属等。

镨(Pr) 基本知识介绍
??大约160年前，瑞典人莫桑德从镧中发现了一种新的元素，但它不是单一元素，莫桑德发现这种元素的性质与镧非常相似，便将其定名为"
镨钕"。"镨钕"希腊语为"双生子"之意。大约又过了40多年，也就是发明汽灯纱罩的1885年，奥地利人韦尔斯巴赫成功地从"镨钕"中分离出了
两个元素，一个取名为"钕"，另一个则命名为"镨"。这种"双生子"被分隔开了，镨元素也有了自己施展才华的广阔天地。镨是用量较大的稀土
元素，其用于玻璃、陶瓷和磁性材料中。
镨的广泛应用:
　　（1）镨被广泛应用于建筑陶瓷和日用陶瓷中，其与陶瓷釉混合制成色釉，也可单独作釉下颜料，制成的颜料呈淡黄色，色调纯正、淡雅
。
　　（2）用于制造永磁体。选用廉价的镨钕金属代替纯钕金属制造永磁材料，其抗氧性能和机械性能明显提高，可加工成各种形状的磁体。
广泛应用于各类电子器件和马达上。
　　（3）用于石油催化裂化。以镨钕富集物的形式加入Y型沸石分子筛中制备石油裂化催化剂，可提高催化剂的活性、选择性和稳定性。我国
70年代开始投入工业使用，用量不断增大。
　　（4）镨还可用于磨料抛光。另外，镨在光纤领域的用途也越来越广。

钕(Nd) 基本知识介绍
? ?伴随着镨元素的诞生，钕元素也应运而生，钕元素的到来活跃了稀土领域，在稀土领域中扮演着重要角色，并且左右着稀土市场。 ?
钕元素凭借其在稀土领域中的独特地位，多年来成为市场关注的热点。金属钕的最大用户是钕铁硼永磁材料。钕铁硼永磁体的问世，为稀土高
科技领域注入了新的生机与活力。钕铁硼磁体磁能积高，被称作当代"永磁之王"，以其优异的性能广泛用于电子、机械等行业。阿尔法磁谱仪
的研制成功，标志着我国钕铁硼磁体的各项磁性能已跨入世界一流水平。钕还应用于有色金属材料。在镁或铝合金中添加1.5～2.5%钕，可提
高合金的高温性能、气密性和耐腐蚀性，广泛用作航空航天材料。另外，掺钕的钇铝石榴石产生短波激光束，在工业上广泛用于厚度在10mm以
下薄型材料的焊接和切削。在医疗上，掺钕钇铝石榴石激光器代替手术刀用于摘除手术或消毒创伤口。钕也用于玻璃和陶瓷材料的着色以及橡
胶制品的添加剂。随着科学技术的发展，稀土科技领域的拓展和延伸，钕元素将会有更广阔的利用空间。

钷(Pm) 基本知识介绍
??1947年，马林斯基（J.A.Marinsky）、格伦丹宁（L.E.Glendenin）和科里尔（C.E.Coryell）从原子能反应堆用过的铀燃料中成功地分离
出61号元素，用希腊神话中的神名普罗米修斯（Prometheus）命名为钷（Promethium）。钷为核反应堆生产的人造放射性元素。
钷的主要用途有:
　　（1）可作热源。为真空探测和人造卫星提供辅助能量。
　　（2）Pm147放出能量低的β射线，用于制造钷电池。作为导弹制导仪器及钟表的电源。此种电池体积小，能连续使用数年之久。此外，钷
还用于便携式X-射线仪、制备荧光粉、度量厚度以及航标灯中。

钐(Sm)基本知识介绍
??1879 年，波依斯包德莱从铌钇矿得到的"镨钕"中发现了新的稀土元素，并根据这种矿石的名称命名为钐。??钐呈浅黄色，是做钐钴系
永磁体的原料，钐钴磁体是最早得到工业应用的稀土磁体。这种永磁体有SmCo5系和Sm2Co17系两类。70年代前期发明了 SmCo5系，后期发明了
Sm2Co17系。现在是以后者的需求为主。钐钴磁体所用的氧化钐的纯度不需太高，从成本方面考虑，主要使用95%左右的产品。此外，氧化钐还
用于陶瓷电容器和催化剂方面。另外，钐还具有核性质，可用作原子能反应堆的结构材料，屏敝材料和控制材料，使核裂变产生巨大的能量得
以安全利用。

