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稀有金屬,通常指在自然界中含量較少或分佈稀散的金屬,它們難於從原料中提取,在工業上製備和應用較晚。但在現代工業中有廣泛的用途。中國稀有金屬資源豐富,如鎢、鈦、稀土、釩、鋯、鉭、鈮、鋰、鈹等已探明的儲量,都居於世界前列,中國正在逐步建立稀有金屬工業體系。

1 稀有金屬 -概述

定義
稀有金屬
稀有金屬
稀有金屬一般指在自然中含量很少、分佈稀散或難於從原料中提取的金屬。

稀有金屬,這個名稱並不全是由於它們在地殼中丰度低的原因,而是某些稀有金屬在地殼中的貯存狀態比較分散,或發現比較晚,或製取較困難,因而其生產和應用都較晚。在歷史上給人以「稀有」的概念,遂被稱為稀有金屬而沿用至今。

稀有金屬這類金屬中有的地殼丰度小,天然資源少;有的地殼丰度雖大,但賦存狀態分散,不容易被經濟地提取;有的在物理-化學性質上近似而不容易分離成單一金屬。過去製取和使用得很少,因此得名為稀有金屬。19世紀即有稀有元素(rare elements)一詞,20世紀20年代,在此基礎上定名為稀有金屬。稀有金屬開發較晚,所以有時還稱為新金屬(new metals)。第二次世界大戰以來,由於新技術的發展,需求量的增大,稀有金屬研究和應用迅速發展,冶金新工藝不斷出現,這些金屬的生產量也逐漸增多。稀有金屬已經不稀。稀有金屬所包括的金屬也在變化,如鈦在現代技術中應用日益廣泛,產量增多,所以有時也被列入輕金屬。

2 稀有金屬 -性質特點

稀有金屬的名稱具有一定的相對性,隨著人們對稀有金屬的廣泛研究,新產源及新提煉方法的發現以及它們應用範圍的擴大,稀有金屬和其它金屬的界限將逐漸消失,如有的稀有金屬在地殼中的含量比銅、汞、鎘等金屬還要多。通常指在自然界中含量較少或分佈稀散的金屬。它們難於從原料中提取,在工業上製備和應用較晚。但在現代工業中有廣泛的用途,如用於製造特種鋼、超硬質合金和耐高溫合金,在電氣工業、化學工業、陶瓷工業、原子能工業及火箭技術等方面。

3 稀有金屬 -主要分類

稀有金屬
稀有金屬
稀有金屬按其物理及化學性質的近似、在礦物原料中的共生關係、從原料中提取方法的類似及其它共同特徵,一般又分為五類:
稀有輕金屬,包括鋰、銣、銫和鈹,共4種金屬。共同特點是密度小(在0.53-1.859g/cm3之間),化學活性強,氧化物和氯化物都很穩定,難以還原成金屬,一般都用熔鹽電解法和金屬熱還原製取。其性質及生產方法與輕金屬鋁、鎂等相似。
稀有高熔點金屬,包括鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭、鎢、鉬和錸,共9種金屬。其共同特點是熔點高,鎢的熔點達3680K;耐腐蝕性能好。具有多種原子價,它們的碳、氮、硼、硅化合物熔點也很高,硬度大,生產工藝上一般都是先製取純氧化物或鹵化物,再用金屬熱還原法或熔鹽電解法製取,鈦由於密度小,也有將它劃歸輕金屬類的;錸由於無獨立的礦床,主要分散在某些金屬(特別是鉬)的硫化礦中,因而也有人將它劃歸稀散金屬類。
稀土金屬,包括鑭系元素鑭、鈰、鐠、釹、鉅、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、鑥及鈧、釔,共17個金屬。其共同特點是最外兩層電子結構相同,釔與鈧也與之相似,因而它們的物理化學性質非常相近,在礦物中共生,分離困難。在冶鍊過程中的行為也大體相似。
稀散金屬,包括鎵、銦、鉈、鍺、硒、碲,共6種金屬。其共同特點是只有極少的獨立礦物,一般都是以類質同象形態存在於其他礦物中。鍺、硒、碲具有典型的半金屬性質,因此也有把它們劃歸入半金屬類的。
放射性金屬,包括天然放射性金屬釙、鈁、鐳、錒、釷、鏷和鈾,以及人造放射性金屬鍀、鎿、鈈、鎇、鋦、錇、鐦、鎄、鐨、鍆、鍩、鐒和104~109號元素,共25種金屬。其共同特點是能自發放射出具有某種能量的射線(α、β、γ射線)。
有些稀有金屬既可以列入這一類,又可列入另一類。例如錸可列入稀散金屬,也可列入稀有難熔金屬。

