稀土
稀土元素氧化物是指元素週期表中原子序數為57 到71 的15種鑭系元素氧化物，以及與鑭系元素化學性質
相似的鈧（Sc）
和釔（Y）共17
種元素的氧化物。稀土元素在石油、化工、冶金、紡織、陶瓷、玻璃、永磁材料等領域都得到了廣泛的應用，
隨著科技的進步和應用技術的不斷突破，稀土氧化物的價值將越來越大。
主要元素
根據稀土元素原子電子層結構和物理化學性質， 以及它們在礦物中共生情況和不同的離子半徑可產生不同性質的特徵，
十七種稀土元素通常分為二組：
輕稀土包括：鑭、鈰、鐠、釹、鉕、釤、銪、釓。
重稀土包括：鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、鑥、鈧。
礦物特點
鈰組（輕稀土）—鑭、鈰、鐠、釹、鉕、釤和銪；
釔組（重稀土）—釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、鑥和鈧。
常見類型
獨居石
獨居石（Monazite）又名磷鈰鑭礦。
化學成分及性質：（Ce，La，Y，Th）[PO4]。成分變化很大。
礦物成分中稀土氧化物含量可達50～68%。類質同象混入物有Y、Th、Ca、[SiO4]和[SO4]。
獨居石溶於H3PO4、HClO4、H2SO4中。
晶體結構及形態：單斜晶系，斜方柱晶類。晶體成板狀，晶面常有條紋，有時為柱、錐、粒狀。
物理性質：呈黃褐色、棕色、紅色，間或有綠色。半透明至透明。條痕白色或淺紅黃色。
具有強玻璃光澤。硬度5.0～5.5。性脆。比重4.9～5.5。
電磁性中弱。在X射線下發綠光。在陰極射線下不發光。
生成狀態：
長霓岩與鹼性正長偉晶岩中；阿爾卑斯型脈中；混合岩中；及風化殼與砂礦中。
用途：主要用來提取稀土元素。
產地：具有經濟開採價值的獨居石主要資源是沖積型或海濱砂礦床。
最重要的海濱砂礦床是在澳大利亞沿海、巴西以及印度等沿海。
此外，斯里蘭卡、馬達加斯加、南非、馬來西亞、中國、泰國、韓國、朝鮮等地都含有獨居石的重砂礦床。
獨居石的生產近幾年呈下降趨勢，主要原因是由於礦石中釷元素具有放射性，對環境有害。
氟碳鈰礦
氟碳鈰礦易溶於稀HCl、HNO3、H2SO4、H3PO4。
晶體結構及形態：
六方晶系。複三方雙錐晶類。晶體呈六方柱狀或板狀。細粒狀集合體。
物理性質：黃色、紅褐色、淺綠或褐色。
玻璃光澤、油脂光澤，條痕呈白色、黃色，透明至半透明。
硬度4～4.5，性脆，比重4.72～5.12，有時具放射性、具弱磁性。
在薄片中透明，在透射光下無色或淡黃色，在陰極射線下不發光。
生成狀態：產於稀有金屬碳酸岩中；花崗岩及花崗偉晶岩中；
與花崗正長岩有關的石英脈中；石英─鐵錳碳酸鹽岩脈中；砂礦中。
用途：它是提取鈰族稀土元素的重要礦物原料。
鈰族元素可用於製作合金，提高金屬的彈性、韌性和強度，是製作噴氣式飛機、導彈、發動機及耐熱機械的重要零件。
亦可用作防輻射線的防護外殼等。此外，鈰族元素還用於製作各種有色玻璃。
磷釔礦
化學成分及性質：Y[PO4]。成分中Y2O361.4%，P2O538.6%。
有釔族稀土元素混入，其中以鐿、鉺、鏑、釓為主。
尚有鋯、鈾、釷等元素代替釔，同時伴隨有矽代替磷。
一般來說，磷釔礦中鈾的含量大於釷。磷釔礦化學性質穩定。
晶體結構及形態：四方晶系、複四方雙錐晶類、呈粒狀及塊狀。
物理性質：黃色、紅褐色，有時呈黃綠色，亦呈棕色或淡褐色。條痕淡褐色。
玻璃光澤，油脂光澤。硬度4～5，比重4.4～5.1，具有弱的多色性和放射性。
生成狀態：主要產於花崗岩、花崗偉晶岩中。亦產於鹼性花崗岩以及有關的礦床中。
在砂礦中亦有產出。
