什么是稀土金属?

元素周期表上的稀土金属。EnemyPTBAE /伤风

“稀土”金属并不像听起来那么稀有——事实上,你现在可能正在使用一些。它们是各种日常设备的关键,从平板电脑和电视到混合动力汽车和风力涡轮机,所以知道几种实际上很常见可能是令人鼓舞的。例如,铈是地球上含量第25多的元素。

那么为什么它们被称为“稀土”呢?这个名字暗指它们难以捉摸的性质,因为这17种元素很少以纯粹的形式存在。相反,它们与地下的其他矿物质广泛混合,使其开采成本高昂。

不幸的是,这并不是它们唯一的缺点。稀土的开采和提炼造成了环境的混乱,导致大多数国家忽视了自己的储量,即使需求飙升。beplay体育官网电脑自上世纪90年代初以来,中国一直是一个主要的例外,凭借其大量开采稀土以及处理其酸性、放射性副产品的意愿,中国主导了全球贸易。这就是为什么尽管美国拥有大量稀土资源,但其92%的稀土资源仍来自中国。

直到最近,中国开始收紧对稀土的控制,这才成为一个问题。该国于1999年首次实施贸易限制,从2005年到2009年,其出口萎缩了20%。2010年,由于与日本的争端,石油产量急剧下降,挤压了全球供应,近年来石油产量进一步下降。中国表示,这是出于环境原因,而不是经济杠杆,但减产还是导致了价格大beplay体育官网电脑幅上涨。的价格例如,2011年5月达到每磅129美元,而一年前仅为19美元。

许多中国客户已经开始在各地采购稀土资源:俄罗斯、巴西、澳大利亚和南亚的稀土矿藏引起了广泛的兴趣,美国唯一的稀土矿也引起了广泛的兴趣。不过,尽管美国唯一的稀土矿在中断了10年之后重新开放,而且拥有中国以外最大的稀土矿藏,但美国和许多国家一样,不想成为世界上新的稀土来源。“多元化的全球供应链至关重要,”美国能源部在一份报告中表示2010年的报告

为什么这么多国家不愿意开发自己的稀土储量?是什么让稀土如此独特呢?要回答这些问题和其他问题,请查看以下对这17种神秘金属的概述。

稀有品种

稀土的吸引力很大程度上在于它们能够执行晦涩、高度特定的任务。例如,铕为电视和电脑显示器提供红色荧光粉,目前还没有已知的替代品。据美国地质调查局称,铈同样统治着玻璃抛光行业,“几乎所有抛光玻璃产品”都依赖于它。

永磁体是稀土的另一个重要用途。它们的轻重量和高磁性强度使各种电子部件小型化成为可能,包括许多用于家用电器、音频/视频设备、计算机、汽车和军事装备。如果没有稀土磁体,就不可能有像几gb的小型跳跃驱动器和DVD驱动器这样的创新。稀土磁体通常由钕合金制成,但也可能含有镨、钐、钆或镝。

虽然生产稀土会导致环境问题,但它们也有环保的一面。beplay体育官网电脑例如,它们对于催化转换器、混合动力汽车和风力涡轮机,以及节能荧光灯和磁制冷系统都至关重要。它们的低毒性也是一个优势,镧镍氢化物电池正在慢慢取代使用镉或铅的老式电池。由镧或铈制成的红色颜料也在逐步淘汰含有各种毒素的染料。(欲了解更多信息,请参阅下面的稀土金属及其用途列表。)

看看谁的毒素

许多绿色技术依赖于稀土,但具有讽刺意味的是,稀土生产商长期以来一直在破坏环境以获取金属。beplay体育官网电脑像许多加工矿石的行业一样,它们最终会产生被称为“尾矿”的有毒副产品,这些副产品可能会受到放射性铀和钍的污染。在中国,这些尾矿通常被倾倒到“稀土湖”中,如下图所示:

包头稀土矿的卫星图。地雷在右上方;废湖在左边。

作为法新社报告在美国,包头煤矿附近的农民抱怨庄稼枯死、牙齿脱落和头发脱落,而土壤和水的检测显示,该地区的致癌物含量很高。中国直到最近才开始打击这种污染,也许是从加州的帕斯山(Mountain Pass)吸取了教训。2002年,由于经济和环境压力,帕斯山(Mountain Pass)被迫关闭,它为世界提供了大部分稀土。beplay体育官网电脑多年来,由于中国疯狂开采稀土,大幅削减稀土价格,该矿的利润一直在下降,同时1984年至1998年发生的一系列废水泄漏事件,数千加仑的有毒污泥流入加州沙漠,玷污了该矿的公众形象。

但随着中国稀土产量的下降,价格上涨再次为帕斯山打开了大门。2011年4月,Molycorp Minerals主办了一场活动,预示着闲置煤矿的回归,一些政客说这是关键减少美国对对进口。“我们必须摆脱对中国稀土的完全依赖,”科罗拉多州共和党众议员迈克·科夫曼(Mike Coffman)说。他告诉英国《金融时报》。鉴于稀土在全球的重要性,很难有异议,但泄漏的幽灵仍然挥之不去。莫利矿业知道这一点,首席执行官马克·史密斯2009年,该公司在接受《大西洋月刊》采访时表示,其目标是“在环境方面取得优势,而不仅beplay体育官网电脑仅是合规。”该公司每年在监控和合规方面花费240万美元,这增加了成本,但史密斯表示,这不会阻止焦虑的买家。他说:“《财富》100强企业正与我们联系,他们担心下一磅(稀土)从哪里来。告诉彭博新闻。“他们想和我们谈的是长期、稳定、安全的供应。”