4 稀有金屬 -主要用途

稀有金屬
稀有金屬
稀有金屬生產的發展往往是同科學技術的發展密切聯繫著的。第二次世界大戰以後,稀有金屬的應用有了迅速的發展。在原子能工業中鈾、釷、鈈用作核燃料,鋯、鈮、釩用作結構材料,鉿、鏑、釓用作控制材料,鈹用作慢化劑和反射層材料;在電子技術中,鍺用於製造晶體管,鉭用於製造電解電容器,釓、銪用作發光材料,釤用作強磁材料;在航空、航天工業中使用的鈦、鎢、鉿、鈮、錸結構材料。 
:可用於航天器,宇宙飛船內部一般都用它做;是製造戰機的主要原料,而且價格昂貴。平時一般人只是在元素周期表上才能見到這些金屬。 
鉬:用於煉製各類合金鋼、不鏽鋼、耐熱鋼、超級合金,在軍事工業中廣泛應用。 
釩:熔點最高的金屬,要3千多攝氏度; 
稀有金屬
稀有金屬
 鍺
:主要用於夜視儀、熱成像儀、石油產品催化劑、太陽能電池等生產,並被廣泛用於光纖通訊領域。 
:不但是製造液晶面板不可替代的金屬材料, 還是合金、半導體數據傳輸、航天產品的製造不可替代的金屬材料,而且在高科技武器製造中有極其重要的作用。 
:主要用於硬質合金、特種鋼等產品,並被廣泛用於國防工業、航空航天、信息產業。鎢能耐高溫,所以鎢合金被大量用在機械、武器工業中。比如槍、炮的發射管中都會用到鎢的合金。軍事方面用做穿甲彈的彈丸,都是用比坦克裝甲硬得多的高密度合金鋼、碳化鎢等材料製成的。鎢合金的機械性能與貧鈾相差無幾,而且貧鈾的缺點反而是它的優點。沒有放射性,鎢的化學性能也非常穩定,甚至在1000℃以上的高溫下也不會氧化,而且硬度也不會明顯下降。這點對防破甲彈 340;高溫金屬射流十分有利。鎢的硬度極高,主要用於鋼鐵金屬的合金,加入鎢后鋼的硬度會有極大的提高,在金屬加工領域的刀具材料高速鋼就是含鎢的合金。如果一個國家沒有鎢的話,在目前技術條件下的金屬加工能力就會出現極大的缺失,直接導致機械行業的癱瘓,所以稱之為戰略金屬。 
稀土:稀土是包括鑭、鈰、鐠、釹、釔等17種化學元素的總稱" 。在許多尖端技術領域也正大顯身手,如用於激光測距、激光瞄準、激光制導和激光武器等,在航天、航空、地質、氣象和現代軍事技術方面正發揮著越來越大的作用,擁有著極為廣闊的發展前景。"

5 稀有金屬 -冶鍊技術

稀有金屬純度測試儀
稀有金屬純度測試儀

稀有金屬在地殼中的含量並不都是很少的。例如鈦、鋯、釩在地殼中的含量大於常見的有色金屬鎳、銅、鋅、鈷、鉛、錫。稀有金屬由於賦存分散,並且常與其他金屬伴生,一些物理化學性質特殊,因而往往要採取特殊的生產工藝。如用有機溶劑萃取法及離子交換法分離提取鋰、銣、銫、鈹、鋯、鉿、鉭、鈮、鎢、鉬、鎵、銦、鉈、鍺、錸以及鑭系金屬、錒系金屬等;用金屬熱還原法、熔鹽電解法製取鋰、鈹、鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭及稀土金屬等;用氯化冶金法提取分離或還原製取鈦、鋯、鉿、鉭、鈮和稀土金屬等;用碘化物熱分解法製取高純鈦、鋯、鉿、釩、鈾、釷等。真空燒結、電弧熔煉、電子束熔煉、等離子熔煉等一系列冶金技術已經大量用於提煉稀有金屬,特別是稀有難熔金屬。區域熔煉技術已是製取高純度稀散金屬和稀有難熔金屬的有效手段。 

隨著科學技術的進步與冶金工藝、設備和分析檢測技術的發展和稀有金屬生產規模的擴大,稀有金屬的純度也就不斷提高,性能不斷改進,品種不斷增多,從而推動了稀有金屬的應用領域的擴大。稀有金屬的一些冶金工藝如有機溶劑萃取技術,氯化技術等也逐步推廣到整個有色金屬的冶金領域。中國稀有金屬資源豐富,如鎢、鈦、稀土、釩、鋯、鉭、鈮、鋰、鈹等已探明的儲量,都居於世界前列。中國正在逐步建立稀有金屬工業體系。