铕（Eu）基本知识介绍
??1901 年，德马凯（Eugene-Antole Demarcay）从"钐"中发现了新元素，取名为铕（Europium）。这大概是根据欧洲（Europe）一词命名
的。氧化铕大部分用于荧光粉。 Eu3+用于红色荧光粉的激活剂，Eu2+用于蓝色荧光粉。现在Y2O2S:Eu3+是发光效率、涂敷稳定性、回收成本
等最好的荧光粉。再加上对提高发光效率和对比度等技术的改进，故正在被广泛应用。近年氧化铕还用于新型X射线医疗诊断系统的受激发射
荧光粉。氧化铕还可用于制造有色镜片和光学滤光片，用于磁泡贮存器件，在原子反应堆的控制材料、屏敝材料和结构材料中也能一展身手。

钆(Gd) 基本知识介绍
??1880年，瑞士的马里格纳克（G.de Marignac）将"钐"分离成两个元素，其中一个由索里特证实是钐元素，另一个元素得到波依斯包德莱
的研究确认，1886年，马里格纳克为了纪念钇元素的发现者 研究稀土的先驱荷兰化学家加多林（Gado Linium），将这个新元素命名为钆。
??钆在现代技革新中将起重要作用。
它的主要用途有：
　　（1）其水溶性顺磁络合物在医疗上可提高人体的核磁共振（NMR）成像信号。
　　（2）其硫氧化物可用作特殊亮度的示波管和x射线荧光屏的基质栅网。
　　（3）在钆镓石榴石中的钆对于磁泡记忆存储器是理想的单基片。
　　（4）在无Camot循环限制时，可用作固态磁致冷介质。
　　（5）用作控制核电站的连锁反应级别的抑制剂，以保证核反应的安全。
　　（6）用作钐钴磁体的添加剂，以保证性能不随温度而变化。
　　另外，氧化钆与镧一起使用，有助于玻璃化区域的变化和提高玻璃的热稳定性。氧化钆还可用于制造电容器、x射线增感屏。 在世界上目
前正在努力开发钆及其合金在磁致冷方面的应用，现已取得突破性进展，室温下采用超导磁体、金属钆或其合金为致冷介质的磁冰箱已经问世
。
铽(Tb) 基本知识介绍
??1843年瑞典的莫桑德（Karl G.Mosander）通过对钇土的研究，发现铽元素（Terbium）。铽的应用大多涉及高技术领域，是技术密集、知
识密集型的尖端项目，又是具有显著经济效益的项目，有着诱人的发展前景。
主要应用领域有：
　　（1）荧光粉用于三基色荧光粉中的绿粉的激活剂，如铽激活的磷酸盐基质、铽激活的硅酸盐基质、铽激活的铈镁铝酸盐基质，在激发状
态下均发出绿色光。
　　（2）磁光贮存材料，近年来铽系磁光材料已达到大量生产的规模，用Tb-Fe非晶态薄膜研制的磁光光盘，作计算机存储元件，存储能力提
高10～15倍。
　　（3）磁光玻璃，含铽的法拉第旋光玻璃是制造在激光技术中广泛应用的旋转器、隔离器和环形器的关键材料。特别是铽镝铁磁致伸缩合
金（TerFenol）的开发研制，
　　更是开辟了铽的新用途，Terfenol是70年代才发现的新型材料，该合金中有一半成份为铽和镝，有时加入钬，其余为铁，该合金由美国依
阿华州阿姆斯实验室首先研制，当Terfenol置于一个磁场中时，其尺寸的变化比一般磁性材料变化大这种变化可以使一些精密机械运动得以实
现。铽镝铁开始主要用于声纳，目前已广泛应用于多种领域，从燃料喷射系统、液体阀门控制、微定位到机械致动器、机构和飞机太空望远镜
的调节 机翼调节器等领域。

