新品辈出不落幕

从19世纪80年代稀土开始用于汽灯增光，一个多世纪以来，稀土相继在冶金、机械、石油化工、电力、电子、能源、国防、交通、通讯、建材、家电以及医疗、环境保护、农业等领域得到应用，用于生产发火合金、刀具、特种钢、球墨铸铁、优质镁铝合金、石油裂解催化剂、电视机和计算机显示器用荧光粉、光学玻璃及玻璃抛光粉、陶瓷色料和各种添加剂等。20世纪70年代开始，稀土作为一种新型功能材料开始受到关注，80年代起便进入工业化应用开发阶段，其研发和商品化速度之快在金属材料史上没有先例。稀土元素独特的原子结构使其具有独特的电、光、磁、热及生物学性能，其17个成员个个身手不凡，它们与其他元素结合可组成种类繁多、功能多样、用途各异的新型材料，还能大幅提高材料性能，是新材料开发的宝库，成为各国科学家最关注的对象之一。西方发达国家纷纷投入大量人力、物力和财力用于稀土的基础研究、应用开发。

新材料被视为当前世界新技术革命的三大支柱之一，是产业发展和进步的重要推动力，被列为我国七大战略性新兴产业。在全球新材料领域中，功能材料约占85%，是新材料发展的关键和核心。稀土元素被誉为新材料的 “宝库”，对各种新材料，特别是功能材料的开发和应用所起的作用极为重要。统计资料显示，世界上每4～5个新专利和新发明中就有一项涉及稀土元素的应用。如今，稀土已广泛用于生产发光材料、稀土金属氢化物电池材料、电光源材料、永磁材料、储氢材料、催化材料、精密陶瓷材料、激光材料、超导材料、磁致伸缩材料、磁致冷材料、磁光存储材料、光导纤维材料和庞磁电阻材料等，在新能源汽车、风力发电、新型显示与照明、机器人、电子信息、航空航天、国防军工、节能环保及高端装备制造等战略性新兴产业中均发挥着不可或缺的核心基础材料的作用，成为名副其实的工业味精和新材料之母。稀土也因此被许多国家列为一种战略物资，在美国能源部的 “关键材料战略”、日本文部科学省的 “元素战略计划”和欧盟 “危急原材料”均将其列为重点研究领域。随着高新技术产业发展的拉动，有关稀土的生产、研究和开发呈现出迅速增长的态势。

我国丰富的稀土资源为稀土新材料的研究和开发提供了得天独厚的条件，除了应用在前面提到的重要领域以外，在其他领域也获得了越来越多的成果，研发出了许多新的稀土应用产品，应用在轻工、纺织、农业、林业等方面。这里我们再略举几例，来个管中窥豹，再体会体会稀土那无尽的价值。

在纺织和皮革工业中，稀土主要用于皮革鞣制、皮毛染色、棉纺、毛纺和合成纤维的印染等。稀土离子能与羟基、偶氮基或磺酸基等形成配合物用于印染行业。在酸性纺织染料中添加稀土具有助染作用，可提高上染率、调整染料和纤维的亲和力，提高染色牢度，改善纤维的色泽、外观质量及手感柔软度，节约染料及减少环境污染，减轻劳动强度和降低动力消耗。稀土助鞣剂能提高皮革的品级和降低成本。用稀土混合鞣剂鞣制皮革可代替部分红钒 （重络酸钾或重铬酸纳的俗名），不仅能大幅降低铬的用量，减少制革废水对环境的污染，而且用稀土混合鞣剂鞣制的产品，革面细致紧密，皮板柔软，皮毛色泽光亮蓬松、手感好、耐洗、异味减少、抗拉强度及崩裂力和化学性能均达到纯铬鞣制的水平。