6 稀有金屬 -分佈儲量

稀有金屬-鉍
稀有金屬-鉍

銦:中國儲量居世界第一。佔全球供應量的80%。主要用於平板顯示器、合金、半導體數據傳輸、航天產品的製造。主要伴生在鉛鋅礦中,2005年中國原生銦產量也只有410噸。銦它是一種伴生的金屬,它只是鋅精礦裡面的含量都是用PPM(百萬之)計算的,非常的少,不能再生。
鎢:中國世界儲量第一。佔全球供應量的為85%。主要用於硬質合金、特種鋼等產品,並被廣泛用於國防工業、航空航天、信息產業,被稱為「工業的牙齒」。鎢能耐高 溫,所以鎢合金被大量用在機械、武器工業中。比如槍、炮的發射管中都會用到鎢的合金。 鎢的化學性能也非常穩定,甚至在1000℃以上的高溫下也不會氧化,而且硬度也不會明顯下降。這點對防破甲彈的高溫金屬射流十分有利。鎢 的硬度極高,主要用於鋼鐵金屬的合金,加入鎢后鋼的硬度會有極大的提高,在金屬加工領域的刀具材料高速鋼就是含鎢的合金。如果一個國家沒有鎢的話,在目前 技術條件下的金屬加工能力就會出現極大的缺失,直接導致機械行業的癱瘓,所以稱之為戰略金屬。此外在照明領域也必須使用鎢做為燈絲。 
鉬:中國儲量居世界第二。佔全球供應量的24%。用於煉製各類合金鋼、不鏽鋼、耐熱鋼、超級合金,在軍事工業中應用廣泛,被稱作「戰爭金屬」。  
稀土:中國儲量居世界第一。供應量佔全球總量的80%以上。用於製造複合材料,鎂、鋁、鈦等合金材料,被形象地比喻為「工業味精。 
鍺:儲量居世界第一。產量佔全球的50%。主要用於夜視儀、熱成像儀、石油產品催化劑、太陽能電池等生產,並被廣泛用於光纖通訊領域。
此外鉭、鍶、 銻、鎘、銥、鉍、銠、鈦、鎳、鋯、鉻、鈷等等及鎳鉻、鎳鉻硅、鎳鋁、鈦鋁、鐵鎳等等,在歐洲這些很多都是戰略金屬在國防建設中也有廣泛的用途.有些已經用 於宇宙飛船的製造及軍事應用.如金屬鉭不僅在火炮上有大用處,而且是以後宇宙空間探索必要的材料,其奇特的物理化學性能至今科學家還在研究, 鉭合金的特殊用途目前仍在研發。

7 稀有金屬 -限制出口

中國再提高稀有金屬出口門檻
中國再提高稀有金屬出口門檻

2009年6月下旬美國與歐盟就中國限制出口稀有金屬問題向世界貿易組織提起訴訟,指責中國限制出口幾種主要稀有金屬違背了國際貿易準則。針對歐盟和美國的這一舉動,國內部分稀有金屬類上市公司認為,歐美申訴理由冠冕堂皇,是一種非常自私的行為,稀有金屬是中國的戰略儲備資源,保護資源、保護環境,這是合理的國家的戰略舉措。 稀有金屬是國家重要的戰略資源,近年來中國對稀有金屬的開採和出口進行限制是非常明智的選擇。

長期以來,國內稀土行業存在亂采亂開現象,中國稀土產品在國際上沒有話語權,國際商家從中漁利,這種局面需要改變,首先就要限制開採,限制出口,否則國內的稀土資源將以極低的價格快速流失。鉭是生產電子產品的功能性材料,早已經成為美國的戰略物資,美國國防部後勤署是鉭金屬最大的擁有者,曾一度買斷了世界三分之一的鉭粉,但是這麼重要的戰略資源,中國鉭金屬生產企業並沒有獲得多少利潤,出口到國外僅僅獲得微利而已,原因就是惡性競爭使得國外商家從中漁利。

國家在稀有金屬方面採取的限制開採和限制出口措施外,稀有金屬既然是國家的戰略資源,就應該制定國家層面的戰略儲備體系,僅僅靠限制開採和限制出口並不利於戰略資源儲備的長期建設,也應該從地方政府和各企業的實際情況出發,制定相應的配套政策,比如對稀有金屬的收儲,一方面可以讓這些資源儲備起來,另一方面也可以提高產品價格,保證地方政府的財政收入和企業的利潤來源,只有制定了相應的配套政策,才能使戰略資源儲備從上到下得到貫徹落實。

8 稀有金屬 -參考資料

[1] 和訊 http://news.hexun.com/2009-06-25/118973015.html
[2] 中華網 http://military.china.com/zh_cn/critical3/27/20061119/13752952.html
[3] 稀有金屬在軍事上的重要作用 http://www.changher.cn/kexuejishu/xiyoujinshuzaijunshishangdechongyaozuoyong/
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