什么是稀土

稀土的名称有点误导,因为元素在自然界中并不特别稀少。罕见的是的是这些元素大量存在,从而能够得到经济上的开发。

它们是哪些元素?

稀土是由15种镧系元素、钪和钇组成的17种元素的中度丰富的基团。镧系元素包括一组原子序数为57到71的15个元素,如下面的周期表所示。根据原子序数(原子符号),镧系元素是: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)和 镥(Lu)。

稀土可以分为“轻稀土元素”(LREE)或“重稀土元素”(HREE)。LREE和HREE的定义如下图所示,是由美国政府内政部、美国地质调查局和美国能源部(包括国家实验室)使用的。包括“中间组稀土元素”的分类且有时用于识别原子序数为63到68的元素,不被认为是有效的。

LREE组包括镧,原子序数57,直到钆,原子序数64。HREE组包括铽,原子序数65,直到镥,原子序数71。钇,原子序数39,包含在HREE组中,基于其类似的离子半径和类似的化学性质。钪也是三价的,然而,它的其它性质不足以将其分类为LREE或HREE。

稀土元素之间的电子结构的变化对稀土元素的性质和它们与其它元素与化合物的相互作用是至关重要的。

常见的稀土矿物

在成岩矿物中,稀土通常以三价阳离子存在于碳酸盐、氧化物、磷酸盐和硅酸盐中。最常见的矿物显示在下面的列表中,但是这远远不够全面。

氟碳铈矿 (Ce,La,Nd,Pr)(CO3)F
独居石 (Ce,La,Nd,Th)(PO4)
褐帘石 (Ca,Ce)(Al2,Fe+2)(Si2O7)(SiO4)O(OH)
褐钇铌矿 (Nd,Ce)(Nb,Ti)O4
磷铝铈矿 (Nd,La,Ce)Al3(PO4)2(OH)6
氟碳钙铈矿 Ca(Nd,Y,Gd)(CO3)2F
磷稀土矿 (Nd,Ce,La)(PO4) • H2O
磷钇矿 Y(PO4)
异性石 Na4(Ca,Ce)2(Fe2+,Mn,Y)ZrSi8O22(OH,Cl)2

稀土的历史生产

稀土氧化物的早期生产主要来源于独居石轴承砂矿,主要产自南非、印度和巴西,从20世纪50年代中期到21世纪初,年产量很少超过10,000吨。1965年来,美国芒廷山口(Mountain Pass)矿床的硬岩产量不断增加,每年约20,000吨,直到20世纪初。从1985年开始稀土氧化物在中国的产量迅速增长,到21世纪初几乎占了世界总产量的一半。

除了作为世界上最大的稀土材料生产国之外,中国也是主要的消费国,其次是日本和美国。

到2010年,中国控制了世界稀土生产量的95%,稀土氧化物的价格却在短短几年内上涨了500%以上。这种情况引起了世界各国的警惕,世界各地的稀土消费者和开发商面临供应短缺和成本升级的威胁。矿业勘探公司在美国、澳大利亚、加拿大等国家开始重新评估旧稀土的前景并探索新的稀土。

更高的稀土价格也使制造商们做以下三件事:

  1. 寻求减少生产每种产品所需的稀土元素的方法;
  2. 寻找替代稀土元素的替代材料;
  3. 开发不需要稀土元素的替代产品。

尽管这些努力,对使用稀土元素制造产品需求持续增加,导致更高的消费。

中国企业一直在积极收购其他国家的稀土资源。在2009年,中国有色金属矿业公司收购了莱纳斯(Lynas)公司的多数股权,该公司目前是中国境外稀土元素产量最高的公司之一。

澳大利亚、巴西、加拿大、中国、芬兰、格陵兰岛、印度、吉尔吉斯斯坦、马达加斯加、马拉维、莫桑比克、南非、瑞典、坦桑尼亚、土耳其和土耳其等稀土项目的勘探和评估正在进行,但自2015以来,此类新闻报道已明显减少,其中一些项目已被束之高阁。

美国地质调查局估计,尽管中国是世界稀土生产的领先国,但它们只控制了世界储量的50%。这为其他国家成为重要生产者提供了机会。

海斯廷(Hastings)的目标稀土

在Yangibana,该公司正在开发一种生产混合稀土碳酸盐(MREC)产品的方法,将从现场运输出去后再进行加工。MREC的大部分价值在于其较高的钕和镨含量,和较少的镝和铽含量。

在Brockman,该公司正在评估一种既能生产稀有金属(可能包括铌、钽、锆)和稀土的操作。Brockman主要的稀土元素是镝和钇。Brockman在现阶段继续发展并专注于开发Yangibana项目。

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