在塑料工业中，稀土化合物可用作塑料助剂，如在聚氯乙烯塑料中作热稳定剂能消除铅、镉等重金属的污染，提高产品性能。用30%的氧化镧为主要原料生产的稀土稳定剂可用于PVC加工生产塑钢门窗。在MC尼龙工程塑料中作改性剂可使其物理、机械和化学性能明显提高。硫化铈是一种红色的稀土无机颜料，不易褪色、变形，无毒，无环保问题，可取代目前常用的铅、镉等对人和环境有害的颜料用于塑料着色。

油漆催干剂是油漆工业中不可缺少的助剂，传统的催干剂是钴/铅系列，缺点是铅有毒、钴价昂，我国研发的系列稀土油漆催干剂技术成熟，用于五大类几十个品种的油漆生产上，年用量数千吨，应用的各类油漆达几十万吨，市场潜力巨大。稀土催干剂通常采用稀土脂肪酸和稀土环烷酸络合物为原料，可部分甚至全部取代传统催干剂中的铅锰锌钙等组分，减少钴用量，不仅质量高，还有良好的经济和环境效益。

在建筑业中，以稀土元素作为添加剂烧制的水泥，其中添加0.02%～0.05%的稀土氧化物就可以全部或部分替代水泥原料中的铁粉，不仅可大幅提高水泥的强度和产量，还能降低能耗和生产成本。稀土保温材料、稀土防水保温涂料和高效建筑群墙体材料具有很好的保温和防水效果。

稀土农用是近几十年来在我国首创和发展起来的一个新领域，经长期稀土农用基础理论研究和多种作物大面积示范种植实践表明，稀土具有特殊的生物化学功能，微量稀土（每公顷农田施用量低于150g）作为植物的生长调节剂，对生物体内激素或酶的形成或激活有催化作用，有 “超级激素”之称，施用适当浓度稀土元素能促进种子萌发、提高种子发芽率，促进幼苗生长，能提高植物的叶绿素含量，增强光合作用，促进作物根系的发育，促进植物对养分的吸收、转化和利用，提高农作物产量，增产率在90%以上，粮食作物的增产幅度为8%～10%，经济作物为15%～30%。还能改善品质 （如使糖料作物、瓜果中的糖分增加0.8%～1%）、改进风味，增强某些作物的抗病、抗寒和抗旱能力。当前我国农田施用稀土面积达5000万～7000万亩/年，增产粮、棉、豆、油、糖等6亿～8亿千克，直接经济效益为10亿～15亿元，年消费稀土1100～1200吨，稀土碳铵复混肥的推广将为农业发展提供强大动力。

