稀土元素元素组成

稀土就是化学元素周期表中镧系元素——镧(La）、铈(Ce）、镨(Pr）、钕(Nd）、钷(Pm）、钐(Sm）、铕(Eu）、钆(Gd）、铽(Tb）、镝(Dy）、钬(Ho）、铒(Er）、铥(Tm）、镱(Yb）、镥(Lu），以及与镧系的15个元素密切相关的元素—钇(Y)和钪(Sc)共17种元素，称为稀土元素。

周期系ⅢB族中原子序数为21、39和57～71的17种化学元素的统称。其中原子序数为57～71的15种化学元素又统称为镧系元素。

稀土元素的共性是：①它们的原子结构相似；②离子半径相近（RE³ 离子半径1.06×10^-10m~0.84×10^-10m，Y³ 为0.89×10^-10m）；③它们在自然界密切共生。

稀土元素有多种分组方法，目前最常用的有两种：

两分法：铈族稀土，La-Eu，亦称轻稀土（LREE）

钇族稀土，Gd-Lu Y Sc，亦称重稀土（HREE）

两分法分组以Gd划界的原因是：从Gd开始在4f亚层上新增加电子的自旋方向改变了。而Y归入重稀土组主要是由于Y³ 离子半径与重稀土相近，化学性质与重稀土相似，它们在自然界密切共生。

也有的根据稀土元素物理化学性质的相似性和差异性，除钪之外（有的将钪划归稀散元素），划分成三组，即轻稀土组为镧、铈、镨、钕、钷；中稀土组为钐、铕、钆、铽、镝；重稀土组为钬、铒、铥、镱、镥、钇。

三分法：轻稀土为La~Nd；中稀土为Pm~Ho；重稀土为Er~Lu Y。重稀土元素（heavyrareearthelements,HREE），包括钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥，它们具有较高的原子序数的较大质量，有人将化学性质与重稀土元素相近的钇也列入重稀土亚族，因此重稀土元素也称为钇族（yttriumgroup）稀土

这些稀土元素的发现，从1794年芬兰人加多林（J。Gadolin）分离出钇到1947年美国人马林斯基（J。A。Marinsky）等制得钷 ，历时150多年。其中大部分稀土元素是欧洲的一些矿物学家、化学家、冶金学家等发现制取的。钷是美国人马林斯基、格兰德宁（L。E。Glendenin）和科列尔（C。D。Coryell）用离子交换分离，在铀裂变产物的稀土元素中获得的。过去认为自然界中不存在钷，直到1965年，芬兰一家磷酸盐工厂在处理磷灰石时发现了痕量的钷。

稀土元素是周期表中IIIB族钇和镧系元素之总称。其中钷是人造放射性元素。他们都是很活泼的金属，性质极为相似，常见化合价 3，其水合离子大多有颜色，易形成稳定的配化合物。稀土金属，由于熔点较低，在电解过程可呈熔融状态在阴极上析出，故一般均采用电解法制取。可用氯化物和氟化物两种盐系，前者以稀土氯化物为原料加入电解槽，后者则以氧化物的形式加入。

在自然界中主要矿物有独居石、铈硅石、铈铝石、黑稀金矿和磷酸钇矿。因其天然丰度小，又以氧化物或含氧酸盐矿物共生形式存在，故得名。

已经发现的稀土矿物有250种以上，最重要的有氟碳铈镧矿[（Ce，La）FCO3]、独居石[CePO4，Th3（PO4）4]、磷钇石（YPO4）、黑稀金矿[(Y，Ce，Ca) (Nb，Ta，Ti)2O6]、硅铍钇矿（Y2FeBe2Si2O10）、褐帘石[（Ca，Ce）2(Al，Fe)3Si3O12]、铈硅石[（Ce，Y，Pr）2Si2O7·H2O]。

现已查明，稀土元素并不稀少，特别是中国的稀土资源十分丰富，有开采价值的储量占世界第一位。

大多数稀土元素呈现顺磁性。钆在0℃时比铁具更强的铁磁性。铽、镝、钬、铒等在低温下也呈现铁磁性，镧、铈的低熔点和钐、铕、镱的高蒸气压表现出稀土金属的物理性质有极大差异。钐、铕、钇的热中子吸收截面比广泛用于核反应堆控制材料的镉、硼还大。稀土金属具有可塑性，以钐和镱为最好。除镱外，钇组稀土较铈组稀土具有更高的硬度。