镝(Dy)基本知识介绍
?? 1886年，法国人波依斯包德莱成功地将钬分离成两个元素，一个仍称为钬，而另一个根据从钬中"难以得到"的意思取名为镝
(dysprosium)。镝目前在许多高技术领域起着越来越重要的作用。
镝的最主要用途是：
　　（1）作为钕铁硼系永磁体的添加剂使用，在这种磁体中添加2~3%左右的镝，可提高其矫顽力，过去镝的需求量不大，但随着钕铁硼磁体
需求的增加，它成为必要的添加元素，品位必须在95～99。9%左右，需求也在迅速增加。
　　（2）镝用作荧光粉激活剂，三价镝是一种有前途的单发光中心三基色发光材料的激活离子，它主要由两个发射带组成，一为黄光发射，
另一为蓝光发射，掺镝的发光材料可作为三基色荧光粉。
　　（3）镝是制备大磁致伸缩合金铽镝铁（Terfenol）合金的必要的金属原料，能使一些机械运动的精密活动得以实现。
　　（4）镝金属可用做磁光存贮材料，具有较高的记录速度和读数敏感度。
　　（5）用于镝灯的制备，在镝灯中采用的工作物质是碘化镝，这种灯具有亮度大、颜色好、色温高、体积小、电弧稳定等优点，已用于电
影、印刷等照明光源。
　　（6）由于镝元素具有中子俘获截面积大的特性，在原子能工业中用来测定中子能谱或做中子吸收剂。
　　（7）Dy3Al5O12还可用作磁致冷用磁性工作物质。随着科学技术的发展，镝的应用领域将会不断的拓展和延伸。

钬(Ho) 基本知识介绍
　　十九世纪后半叶，由于光谱分析法的发现和元素周期表的发表，再加上稀土元素电化学分离工艺的进展，更加促进了新的稀土元素的发现
。1879年，瑞典人克利夫发现了钬元素并以瑞典首都斯德哥尔摩地名命名为钬（holmium）。 ?
　　钬的应用领域目前还有待于进一步开发，用量不是很大，最近，包钢稀土研究院采用高温高真空蒸馏提纯技术，研制出非稀土杂质含量很
低的高纯金属钬Ho/ΣRE>99.9%。
目前钬的主要用途有：
　　(1)用作金属卤素灯添加剂，金属卤素灯是一种气体放电灯，它是在高压汞灯基础上发展起来的，其特点是在灯泡里充有各种不同的稀土
卤化物。目前主要使用的是稀土碘化物，在气体放电时发出不同的谱线光色。在钬灯中采用的工作物质是碘化钬，在电弧区可以获得较高的金
属原子浓度，从而大大提高了辐射效能。
　　(2)钬可以用作钇铁或钇铝石榴石的添加剂；
　　(3)掺钬的钇铝石榴石（Ho:YAG）可发射2μm激光，人体组织对2μm激光吸收率高，几乎比Hd:YAG高3个数量级。所以用Ho:YAG激光器进行
医疗手术时，不但可以提高手术效率和精度，而且可使热损伤区域减至更小。钬晶体产生的自由光束可消除脂肪而不会产生过大的热量，从而
减少对健康组织产生的热损伤，据报道美国用钬激光治疗青光眼，可以减少患者手术的痛苦。我国2μm激光晶体的水平已达到国际水平，应大
力开发生产这种激光晶体。
　　(4)在磁致伸缩合金Terfenol-D中，也可以加入少量的钬，从而降低合金饱和磁化所需的外场。
　　(5)另外用掺钬的光纤可以制作光纤激光器、光纤放大器、光纤传感器等等光通讯器件在光纤通信迅猛的今天将发挥更重要的作用。

铒（Er）基本知识介绍
??1843年，瑞典的莫桑德发现了铒元素（Erbium）。铒的光学性质非常突出，一直是人们关注的问题：
　　（1）Er3+在1550nm处的光发射具有特殊意义，因为该波长正好位于光纤通讯的光学纤维的最低损失，铒离子（Er3+）受到波长980nm、
1480nm的光激发后，从基态4I15/2跃迁至高能态4I13/2，当处于高能态的Er3+ 再跃迁回至基态时发射出1550nm波长的光，石英光纤可传送各
种不同波长的光，但不同的光光衰率不同，1550nm频带的光在石英光纤中传输时光衰减率最低（0.15分贝/公里），几乎为下限极限衰减率。
因此，光纤通信在1550nm处作信号光时，光损失最小。这样，如果把适当浓度的铒掺入合适的基质中，可依据激光原理作用，放大器能够补偿
通讯系统中的损耗，因此在需要放大波长1550nm光信号的电讯网络中，掺铒光纤放大器是必不可少的光学器件，目前掺铒的二氧化硅纤维放大
器已实现商业化。据报道，为避免无用的吸收，光纤中铒的掺杂量几十至几百ppm。光纤通信的迅猛发展，将开辟铒的应用新领域。
　　（2）另外掺铒的激光晶体及其输出的1730nm激光和1550nm激光对人的眼睛安全，大气传输性能较好，对战场的硝烟穿透能力较强，保密
性好，不易被敌人探测，照射军事目标的对比度较大，已制成军事上用的对人眼安全的便携式激光测距仪。
　　（3）Er3+加入到玻璃中可制成稀土玻璃激光材料，是目前输出脉冲能量最大，输出功率最高的固体激光材料。
　　（4）Er3+还可做稀土上转换激光材料的激活离子。
　　（5）另外铒也可应用于眼镜片玻璃、结晶玻璃的脱色和着色等。

