稀土和得天独厚的稀土矿

(选自《地球》1982年第二期。作者杨锡惠)

稀土矿中的所谓“土”是化学上沿用了很久的名称,大抵是指那些氧化物的熔点较高,同时还原较难的元素而说的,并没有严格的物理化学意义。“稀土”究竟包括哪些元素,有种种不同的意见。目前一般认为有16种:“镧系元素”(镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥)以及钇元素(元素周期表第39号元素)。如果把第21号元素(钪)也算进去,则为17种。

稀土元素在地壳中的含量并不稀少,均为0.01~0.02%。其中铈、镧、钕和钇在地壳中的含量比钨、锡、钼还多。铥的含量比锑、铋、汞还要多。由于稀土元素的性质十分近似,在自然界中往往密切共生,而且分离困难。因此在最初发现稀土时,人们曾误以为都是同一种元素。后来才知道它们是这些元素的混合物。从1794年发现“钇土”(钇的氧化物)到1924年发现钷为止,前后用了130年的时间。

目前已知含稀土元素的矿物(包括变种),在两百种以上。其中独居石、磷钇矿、氟碳铈镧矿以及钛铌钙铈矿等,是最重要的工业矿物。用稀土矿物提取的稀土元素主要应用于核能工业、冶金工业、耐火材料、光学仪器、电子工业、军事科技等方面。早在19世纪后半叶,化学家奥爱尔发现,将稀土盐类放进煤气灯的火焰中,火焰变得异常明亮。他决定将这一重大发现用于当时城市普遍使用的煤气灯中。后来,他在巴西发现了独居石,将其运往汉堡,从中提取稀土盐类。又过了25年,人们发现稀土的铁合金与钢碰撞时,很容易产生温度在150到200℃的火花,就用来制造打火机的火石。

我国是世界上稀土矿最丰富的国家,大约是其他国家稀土储量总和的五倍,约360万吨。而我国的稀土矿又有90%以上蕴藏在内蒙古的白云鄂博。在这个地方,稀土氧化物的品位一般在5~6%,富集带中高达7%以上,多者可达百分之十几,个别达到百分之几十。白云鄂博发现有独居石、氟碳铈矿、氟磷钡铈矿、氟碳钡铈矿、黄河矿、磷镧镨矿、方铈石、磷硅钙铈矿、褐帘石、硅钛铈钇矿、镧石、铈磷灰石等多种稀土矿物,还有易解石、铌钙矿、褐铈铌矿、铌钛钕矿等若干种富含稀土元素的稀有矿物。白云鄂博全矿区,共发现71种元素和114种矿物,其中稀有矿物占三分之一。白云鄂博不仅是我国少有的,也是世界上少有的得天独厚的稀土矿。

(附录:稀土元素发现史)

1794年,芬兰人加多林发现了钇(yttrium)。

1803年,德国人克拉普罗特和瑞典人希辛格、贝采利乌斯发现了铈(cerium)。

1839年,瑞典人莫桑德尔发现了镧(lanthanum)。1843年他又发现了铒(erbium)和铽(terbium)。

1878年,瑞士人马里尼亚克发现了镱(ytterbium),1880年他又发现了钆(gadolinium)。

1879年,法国人布瓦博得朗发现了钐(samarium)。同年,瑞典人拉斯·弗雷德里克·尼尔森发现了钪(scandium),另一位瑞典人克利夫用化学方法分离出了钬(holmium)和铥(thulium)。

1885年,奥地利人威尔赛巴赫发现了钕(neodymium)和镨(praseodymium)。

1886年,布瓦博得朗发现了镝(dysprosium)。

1901年,法国人尤金·德马赛发现了铕(europium)。

1907~1908年,奥地利人威尔赛巴赫和法国人于尔班各自独立发现了镥(lutetium)。

1924年至1926年,美国的哈里斯、尤特马、霍帕金斯宣称在铀235裂变过程中发现了钷元素,原子序数61,质量数147。1945年,科学家马林斯基和格伦丁宁确认从铀235的裂变产物中分离出了“人造元素”钷(promethium)。

从1794年发现钇,到1945年确认发现钷,不仅花费了151年的漫长时间,而且由于当时的技术条件不能提纯,所以发生了一些学术上的争议和错误。在1879年尼尔森发现钪之前,沙俄科学家门捷列夫曾预言过钪的各种性质,并将其称呼为“仅次于硼的一种元素”,与后来实测的性质完全一致。

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