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今日播报稀土成为现代高科技产品的维生素

2019-04-11 11:17:14来源:励志吧0次阅读

2014年8月7日,世界贸易组织对美国、欧盟、日本诉中国稀土、钨、钼相关产品出口管理措施案做出终裁决,认定中方涉案产品的出口关税和出口配额措施不符合有关世贸规则和中方加入世贸组织的承诺。2015年,中国相继取消了稀土产品的出口配额和出口关税,持续两年多的美国诉中国稀土案暂时尘埃落定,世界大国之间争夺稀土资源的明争暗斗却远未结束。

稀土到底具备何等魅力,竟然引得诸多大国如此费尽心机?其实,稀土既不稀也不土,而是对一些金属元素氧化物的统称。稀土元素包括元素周期表中从57至71号的15种镧系元素,以及性质相近的21号元素钪和39号元素钇自动打螺丝机
,共计17种金属元素。早期化学家把不溶于水的化学物质称为土,这些在当时十分难得的金属氧化物便被人们称为稀土。稀土元素按原子序数和质量的大小常被分为以镧为代表的轻稀土和以铽为代表的重稀土,也可把稀土元素更细微地划分为轻、中、重三个组别。

在100多种化学元素的大家庭中,稀土元素是一个化学、物理性质差异十分微小的小团体。因为具备独特的电子结构,稀土元素化合物是性能优异的发光材料与磁性材料,在催化剂、冶金以及光学、陶瓷等诸多产业中有着广泛的应用。稀土材料元器件的研发生产水平,与一个国家高科技产业在世界上所处的地位几乎呈现正比关系。处于世界产业链顶端的美国、日本等国家和欧盟,同时也是稀土消费大国与稀土高科技产品的研发生产大国。

稀土元素的实际储量并不稀少,主要矿藏分布于中国、美国、俄罗斯、印度等国保温一体板
。根据国务院2012年发布的《中国的稀土状况与政策》白皮书记载,中国稀土储量约占世界总储量的23%,是世界公认的稀土资源大国之一。以丰富的稀土矿藏为基础,中国建立起了全球首屈一指的稀土产业。根据美国审计总署统计,2015年全球总计供应稀土原材料12.4万吨,其中84.7%的产量由中国生产。

区区十几万吨的产量,与动辄以千万、亿吨计量的有色金属、钢铁相比简直不值一提,然而这并不影响稀土作为重要战略资源的地位。如同人体不能缺少数量很少但却至关重要的维生素一样,激光与新光源、信息技术、新能源、新材料等诸多高科技产业也离不开稀土。身兼发光材料、电性材料、磁性材料、催化剂、冶金原料以及抛光剂、玻璃陶瓷原料等多种职务,稀土是一位不折不扣的关键先生。

由于电子层结构相当特殊,不少稀土元素有着容易冲动的怪脾气。它们吸收合适的能量便会激发产生复杂的电子能级跃迁,随后便会发出色彩各异的荧光。稀土发光材料大多具有优异的光学性能,可发射涵盖从紫外(<380?纳米)到可见(380~780?纳米)直至近红外(780~2500?纳米)的光。在震惊世界的911事件中,安装于原美国世贸中心救生通道中的荧光指示系统帮助数千人逃离了绝境,创造这一奇迹的正是稀土蓄光型自发光材料,即稀土长余辉发光材料。自从1996年我国实施绿色照明工程以来,数十亿只节能灯走进了千家万户。节能灯纯正明亮的色光来自高质量的荧光涂层,而荧光涂层中的主角正是稀土荧光粉。更加节电的LED照明产品在我国的普及速度也在加快,而LED照明灯珠同样使用了稀土荧光粉。

在紫外或可见光的照射下发光的过程被称为光致发光,如上述提到的LED照明灯中荧光粉的发光;在电场作用下的发光过程则被称作电致发光,利用有机电致发光材料制备的器件称为有机发光二极管(OLED)。OLED屏幕不仅显示效果令人惊艳,还可以制成柔性显示,为可穿戴设备和虚拟显示技术的发展提供了技术支持,是竞争力的新一代显示技术。稀土元素铕和铽化合物能发射出鲜艳的红光和绿光,非常适合用于三基色OLED显示材料青花瓷器鉴定交易
。我国研制的稀土铽和铕化合物的OLED器件效率一直保持水平,并且仍在努力取得新的进步。

配制生产高效照明节能灯的稀土荧光粉

有着神光之称的激光是物质分子受激振荡发出的定向强光,激光器是人类在20世纪重大的发明之一。激光元器件是稀土材料大放异彩的舞台,无论是固态激光材料中的掺钕钇铝石榴石晶体,液态激光材料中的稀土螯合物溶液,还是气态激光材料中的稀土金属铕与氦气混合蒸气,都为激光产业的发展立下了汗马功劳。

与其他金属的化合物具备超强的永磁特性,这是一些稀土元素的又一个怪脾气。稀土永磁材料的性能远超铁氧体这类传统磁性材料,其中尤以钕铁硼永磁体的应用为广泛。性能优异的稀土永磁材料易于小型化,因此给电子信息、通信、家电、新型电机等一系列产业带来了革命性的变化。迅猛发展的稀土磁性材料需求强劲,已经在稀土材料产业中占据了相当大的市场份额。