用途：大量富集時，用作提煉稀土元素的礦物原料。
鑭釩褐簾石
日本山口大學、愛媛大學和東京大學的聯合研究小組發表一份公報說，他們在三重縣發現了一種含有稀土的新品種礦物。
稀土在改造傳統產業和發展高新技術領域當中具有“點石成金”的作用。
而新礦物是2011年4月在三重縣伊勢市的山中發現的，它是含有稀土鑭和稀有金屬釩的一種特殊褐簾石。
2製備
硫酸溶解度
鈰組（硫酸複鹽難溶）—鑭、鈰、鐠、釹和鉕；
鋱組（硫酸複鹽微溶）—釤、銪、釓、鋱、鏑和鈥；
釔組（硫酸複鹽易溶）—銪、鉺、銩、鐿、鑥和鈧。
萃取分離
輕稀土（P204弱酸度萃取）—鑭、鈰、鐠、釹和鉕；
中稀土（P204低酸度萃取）—釤、銪、釓、鋱和鏑；
重稀土（P204中酸度萃取）—鈥、銪、鉺、銩、鐿、鑥和鈧。
萃取工藝
除Pm以外的16個稀土元素都可以提純到6N(99.9999%)的純度。
由稀土精礦分解後所得到的混合稀土化合物中，分離提取出單一純稀土元素，在化學工藝上是比較複雜和困難的。
其主要原因有二個，一是鑭系元素之間的物理性質和化學性質十分相似， 多數稀土離子半徑居於相鄰兩元素之間，
非常相近，在水溶液中都是穩定的三價態。
稀土離子與水的親和力大，因受水合物的保護，其化學性質非常相似，分離提純極為困難。
二是稀土精礦分解後所得到的混合稀土化合物中伴生的雜質元素較多
因此，在分離稀土元素的工藝流程中，
不但要考慮這十幾個化學性質極其相近的稀土元素之間的分離，
而且還必須考慮稀土元素同伴生的雜質元素之間的分離。
分步法
還有居裡夫婦發現的鐳，都是用這種方法分離的。
分步法是利用化合物在溶劑中溶解的難易程度(溶解度)上的差別來進行分離和提純的。
方法的操作程式是：
將含有兩種稀土元素的化合物先以適宜的溶劑溶解後，加熱濃縮，溶液中一部分元素化合物析出來（結晶或沉澱）。
析出物中，溶解度較小的稀土元素得到富集，溶解度較大點的稀土元素在溶液中也得到富集。
因為稀土元素之間的溶解度差別很小，必須重複操作多次才能將這兩種稀土元素分離開來，因而這是一件非常困難的工作。
全部稀土元素的單一分離耗費了100多年，一次分離重複操作竟達2萬次，對於化學工作者而言，其艱辛的程度，可想而知。
因此用這樣的方法不能大量生產單一稀土。
離子交換
第二次世界大戰後，美國原子彈研製計畫即所謂曼哈頓計畫推動了稀土分離技術的發展，
因稀土元素和鈾、釷等放射性元素性質相似，為儘快推進原子能的研究，就將稀土作為其代用品加以利用。
而且，為了分析原子核裂變產物中含有的稀土元素，並除去鈾、釷中的稀土元素，
研究成功了離子交換色層分析法（離子交換法），進而用於稀土元素的分離。
離子交換色層法的原理是：
形成了絡合物的稀土就脫離離子交換樹脂而隨淋洗液一起向下流動。
就這樣，稀土離子一邊吸附、脫離樹脂，一邊隨著淋洗液向柱子的出口端流動。
由於稀土離子與絡合劑形成的絡合物的穩定性不同，
因此各種稀土離子向下移動的速度不一樣，親和力大的稀土向下流動快，結果先到達出口端。
離子交換法的優點是一次操作可以將多個元素加以分離。而且還能得到高純度的產品。
這種方法的缺點是不能連續處理，一次操作週期花費時間長，還有樹脂的再生、交換等所耗成本高，
因此，這種曾經是分離大量稀土的主要方法已從主流分離方法上退下來，而被溶劑萃取法取代。
但由於離子交換色層法具有獲得高純度單一稀土產品的突出特點，
當前，為制取超高純單品以及一些重稀土元素的分離，還需用離子交換色層法分離制取一稀土產。
溶劑萃取
簡稱溶劑萃取法，它是一種把物質從一個液相轉移到另一個液相的傳質過程。
溶劑萃取法在石油化工、有機化學、藥物化學和分析化學方面應用較早。 但近四十年來，由於原子能科學技術的發展，