莫利矿业公司被允许在未来30年内将帕斯山的矿坑再加深300英尺(如图),这将使全球稀土供应量每年增加10%。而且,它并不是唯一一家渴望利用美国石油储量的公司:例如,Wings Enterprises正在恢复其位于密苏里州的Pea Ridge矿,而位于怀俄明州的一个新矿可能于2014年投产。总体而言,专家们表示,稀土开采的增长几乎是不可避免的,这给许多旨在应对气候变化的技术加了一个有毒的星号。

但也许有一种方法可以减少对新矿的需求:稀土回收.中国的出口政策已促使一些日本企业回收稀土,比如三菱(Mitsubishi),该公司正在研究回收洗衣机和空调中钕和镝的成本。日立公司每年使用多达600吨稀土,该公司计划回收稀土以满足其10%的需求。联合国最近还启动了一个追踪手机和电视等废弃“电子垃圾”的项目,希望不仅能促进稀土的回收,还能促进金、银和铜的回收。然而,在这些项目更具成本效益之前,美国和其他国家几乎肯定会继续测试稀土到底有多稀有和安全。

稀土花名册

以下是每种稀土元素的使用方式:

钪:添加到汞蒸汽灯中,使它们的光看起来更像阳光。也用于某些类型的运动器材,包括铝制棒球棒、自行车架和长曲棍球棒,以及燃料电池。

钇:在许多电视显像管中产生颜色。还可以传导微波和声能,模拟钻石宝石,增强陶瓷,玻璃,铝合金和镁合金等用途。

镧:用于制造碳弧灯的几种稀土元素之一,电影和电视行业使用碳弧灯制作工作室和放映机的灯光。在电池、打火机的燧石和特殊类型的玻璃中也有发现,比如相机镜头。

铈:所有稀土金属中分布最广的一种。用于催化转换器和柴油燃料,以减少车辆的一氧化碳排放。也用于碳弧灯,打火机燧石,玻璃抛光机和自清洁烤箱。

镨:主要用作镁的合金化剂,用于制造飞机发动机的高强度金属。也可用于光纤电缆中的信号放大器,并用于制造焊工护目镜的硬玻璃。

钕:主要用于制造强力钕磁铁,用于电脑硬盘、风力涡轮机、混合动力汽车、耳塞耳机和麦克风。也被用来给玻璃上色,制作较轻的燧石和焊工的护目镜。

钷:地球上不会自然产生;肯定是通过铀裂变人工制造的。添加到某些发光涂料和核动力微电池中,有可能用于便携式x射线设备。

钐:与钴混合形成永磁体,是所有已知材料中抗退磁能力最强的。这对于制造“智能”导弹至关重要;也用于碳弧灯,打火机燧石和某些类型的玻璃。

铕:所有稀土金属中最活泼的一种。几十年来,它一直被用作电视机的红色荧光粉,最近又被用于电脑显示器、荧光灯和某些类型的激光器,但除此之外几乎没有商业应用。

钆:用于核电站的一些控制棒。也用于医疗应用,如磁共振成像(MRI),并在工业上提高铁,铬和各种其他金属的和易性。

铽:用于一些固态技术,从先进的声纳系统到小型电子传感器,以及设计用于高温下工作的燃料电池。也产生激光和绿色荧光粉在电视显像管。

镝:用于核电站的一些控制棒。也用于某些种类的激光,高强度照明,并提高高功率永磁体的矫顽力,如在混合动力汽车中发现的那些。

钬:在所有已知元素中具有最高的磁强度,使其在工业磁铁和一些核控制棒中非常有用。也用于固体激光器和帮助着色立方氧化锆和某些类型的玻璃。

铒:在光纤电缆中用作照相滤光片和信号放大器(又名“掺杂剂”)。也用于一些核控制棒,金属合金,并为太阳镜和廉价珠宝的特殊玻璃和瓷器上色。

铥:自然界中最稀有的稀土金属。很少有商业应用,虽然它被用于一些外科激光器。在核反应堆中暴露于辐射后,它也被用于便携式x射线技术。

镱:用于一些便携式x射线设备,但其他方面的商业用途有限。在它的特殊应用中,它被用于某些类型的激光器,地震应力计,以及光纤电缆中的掺杂剂。

镥:主要限于特殊用途,例如计算陨石的年龄或执行正电子发射断层扫描(PET)扫描。也被用作炼油厂“裂解”石油产品过程的催化剂。

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图片致谢

稀土加工:Ames国家实验室

稀土磁铁:美国能源部

包钢集团卫星照片:谷歌Eart

汞蒸汽灯:美国国立卫生研究院

平板电视:美国能源部

工作室聚光灯:木星图像

半挂车:阿贡国家实验室

F-22猛禽:美国国防部

风力发电机:国家可再生能源实验室

微电池:国家可再生能源实验室

稀土磁铁:艾姆斯国家实验室

红、蓝激光:杰夫KeyzerFlickr /

核冷却塔:洛斯阿拉莫斯国家实验室

绿色激光:橡树岭国家实验室

保时捷卡宴混合动力车:fueleconomy.gov

立方:锆greencollanderFlickr /

太阳镜:消费者产品安全委员会

手x光:美国宇航局

光纤电缆:美国宇航局

柴油燃料彩虹:Guinnog/维基共享