稀土元素已广泛应用于电子、石油化工、冶金、机械、能源、轻工、环境保护、农业等领域。应用稀土可生产荧光材料、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、光导纤维材料等。

常用的氯化物体系为KCl-RECl3他们在工农业生产和科研中有广泛的用途，在钢铁、铸铁和合金中加入少量稀土能大大改善性能。用稀土制得的磁性材料其磁性极强，用途广泛。在化学工业中广泛用作催化剂。稀土氧化物是重要的发光材料、激光材料。

中国拥有丰富的稀土矿产资源，成矿条件优越，堪称得天独厚，探明的储量居世界之首，为发展中国稀土工业提供了坚实的基础。2100433B

稀土元素是17种特殊的元素的统称，它的得名是因为瑞典科学家在提取稀土元素时应用了稀土化合物，所以得名稀土元素。

然而稀土是历史遗留下来的名称。稀土是从18世纪末开始陆续发现，当时人们常把不溶于水的固体氧化物称为土，例如，将氧化铝称为“陶土”，氧化钙称为”碱土“等。稀土一般是以氧化物状态分离出来的，当时比较稀少，因而得名为稀土（Rare Earth，简称RE或R）。

正是稀土元素原子量和电离系统的变化造成了稀土元素在地质地球化学过程中出现了轻稀土(LREE:La~Eu)与重稀土（HREE:Gd~Lu)行为的差异,导致轻稀土与重稀土元素发生分馏。岩浆的分离结晶作用是造成岩浆演化过程中稀土元素分馏的重要方式。分离结晶相的矿物组合、岩浆结晶程度和母岩性质等,是控制残留岩浆稀土元素分馏的主要因素。岩浆的混合作用、围岩的混染作用以及岩浆的液态分离作用等,但其规模和影响相对较小。此外,花岗岩中的稀土矿物在地表条件下的稳定性极大地影响离子吸附型稀土矿床能否形成;稀土矿物的稳定性除了

受其晶体结构和晶格能控制外,其变生程度也是重要的制约因素。

位于元素周期表相同位置的原子序数为57至71号的镧系元素及39号元素钇就是通常所说的稀土元素(REE),有时也包括21号钪。镧系元素随着原子序数增大,电子充填在内层4f轨道上,致使它们具有相似的化学性质和地球化学特性。表现为在自然界中稀土离子大多呈 3价(例外的情况是在还原条件下铕可出现 2价,而在氧化条件下铈可呈现 4价)。然而,随着原子序数增大,镧系元素的原子半径出现系统减小的“镧系收缩”现象,但原子量和电离能却系统增加。

在合金内添加稀土元素或稀土氧化物可显著提高合金的抗氧化性能，包括降低氧化膜生长速率和改善氧化膜的粘附性。稀土元素的作用机理还不十分清楚。通常认为氧化膜粘附性的改善起因于多种原因，例如降低了氧化膜应力或者促进膜容纳生长应力。 但已进行的直接测量结果并不完全支持这一假设。例如， Delaunay 等人的实验结果表明， 添加稀土元素可显著降低Ni-Cr、Fe-Ni-Cr及Fe-Ni-Cr-Al合金上复合氧化膜的生长应力。我们较早发现离子注入Y增大了Fe-23Cr-5Al合金上Al2 O3 膜生长应力，以后更细致的实验也得到同样的结果。 Buscai l等人发现表面的CeO2 膜对纯铁800℃氧化形成的FeO膜的生长应力几乎没有影响。而其它研究者采用间接的方法也证实，体内添加Y导致Fe-Cr-Al合金表面Al2O3 膜生长应力增大。

由于合金添加稀土后，会对氧化物晶粒尺寸及氧化膜自身的力学性质产生影响作用，稀土对氧化膜应力有影响是肯定的。既然有证据表明，稀土并不总是降低氧化膜应力，因此认为稀土更可能的是通过改善氧化膜/合金界面结合强度来提高氧化膜的抗剥落性能。这一结论有待于更多的关于稀土元素对氧化膜应力影响的测量工作来证实 。