超純物質及稀有元素生產的需要，
溶劑萃取法在核燃料工業、稀有冶金等工業方面，得到了很大的發展。
溶劑萃取法其萃取過程與分級沉澱、分級結晶、離子交換等分離方法相比，具有分離效果好、生產能力大、
便於快速連續生產、易於實現自動控制等一系列優點，因而逐漸變成分離大量稀土的主要方法。
溶劑萃取法的分離設備有混合澄清槽、離心萃取器等，提純稀土所用的萃取劑有：
以酸性磷酸酯為代表的陽離子萃取劑如P204稀土萃取劑、P507稀土萃取劑，
以胺為代表的陰離子交換液N1923和以TBP、P350等中性磷酸酯為代表的溶劑萃取劑三種。
這些萃取劑的粘度與比重都很高，與水不易分離。通常用煤油等溶劑將其稀釋再用。
熔鹽電解
這一方法是把稀土氯化物等稀土化合物加熱熔融，然後進行電解，在陰極上析出稀土金屬。
電解法有氯化物電解和氧化物電解兩種方法。單一稀土金屬的製備方法因元素不同而異。
釤、銪、鐿、銩因蒸氣壓高，不適於電解法製備，而使用還原蒸餾法。
其它元素可用電解法或金屬熱還原法製備。
氯化物電解是生產金屬最普通的方法，特別是混合稀土金屬工藝簡單，成本便宜，投資小，但最大缺點是氯氣放出，污染環境。
氧化物電解沒有有害氣體放出，但成本稍高些，一般生產價格較高的單一稀土如釹、鐠等都用氧化物電解。
真空還原
一般是把稀土氧化物先製成氟化稀土，在真空感應爐內用金屬鈣進行還原，制得粗金屬，
然後再經過重熔和蒸餾獲得較純的金屬，這一方法可以生產所有的單一稀土金屬， 但釤、銪、鐿、銩不能用這種方法。
釤、銪、鐿、銩與鈣的氧化還原電位僅使氟化稀土產生部分還原。
將這四種稀土的氧化物與鑭金屬的碎屑混合壓塊，在真空爐中進行還原，
鑭比較活潑，釤、銪、鐿、銩被鑭還原成金屬後收集在冷凝上，與渣很容易分開。
3應用
軍事方面
稀土有工業“黃金”之稱，由於其具有優良的光電磁等物理特性，
能與其他材料組成性能各異、品種繁多的新型材料，
其最顯著的功能就是大幅度提高其他產品的品質和性能。
比如大幅度提高用於製造坦克、飛機、導彈的鋼材、鋁合金、鎂合金、鈦合金的戰術性能。
而且，稀土同樣是電子、鐳射、核工業、超導等諸多高科技的潤滑劑。
稀土科技一旦用於軍事，必然帶來軍事科技的躍升。從一定意義上說，美軍在冷戰後幾次局部戰爭中壓倒性控制，
以及能夠對敵人肆無忌憚地公開殺戮，正緣於稀土科技領域的超人一等。
冶金工業
稀土金屬或氟化物、矽化物加入鋼中，能起到精煉、脫硫、中和低熔點有害雜質的作用，並可以改善鋼的加工性能；
稀土矽鐵合金、稀土矽鎂合金作為球化劑生產稀土球墨鑄鐵，
被廣泛用於汽車、拖拉機、柴油機等機械製造業； 稀土金屬添加至鎂、鋁、銅、鋅、鎳等有色合金中，
可以改善合金的物理化學性能，並提高合金室溫及高溫機械性能。
石油化工
用稀土製成的分子篩催化劑，具有活性高、選擇性好、抗重金屬中毒能力強的優點，
因而取代了矽酸鋁催化劑用於石油催化裂化過程；
在合成順丁橡膠和異戊橡膠過程中，採用環烷酸稀土-三異丁基鋁型催化劑，
所獲得的產品性能優良，具有設備掛膠少，運轉穩定，後處理工序短等優點；
複合稀土氧化物還可以用作內燃機尾氣淨化催化劑，環烷酸鈰還可用作油漆催乾劑等。
玻璃陶瓷
稀土氧化物或經過加工處理的稀土精礦，可作為拋光粉廣泛用於光學玻璃、眼鏡片、顯像管、示波管、平板玻璃、塑膠及金屬餐具的拋光；
在熔制玻璃過程中，可利用二氧化鈰對鐵有很強的氧化作用，
降低玻璃中的鐵含量，以達到脫除玻璃中綠色的目的；
添加稀土氧化物可以制得不同用途的光學玻璃和特種玻璃，其中包括能通過紅外線、
吸收紫外線的玻璃、耐酸及耐熱的玻璃、防X-射線的玻璃等；