铥（Tm）基本知识介绍
　　铥元素是1879年瑞典的克利夫发现的，并以斯堪迪那维亚（Scandinavia）的旧名Thule命名为铥（Thulium）。 ?
　　铥的主要用途有以下几个方面：
　　（1）铥用作医用轻便X光机射线源，铥在核反应堆内辐照后产生一种能发射X射线的同位素，可用来制造便携式血液辐照仪上，这种辐射
仪能使铥-169受到高中子束的作用转变为铥-170，放射出X射线照射血液并使白血细胞下降，而正是这些白细胞引起器官移植排异反应的，从
而减少器官的早期排异反应。
　　（2）铥元素还可以应用于临床诊断和治疗肿瘤，因为它对肿瘤组织具有较高亲合性，重稀土比轻稀土亲合性更大，尤其以铥元素的亲合
力最大。
　　（3）铥在X射线增感屏用荧光粉中做激活剂LaOBr:Br（蓝色），达到增强光学灵敏度，因而降低了X射线对人的照射和危害，与以前钨酸
钙增感屏相比可降低X射线剂量50%，这在医学应用具有重要现实的意义。
　　（4）铥还可在新型照明光源 金属卤素灯做添加剂。
　　（5）Tm3+加入到玻璃中可制成稀土玻璃激光材料，这是目前输出脉冲量最大，输出功率最高的固体激光材料。Tm3+也可做稀土上转换激
光材料的激活离子。

镱（Yb）基本知识介绍
??1878年，查尔斯（Jean Charles）和马利格纳克（G.de Marignac）在"铒"中发现了新的稀土元素，这个元素由伊特必（Ytterby）命名为
镱（Ytterbium）。 ?
　　镱的主要用途有（1）作热屏蔽涂层材料。镱能明显地改善电沉积锌层的耐蚀性，而且含镱镀层比不含镱镀层晶粒细小，均匀致密。（2）
作磁致伸缩材料。这种材料具有超磁致伸缩性即在磁场中膨胀的特性。该合金主要由镱/铁氧体合金及镝/铁氧体合金构成，并加入一定比例的
锰，以便产生超磁致伸缩性。（3）用于测定压力的镱元件，试验证明，镱元件在标定的压力范围内灵敏度高，同时为镱在压力测定应用方面
开辟了一个新途径。（4）磨牙空洞的树脂基填料，以替换过去普遍使用银汞合金。（5）日本学者成功地完成了掺镱钆镓石榴石埋置线路波导
激光器的制备工作，这一工作的完成对激光技术的进一步发展很有意义。另外，镱还用于荧光粉激活剂、无线电陶瓷、电子计算机记忆元件（
磁泡）添加剂、和玻璃纤维助熔剂以及光学玻璃添加剂等。

天狼晓月

镥（Lu）基本知识介绍
??1907 年，韦尔斯巴赫和尤贝恩（G.Urbain）各自进行研究，用不同的分离方法从"镱"中又发现了一个新元素，韦尔斯巴赫把这个元素取
名为Cp (Cassiopeium)，尤贝恩根据巴黎的旧名lutece将其命名为Lu(Lutetium)。后来发现Cp和Lu是同一元素，便统一称为镥。 ?
　　镥的主要用途有（1）制造某些特殊合金。例如镥铝合金可用于中子活化分析。（2）稳定的镥核素在石油裂化、烷基化、氢化和聚合反应
中起催化作用。（3）钇铁或钇铝石榴石的添加元素，改善某些性能。（4）磁泡贮存器的原料。（5）一种复合功能晶体掺镥四硼酸铝钇钕，
属于盐溶液冷却生长晶体的技术领域，实验证明，掺镥NYAB晶体在光学均匀性和激光性能方面均优于NYAB晶体。（6）经国外有关部门研究发
现，镥在电致变色显示和低维分子半导体中具有潜在的用途。此外，镥还用于能源电池技术以及荧光粉的激活剂等。