在养殖业方面，稀土是一种很好的生理激活剂，饲料中添加少量稀土能激活动物体内的生长因子，促进酶的转化，提高饲料转化率，促进动物的生长发育，增强动物的免疫功能。

另外，稀土在林业中的应用也从经济林向速成林、防护林、城市绿化林方向发展。农、林、牧业将是稀土应用的巨大潜在市场。

稀土盐要用作农作物的生长调节剂，关系到对人、畜、环境的安全卫生，涉及子孙后代和环境生态。事关重大，为确保安全，20世纪90年代开始我国专门组织了跨部门的包括稀土农用专用产品的工艺研究、稀土应用中的安全毒理卫生评价研究、稀土土壤学研究、生理生化机理研究、应用技术及效果研究、分析检测方法研究六个重大领域的多学科联合攻关，承担课题的单位近150个，上千名科学家、专家和科技人员参与，经过20多年的艰苦努力和10年的攻关，基本回答和解决了关于稀土农用的工艺、毒理安全、土壤、应用机理、微量分析等方面的重大课题。对哺乳动物及水生动物的毒理实验结果表明，按每亩农田实际使用稀土扩大2～10倍，不会对农田、周围水域及动物造成不良影响。大量研究和实践肯定了稀土元素剂量与生物效应的依赖关系，证明稀土元素具有生理活性，是一组对植物生长起调节作用的有益元素。大量长期实践结果表明，低剂量的适量稀土，以单一施用、复混、复合方式用于农林牧业有显著增产、改善品质和防病抗逆作用。17年的定位试验表明，稀土在小麦籽粒和土壤中没有累积效应。稀土元素在土壤中固定快、移动性慢，推算正常使用100年污染地下水的可能性不大。连续使用500次，对土壤理化性质及肥力供应不会造成显著影响。一次施用量为目前用量的300～500倍时可观察到干扰土壤微生物群落的演变和功能。研究确定了动物最低毒作用剂量为2mg/kg［RE （NO3）3］，比早期的60mg/kg低30倍，为国家制定新的稀土允许摄入剂量标准提供了科学依据。按新结果推算，每人每天允许摄入120mg，实际每人每天的自然摄入量为2mg左右。通过国家组织的这种长期、大型、重点的联合攻关项目的多领域的研究和大范围的实践表明，适量施用稀土对环境无污染，对人体无害，以镧铈为主体的稀土是有益元素。这些重大成果的取得为稀土农用的产业化奠定了扎实的科学基础。目前我国已在120种农作物、牧草、林苗上使用稀土，在近20种畜禽饲料中应用稀土，产品包括硝酸稀土、碳酸稀土、稀土氯化物复合剂、柠檬酸稀土、抗坏血酸稀土、稀土碳铵复混肥、稀土多元复合剂、氨基酸稀土、稀土菌肥、稀土磁化肥、稀土磷肥、稀土保水剂等。在完成稀土在农业上的大面积推广应用的社会化的同时，我国稀土农用产品也开始进军国际市场。

另外，稀土发光材料在农业生产方面的应用研究也十分活跃，已渗透到农用光转换薄膜、稀土植物生长灯等领域。太阳光中的紫外线不利于植物生长，将稀土发光材料作为太阳光的转光剂，加入到农用塑料薄膜中制成农膜或大棚，利用稀土元素的再发射，使太阳光中的紫外线转化为有利农作物生长的红橙可见光，不仅能改善光合作用的光质，提高植物光合作用的效率，还能提高光能利用率，促进农作物、蔬菜的早熟和增产。这方面的技术发展迅速，获得了许多应用，对我国西部和北部绿色农业工程发展很有帮助。

在生命科学研究方面，人们利用稀土离子荧光探针来研究生物大分子的结构。很多生物大分子中含有Ca2+、Mg2+等金属离子，当它们被稀土离子取代后能形成探测信号，利用这种信号可研究生物大分子的结构和形态，具有灵敏度高、不破坏大分子的结构等优点。随着生命科学研究的深入，稀土在抗凝血、抗炎杀菌、治疗烧伤、治疗疤痕、抗动脉硬化、抗肿瘤及磁疗保健等方面也得到广泛应用。

稀土在高分子材料中可用作稳定剂、催化剂、补强剂、促进剂、偶联剂、颜料、催干剂等，也可作为具有功能性的磁性剂、抗菌剂、阻燃剂、光能转化剂等。结合稀土与高分子材料的优点合成的稀土高分子聚合物，有望成为具有卓越性能的荧光、激光和磁性材料、光学塑料等。如含稀土Ln3+，Tb3+及Eu2+的高分子配合物在紫外光照射下能发出红、绿、蓝三色荧光，可制成三基色复合高分子材料取代彩色显示器中目前所用的无机材料，将引发显示技术产生新的革命。将稀土元素引入到高分子材料中，赋予其荧光特性可为荧光材料开辟新的道路。将稀土元素引入到高分子基质中制成稀土高分子光致发光材料，能克服稀土无机材料难加工成型、价格高和稀土有机小分子配合物稳定性差等缺点，发挥高分子材料本身所具有的稳定性及来源广、成型加工容易的优点，必将使稀土发光材料得到更广泛的应用。Sm、Eu、Tb等的有机配合物在紫外线照射下，发光亮度高、单色性好、光热稳定、不易老化，容易分散到各种溶剂和有机材料中，可用于制备稀土紫外荧光防伪油墨。这种荧光防伪技术还可与激光防伪技术联用进行综合防伪，用于证件、票据、商标、香烟、药品，食品、食盐等的包装防伪。

