近年来,稀有金属作为高技术产业不可缺少的材料引起人们的关注。稀有金属还没有严格的定义,一般说来,凡属以下四项中任一项的金属元素都可称为稀有元素:1. 地球上的储量十分稀少。2. 地球上储量虽多,但能够提取该金属的具有经济价值的矿石很稀少。3. 地球上储量虽多,但很难用化学、物理手段提取纯粹的金属。4. 提取出的金属尚无用途,或由于特性尚不明确还未开发。
这些稀有元素在周期表中约有50余种。它们多是过渡性金属元素、稀土类元素、具有半导体性质的元素和半金属元素等在电子状态和结晶结构能量单位中具有特性的元素。以前的材料开发是以铁、铝、铜等基础金属为中心的。稀有金属只作为添加元素处于协从地位。但是,未来的稀土金属将在尖端材料的开发中、以单独元素或金属化合物的形态发挥各种新的功能。
稀土金属功能材料的应用领域有以下范围:
1. 特殊钢、特殊合金(耐热、耐腐蚀性)材料。2. 电子、光材料(光电子、传感器)。3. 半导体材料(半导体电路材料、太阳电池)。4. 电池材料。5. 磁性材料(硬质、软质磁性材料)。6. 超电导材料(Nb-T,合金)。7. 原子能、核燃料(燃料包覆材料、减速和控制用材料)。8. 新型陶瓷材料(氧化物,非氧化物系)。9. 催化材料。以上各领域中,新材料正在不断地投入实用化阶段。
在新一代材料用途开发中可满足尖端需求的有:①形状记忆合金、储氢合金,②光盘存储和平面显示。③非结晶磁性体和大容量磁泡存储器,④生物陶瓷,⑤各种新超导材料和原子能材料,⑥C1化学(C1化学指从1个碳原子的CO气体合成乙二醇、乙醇、氧化碳等基础化学品的技术)和煤炭液化的催化材料。
稀有金属中有一部分是研究开发中积极采用的元素、预计未来需求量增加的元素和不能用其他元素代替的元素。这些“主要的稀有金属”按字母排序有:B、Ba、Co、Cr、Ca、Ce 、Li、Mn、Mo、Nb、Ni、Pt族、RE(稀土类),Si、St、Ta Ti、V、W、Zr等。稀土类元素是包含15种稀土元素和Y、Sc的元素群。
有关稀有金属的另一个问题是原料问题。主要的稀有金属、其资源面非常偏狭,蕴藏集中在特定的国家。相当多的资源在南非地区、扎伊尔、巴西、智利等政治、经济形势不稳定的国家。所以,原料供给的不稳定性的持续、垄断市场的存在使供给产生了很大制约。而且,稀土金属的高储量单独矿藏很少,而作为基础金属的副产品可回收的也不多,尽管稀有金属需求量大,但基础金属的需求且不高,这种情况也限制了稀有金属的生产量。
从技术观点来考虑其解决方法,有以下几点:
1. 提高资源开发、采矿、选矿、冶炼等技术。
2. 加强资源回收和循环利用。
3. 争取用供给稳定、储量较为丰富的元素代替原料供给无保障的稀有金属。
总之,需要追求用途开发的推进和原料供给问题两方面的平衡和它们的一致性。
[计测と制御(日)1987年5月]