2016年04月08日 星期五

科普园地

“稀土不稀”

来源:地调局地质所 作者:陈笑然 发布时间:2025-10-22

  大家好呀!今天想向大家介绍一下我们的大家族“稀土家族”,我是我们的家族的老大“镧”,听我来给你讲讲“稀世之‘土’”,关于我们家族的故事吧。

  我们的家族里面有17个兄弟姐妹(镧系 15 种 + 钪、钇),从结构上看我们最外层电子数相同,但在内层 4f 轨道上的电子数量逐个增加。像安装不同APP的同款手机——基础功能相似又有独家特性!我们稀土家族作为 “工业维生素”,在微观世界默默书写着宏观传奇也是人类通往星辰大海之路上的重要资源和大国博弈间的重要筹码

  我们家族成员加起来能玩转手机、汽车、甚至导弹,但是总有人会对我们产生一些误会,只以为我们是“土里土气的稀有疙瘩”。因此,我不得不代表我们家族向大家澄清一下,我们不是“土”,是藏在大家生活里的“魔法精灵”。

  1794年,芬兰科学家第一次发现我们时,我们正我们正躲在矿石里睡大觉,裹着层氧化物 “外衣”,看起来像堆灰扑扑的土块。而且想把我们 17 个分开,比拆散 17 对双胞胎还难,他们就误以为我们 “稀有又土气”,“稀土” 这名字就这么传了下来。其实呢?我弟弟铈在地球上的含量比铅还多,钕哥哥的 “存在感” 和铜差不多。但我们有个怪脾气:不爱单打独斗,总跟其他元素混在一起,想提纯出高纯度的我们,得用比解数学奥赛还复杂的技术。这才让我们成了 “有价无市” 的香饽饽。

  这位是我们家族的“钕”,他又被称为新能源汽车的 “心脏起搏器”。

  “我是钕,家族里的 “大力士”。我和铁、硼组队,能变成 “钕铁硼磁体”,其磁力是普通磁铁的 10 倍,体积却只有它的 1/5。新能源汽车的驱动电机里,必须有我坐镇:没有我,电机要么跑不快,要么笨重得像头大象。一辆车至少得 需要2公斤我的磁体,要是换成普通磁铁?那车估计得拖着半吨重的电机在路上爬。”。

  这位是我们家族“铈”,他又被人们称为汽车尾气的 “清洁工”。

  “我是铈,脾气最活泼,爱抢电子也爱送电子。人类把我塞进汽车尾气净化器里,我能把一氧化碳、氮氧化物这些 “坏东西” 抓过来,变成二氧化碳和氮气。一辆车的净化器里藏着50g我的 “分身”,全球每年有上亿吨尾气被我收拾得服服帖帖。”

  这位是我们家族的“铕”,他被称为屏幕里的 “调色大师”。

  “我是铕,自带 “发光基因”。手机屏幕能显示正红色?那是我的功劳!人类把我做成红色荧光粉,通电就发光,亮度是普通荧光材料的 3 倍。对了,电视里的绿色画面靠我弟弟铽,蓝色靠镨,当我们仨凑齐了,才能让你刷剧时看到五彩斑斓的画面噢。”

  日常生活中,处处都能看到我们兄弟姐妹们的影子。手机屏幕在阳光下清晰显示,靠的是稀土铕发出的红光;手机拍摄时,摄像头能瞬间自动对焦,要感谢钕磁铁提供的高精度动力;无线耳机听到的澎湃低音,离不开稀土镝对磁场的超强控制!在航天领域,北斗卫星的 “最强中国心”——铷原子钟,火箭控制平台的陀螺仪上的钐钴永磁辐射环,都是我们稀土家族在大显身手。从智能家居到深空探测,我们在用自己的方式,改变着世界。

  我们家族在地球上分布不均,中国、蒙古、巴西是主要的居住地。但要说谁最会 “捧红”我们,还得是中国。早年间,我们在中国的南方矿山里 “隐居”,人类用一种化学药剂(如硫酸铵等)将我们从土壤中请出来,不用炸山,往土里灌点药水,我们就乖乖溶解出来。后来,中国科学家还发明了 “串级萃取法”,像分捡彩虹糖一样,能实现我们绝大多数兄弟姐妹们之间的分离,纯度能到 99.999%,打破了国外对稀土分离技术的垄断,使中国实现了稀土分离从依赖进口到全球领先的转变。

  现在,全球 90% 以上的稀土分离加工活儿都在中国干,从矿山到手机马达,一条产业链全打通。就像明星离不开经纪人,我们能从 “地下矿石” 变成 “工业顶流”,中国这位 “经纪人” 功不可没。

  但是最近我们也有些发愁。新能源汽车、风力发电机、机器人都抢着要我们,尤其是钕、镝。但我们也怕累啊,而且开采我们时,要是没做好环保,可能会污染土壤和水;好多旧手机、旧电机里的我们,还没被好好回收,就被扔进了垃圾堆。不过人类也在想办法:有人研究 “无稀土磁体”,有人建了 “稀土回收工厂”,还有人给我们的矿山装了 “环保监测仪”。希望未来,我们能既能帮人类搞科技,又能和地球友好的相处。

  稀土是一种非常重要的自然资源与关键战略资源,在现代科技、国防工业、环保等众多领域有着广泛且不可或缺的应用。我国稀土储量丰富,矿种齐全,分布广泛。内蒙古白云鄂博矿区是全球最大轻稀土矿床,稀土储量达1亿吨自然资源部中国地质调查局最近在云南省红河地区发现了超大规模稀土矿,资源量达到115万吨,进一步巩固了中国在重稀土资源领域的战略优势除了资源优势,我国还在稀土提纯及分离等稀土产品加工上具有核心竞争力。在回收领域,我国能以较低成本从旧硬盘、废磁铁、废旧电机等电子垃圾和原矿残渣中回收稀土,这项技术在国际上也是名列前茅

  最后,再次向大家介绍我们稀土家族,别看我们个头小、名字怪,却藏着改变世界的力量。下次你拿起手机、坐上新能源汽车时,可一定不要忘了这里面,有我们17个兄弟姐妹的魔法哦!