当今世界，无论是高科技领域，还是传统工业和农牧业，从人们的日用电器到电脑、手机，稀土的应用几乎无所不在。稀土是世界公认的发展高新技术、国防尖端技术、改造传统产业不可或缺的战略资源，是21世纪新材料的宝库，发达国家均将稀土新材料及其相关应用产业作为重点发展领域。美、日等发达国家除加紧稀土矿产勘探、强化稀土资源战略储备外，还不断开展稀土回收、高效利用和替代技术方面的研究。未来社会是高科技社会，国家间的竞争是高科技的竞争。稀土几乎涉及所有的高科技领域，在高科技领域发挥着决定性作用，甚至决定着一个国家的高新科技水平和国际竞争实力，甚至关系到其国家的安全。对高新技术研发来说，稀土资源就是最核心的和不可替代的原材料之一，所以稀土资源一直是各方面争夺的一个焦点，这也是许多国家将其作为战略元素的原因。

我国稀土资源丰富，具有比较完整的稀土产业链和工业体系，稀土产销量高居世界第一。我国稀土行业的发展，经历了第一阶段突破冶炼分离技术，第二阶段突破稀土新材料生产技术，现在应该进入第三阶段，需要开发实用化的稀土商品，对稀土材料的应用进行高水平的产业化集成。目前我国正大力推动稀土下游产品的应用开发。工信部提出，要稀土企业主动参与新能源汽车、工业机器人、污染防治等领域企业的新产品、新技术设计开发。有关部门将通过财政资金、产业基金、上市融资等渠道来支持稀土高端应用产业发展，通过政策倾斜来引导金融企业和社会资金投资稀土高端技术研发和产业化项目。随着我国稀土工业和应用技术的发展加快，稀土矿产资源的消耗速度也将大大加快，稀土提取过程中那些浪费严重、资源利用率低、靠出口原料和初级产品、严重的环境污染问题，以及稀土应用不均衡将成为制约和困扰我国稀土行业的健康发展的主要障碍。如何高效、绿色地提取稀土，提高稀土资源的综合利用率和应用附加值，实现稀土的均衡利用，是我国稀土科技和产业发展中亟待解决的课题。

据报道，我国稀土材料发展的前景目标是，到2025年，建立起可支撑发展的自主创新能力和可持续发展能力、用产研学紧密结合的稀土材料研发和工程化体系，满足国防军工、国家重大工程、国民经济发展对新型稀土磁、光、电等功能材料技术的需求，总体水平达到世界领先；在物联网、智能控制、新型显示与照明、新能源、国防军工等高新技术领域获得应用；实现稀土大国向稀土强国的战略转变。其中，各应用领域具体的目标为：①发展超高性能永磁体，磁能积与内禀矫顽力的综合性能指标在原有基础上提高15%，最大达到85，节约资源和减少能耗30%以上，引领世界稀土永磁材料的技术水平；高温永磁材料使用温度超过600℃，满足新能源、新一代航天器及武器装备的性能要求。②稀土储氢材料容量达到7.5wt.%，氢燃料电池汽车续航里程超过600千米。③高性能储氢、稀土催化剂、白光LED荧光粉、稀土晶体材料、超高纯稀土金属及其化合物等国产率达到80%以上，稀土永磁材料国产率达到98%以上，解决稀土元素平衡应用问题。未来稀土材料创造年产值3000亿元，带动相关产业2万亿元。稀土材料是发展高新技术和国防尖端技术不可缺少的关键原材料，高性能、高纯度和开拓新应用是稀土材料发展的永恒主题。