在陶釉和瓷釉中添加稀土，可以減輕釉的碎裂性，並能使製品呈現不同的顏色和光澤，被廣泛用於陶瓷工業。
新材料
稀土鈷及釹鐵硼永磁材料，具有高剩磁、高矯頑力和高磁能積，被廣泛用於電子及航太工業；
純稀土氧化物和三氧化二鐵化合而成的石榴石型鐵氧體單晶及多晶，
可用于微波與電子工業；用高純氧化釹製作的釔鋁石榴石和釹玻璃，可
作為固體鐳射材料；
鉻酸鑭是高溫熱電材料；當前世界各國採用鋇釔銅氧元素改進的鋇基氧化物製作的超導材料，
可在液氮溫區獲得超導體，使超導材料的研製取得了突破性進展。
此外，稀土還廣泛用於照明光源，投影電視螢光粉、增感屏螢光粉、三基色螢光粉、複印燈粉；
在農業方面，向田間作物施用微量的硝酸稀土，可使其產量增加5~10%；
在輕紡工業中，稀土氯化物還廣泛用於鞣制毛皮、皮毛染色、毛線染色及地毯染色等方面。
農業方面
研究結果表明，稀土元素可以提高植物的葉綠素含量，增強光合作用，促進根系發育，增加根系對養分吸收。
稀土還能促進種子萌發，提高種子發芽率，促進幼苗生長。
除了以上主要作用外，還具有使某些作物增強抗病、抗寒、抗旱的能力。
大量的研究還表明，使用適當濃度稀土元素能促進植物對養分的吸收、轉化和利用。
玉米用稀土拌種，出苗、拔節比對照早1～2天，株高增加
大豆用稀土拌種，出苗提早1天，單株結莢數增加14.8～26.6個，3粒莢數增多，增產14.5%～20.0%。
噴施稀土可使蘋果和柑橘果實的Vc含量、總糖含量、糖酸比均有所提高，促進果實著色和早熟。
並可抑制貯藏過程中呼吸強度，降低腐爛率。
稀土生產
這是稀土工業中最主要的兩種初級產品，一般地說，當前有兩個主要工藝生產這兩種產品。
一個工藝是濃硫酸焙燒工藝，即把稀土精礦與硫酸混合在回轉窯中焙燒。
經過焙燒的礦用水浸出，則可溶性的稀土硫酸鹽就進入水溶液，稱之為浸出液。
然後往浸出液中加入碳酸氫銨，則稀土呈碳酸鹽沉澱下來，過濾後即得碳酸稀土。
一般是將60%的稀土精礦與濃堿液攪勻，在高溫下熔融反應，稀土精礦即被分解，稀土變為氫氧化稀土，
把堿餅經水洗除去鈉鹽和多餘的堿，
然後把水洗過的氫氧化稀土再用鹽酸溶解，稀土被溶解為氯化稀土溶液，
調酸度除去雜質，過濾後的氯化稀土溶液經濃縮結晶即制得固體的氯化稀土。
由於稀土的離子半徑（0.
848～0. 106 nm）與
Ca2+（0. 106 nm）很接近，
稀土以類質同象方式賦存於磷礦岩中。
世界磷礦總儲量約為
1000億噸，稀土平均含量為
0. 5‰，估計世界磷礦中伴生的稀土總量為5000萬噸。
針對礦中稀土含量低及其賦存狀態特殊等特點，國內外已經開展了多種回收工藝研究，
可分為濕法和熱法：
過濾除去矽石後，再採用TBP等萃取回收稀土，
稀土回收率可以達到
60%。
對硫酸濕法磷酸中的稀土進行回收已成為研究熱點。
在硫酸濕法磷酸生產過程中，通過控制稀土在磷酸中的富集，
再採用有機溶劑萃取提取稀土的工藝比早期開發的方法更具有優勢。
稀土中毒
適量的稀土元素對植物生長具有廣泛的促進作用，對動物機體功能有調節作用，對人體有抑制腫瘤的作用。
在農業領域的應用，稀土起到提高產量、改善品質和提高農作物抗病能力等多重效應。
而媒體一則《鐵觀音稀土超標，過量攝入對人體有害》的報導，稀土的負面效應開始進入人們的視野。
有研究結論的報導證實，稀土元素為人體非必需微量元素。鑭離子與鈣離子相近似
，對人體骨骼有很高的親和性，可能取代骨中的鈣離子，勢必對骨骼鈣磷代謝產生影響。
研究者以2毫克/公斤體重/天的低劑量硝酸鑭灌胃飼養大鼠6個月後，
對鑭在骨中蓄積引起的骨結構變化進行了研究，提示大鼠長期攝入低劑量硝酸鑭可導致在骨中蓄積，
引起骨微結構改變。