放眼身边的电脑、以及家用电器与交通工具,其中几乎都隐藏着高性能稀土磁体的身影。提供海量存储功能的电脑机械硬盘用带有磁性涂层的盘片记录信息,依靠带有磁芯的电机驱动盘片,并用巨磁阻磁头完成读写,这些元器件都无一例外地使用稀土磁性材料。中的微型话筒、扬声器必须使用稀土永磁体制造,提供振动功能的微型马达同样离不开稀土永磁材料。新能源汽车搭载的精密电机,大多使用钕铁硼磁体打造强劲的动力心脏。

除了在新能源汽车中的应用,稀土材料对整个新能源产业的发展同样至关重要。稀土近红外光转换材料可以将能级较低的近红外光转换为能在太阳能板中产生电流的高能级光子。太阳能电池的光电转换效率因此可能提升30%甚至更高,可以大大提高太阳能发电的效益。

燃料电池可以将化学燃料中的化学能直接转换为电能,具有高效、环保、安静的优点。其中固体燃料电池采用固体氧化物作为传输电流的电解质,可以直接使用各种可燃性气体作为燃料,是一类极具前景的绿色新能源技术。固体氧化锆氧化钇是当前比较成熟的固体燃料电池电解质材料之一,其他稀土元素在固体燃料电池中也有应用。

作为一种成熟的清洁能源,镍氢电池在新能源汽车以及电子产品中的使用相当普及。以稀土元素镧加入镍基制成的镧镍系储氢合金,是镍氢电池中为常用的固体储氢材料之一。科学家正在研究使用其他稀土元素作为储氢材料的可行性,以期在提升安全与性能的同时,更加充分地挖掘镍氢电池的性能潜力。

在催化剂、冶金机械、玻璃陶瓷、抛光剂、医疗、纺织、农业等产业中,稀土材料同样表现出了巨大的应用潜能。以一辆油电混动新能源汽车为例,汽车钢板中添加了稀土元素,可以改良钢材的性能与质量;汽车的电动马达中使用了稀土永磁材料,镍氢蓄电池中则使用了稀土储氢材料;汽车尾气净化器中添加了铈、钇等稀土元素的氧化物,以期减少贵金属触媒用量并提高净化效率。行车电脑、倒车雷达及音响设备中,都要使用稀土磁性材料和稀土发光材料;汽车玻璃、部分零部件的精密抛光,离不开氧化铈稀土抛光粉;甚至连汽车使用的燃油,都是由使用稀土催化剂的石化工厂生产的。可以毫不夸张地说,稀土材料和元器件在社会生活中无处不在,它们早已经渗透进现代产业的每一个方面。

我们更加不能忽视的是,与稀土相关的新技术、新材料几乎都是军民两用的。高科技稀土材料既可以用来生产汽车、家电与消费电子产品,也可以使军机、坦克和战舰如虎添翼,导弹、雷达和军用卫星、军用通信系统耳聪目明。只有把握稀土资源的主导权,赶超并终引领稀土产业科技的潮流,才能保证我国在可能爆发的高科技战争中立于不败之地,保证我国拥有足以捍卫国家安全与利益的强大国防力量。

令人感到非常遗憾的是,我国稀土产业依然徘徊于产业链的中低端,并未获得与规模相称的地位与效益。中国稀土产业的现状是稀土氧化物、金属原料等上游产品量大质优,以稀土功能材料为代表的中游产品产能较完备,把稀土材料转换为高科技元器件及产品却一直是我国稀土产业的瓶颈与短板。由于我国稀土行业集中度较低,盲目、非法开采加工导致的无序交易严重,加之稀土原料定价权的长期缺失,中国稀土黄金当土卖的乱象长期存在。

经历了美国诉中国稀土案败诉的中国稀土产业,在2015年上演了出口大增、价格暴跌的悲惨一幕。一些稀土原料的价格一夜回到了十年前,主要稀土企业因此深陷亏损泥潭。我国稀土产业的不利形势,一方面与国际大宗商品价格低迷的大背景有关,另一方面也是我国稀土科技水平与先进国家存在明显差距,缺乏行业主导权与产品定价权的必然结果。

具有种类齐全的丰厚资源家底,背靠需求持续增长的国内市场,拥有多年积累的产业技术基础,暂时处于逆境的中国稀土产业依然大有希望。随着我国完成六大稀土集团的资源整合,稀土开采、加工的调控得以加强,打击非法稀土生产与交易的行动也日益取得成效。设立稀土国家储备制度与尝试开展稀土期货交易,也有利于我国稀土行业早日走出寒冬。随着十三五规划与中国制造2025相关规划与政策的逐步实施、我国经济转型与产业升级的有序推进,作为工业维生素的稀土资源必然会迎来更多的市场机遇。历经风雨的中国稀土产业,在不久的将来必将见到绚丽的彩虹。

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