钇(Y) 基本知识介绍
?? 1788年，一位以研究化学和矿物学、收集矿石的业余爱好者瑞典军官卡尔?阿雷尼乌斯（Karl Arrhenius）在斯德哥尔摩湾外的伊特必村
（Ytterby），发现了外观象沥青和煤一样的黑色矿物，按当地的地名命名为伊特必矿（Ytterbite）。1794年芬兰化学家约翰?加多林分析了
这种伊特必矿样品。发现其中除铍、硅、铁的氧化物外，还含有38%的未知元素的氧化物棗 "新土"。1797年，瑞典化学家埃克贝格（Anders
Gustaf Ekeberg）确认了这种"新土"，命名为钇土（Yttria,钇的氧化物之意）。 ??
　　钇是一种用途广泛的金属，主要用途有：
　　（1）钢铁及有色合金的添加剂。FeCr合金通常含0.5-4%钇，钇能够增强这些不锈钢的抗氧化性和延展性；MB26合金中添加适量的富钇混
合稀土后，合金的综合性能得到明显的改善，可以替代部分中强铝合金用于飞机的受力构件上；在Al-Zr合金中加入少量富钇稀土，可提高合
金导电率；该合金已为国内大多数电线厂采用；在铜合金中加入钇，提高了导电性和机械强度。
　　（2）含钇6%和铝2%的氮化硅陶瓷材料，可用来研制发动机部件。
　　（3）用功率400瓦的钕钇铝石榴石激光束来对大型构件进行钻孔、切削和焊接等机械加工。
　　（4）由Y-Al石榴石单晶片构成的电子显微镜荧光屏，荧光亮度高，对散射光的吸收低，抗高温和抗机械磨损性能好。
　　（5）含钇达90%的高钇结构合金，可以应用于航空和其它要求低密度和高熔点的场合。
　　（6）目前倍受人们关注的掺钇SrZrO3高温质子传导材料，对燃料电池、电解池和要求氢溶解度高的气敏元件的生产具有重要的意义。此
外，钇还用于耐高温喷涂材料、原子能反应堆燃料的稀释剂、永磁材料添加剂以及电子工业中作吸气剂等。

钪(Sc) 基本知识介绍
??1879年，瑞典的化学教授尼尔森（L.F.Nilson, 1840~1899）和克莱夫（P.T.Cleve, 1840~1905）差不多同时在稀有的矿物硅铍钇矿和黑
稀金矿中找到了一种新元素。他们给这一元素定名为"Scandium"（钪），钪就是门捷列夫当初所预言的"类硼"元素。他们的发现再次证明了元
素周期律的正确性和门捷列夫的远见卓识。 ??
　　钪比起钇和镧系元素来，由于离子半径特别小，氢氧化物的碱性也特别弱，因此，钪和稀土元素混在一起时，用氨（或极稀的碱）处理，
钪将首先析出，故应用"分级沉淀"法可比较容易地把它从稀土元素中分离出来。另一种方法是利用硝酸盐的分极分解进行分离，由于硝酸钪最
容易分解，从而达到分离的目的。 ?
　　用电解的方法可制得金属钪，在炼钪时将ScCl3、KCl、LiCl共熔，以熔融的锌为阴极电解之，使钪在锌极上析出，然后将锌蒸去可得金属
钪。另外，在加工矿石生产铀、钍和镧系元素时易回收钪。钨、锡矿中综合回收伴生的钪也是钪的重要来源之一。钪在化合物中主要呈3价态
，在空气中容易氧化成Sc2O3而失去金属光泽变成暗灰色。 ??
　　钪能与热水作用放出氢，也易溶于酸，是一种强还原剂。钪的氧化物及氢氧化物只显碱性，但其盐灰几乎不能水解。钪的氯化物为白色结
晶，易溶于水并能在空气中潮解。在冶金工业中，钪常用于制造合金（合金的添加剂），以改善合金的强度、硬度和耐热和性能。如，在铁水
中加入少量的钪，可显著改善铸铁的性能，少量的钪加入铝中，可改善其强度和耐热性。在电子工业中，钪可用作各种半导体器件，如钪的亚
硫酸盐在半导体中的应用已引起了国内外的注意，含钪的铁氧体在计算机磁芯中也颇有前途。在化学工业上，用钪化合物作酒精脱氢及脱水剂
，生产乙烯和用废盐酸生产氯时的高效催化剂。在玻璃工业中，可以制造含钪的特种玻璃。在电光源工业中，含钪和钠制成的钪钠灯，具有效
率高和光色正的优点。