美國滿世界找的稀土資源，到底是個啥？

近日，國際相關(guān)熱點中頻頻提到了“稀土”這種資源。

圖源：網(wǎng)絡(luò)截圖

這確實是一種重要的資源。在生活中它離咱們并不遙遠(yuǎn)。當(dāng)你打開手機(jī)，屏幕背光中的銪元素正發(fā)出柔和紅光；當(dāng)你乘坐新能源車出行時，電機(jī)里的釹鐵硼磁體正將電能轉(zhuǎn)化為動能；午休網(wǎng)購時，為數(shù)據(jù)精準(zhǔn)傳輸保駕護(hù)航的光纖，其核心摻雜著鉺元素——這些都是稀土。

那么稀土究竟是什么？到底有多重要呢？今天咱們就來聊聊。

稀土是什么？有什么用？

在元素周期表里，有這樣17位特殊的成員，鑭系的15個元素從鑭到镥，再加上鈧和釔這兩個“編外成員”，它們被統(tǒng)稱為稀土。

小挑戰(zhàn)來了！

下面這些稀土家族的成員，你都能念對它們的名字嗎？（答案在文末）

鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、鈧、釔

從化學(xué)角度探究，為何這17個元素能歸為一族，且化學(xué)性質(zhì)如此相似呢？

奧秘在于它們的外層電子構(gòu)型。元素的化學(xué)性質(zhì)主要由外層電子構(gòu)型決定，在周期表中從鑭到镥的稀土元素，隨著原子序數(shù)遞增，新增的電子會填充進(jìn)4f和5d內(nèi)層軌道，然而外層的6s軌道始終保持著2個電子。

這種高度相似的電子排布，使得它們擁有相近的離子半徑以及相似的化學(xué)鍵特性。不那么了解化學(xué)專業(yè)的朋友，則可以把它們想象成性格極為相似、總愛抱團(tuán)出現(xiàn)的多胞胎兄弟。

在自然界里，稀土常常以氧化物的形態(tài)示人，外觀灰蒙蒙的，這才被誤解為“土”?？蓪嶋H上，它們有著“工業(yè)維生素”的美譽(yù)，應(yīng)用范圍極其廣泛。

從高端的軍事裝備到常見的民用電子產(chǎn)品，稀土元素的身影無處不在，在其中發(fā)揮著提升顯示效果、增強(qiáng)性能等關(guān)鍵作用，為現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展注入了強(qiáng)大動力。

稀土氧化物圖片來自wiki

稀土到底“稀”在哪兒？

稀土里帶一個“稀”字，望文生義的話可能會覺得稀土是罕見之物，其實并非如此。我國在稀土資源儲量上堪稱“土豪”，全球稀土儲量分布中，我國獨(dú)占36.7%的份額。內(nèi)蒙古的白云鄂博礦就是輕稀土領(lǐng)域的“大哥”，鑭、鈰等輕稀土儲量極為豐富。而在南方，江西、廣東等地的離子型礦則以鋱、鏑等中重稀土為主。中重稀土在一些高端尖端科技領(lǐng)域有著不可替代的作用，這些地區(qū)的離子型礦為我國乃至全球的高端產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了關(guān)鍵的資源支撐。

輕稀土和重稀土有何區(qū)別呢？輕稀土元素具有較低的原子序數(shù)和相對較小的質(zhì)量，：包括鑭（La）、鈰（Ce）、鐠（Pr）、釹（Nd）、钷（Pm）、釤（Sm）和銪（Eu）共7仲元素。

重稀土元素的原子序數(shù)則較高，原子量較大，包括釓（Gd）、鋱（Tb）、鏑（Dy）、鈥（Ho）、鉺（Er）、銩（Tm）、鐿（Yb）、镥（Lu）、鈧（Sc）和釔（Y）共10個元素。盡管釔的原子量僅為89，但由于其離子半徑在其它重稀土元素的離子半徑鏈環(huán)之中，其化學(xué)性質(zhì)更接近重稀土元素。在自然界也與其它重稀土元素共生，故它被歸為重稀土組。

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既然稀土儲量并不算少，那為何會如此“稀罕”呢？原因在于稀土元素的特性。

前面提到，稀土元素就像多胞胎，化學(xué)性質(zhì)相似到親媽都難以分清，這就導(dǎo)致它的提煉提純難度極大。傳統(tǒng)分離方法效率低得讓人懷疑人生，往往需要重復(fù)幾百次的操作，才能達(dá)到分離的效果。這種高難度的提煉過程，使得稀土在實際應(yīng)用中顯得尤為珍貴，有了“稀罕”的標(biāo)簽。

徐光憲院士提出的萃取技術(shù)

幫助中國稀土成為王牌

眾所周知，目前中國的稀土產(chǎn)量位居世界首位，而這個位置來之不易。20世紀(jì)80年代，我國雖然有豐富的稀土資源，卻因為缺乏高效的提純技術(shù)，只能低價出口混合稀土，再高價進(jìn)口國外提純的高純度稀土產(chǎn)品。而徐光憲院士提出的串級萃取技術(shù)，徹底改變了這種格局。

以鐠釹分離為例，使用串級萃取技術(shù)的話，純度可達(dá)到99.99%，而且成本還降低了75%。在串級萃取技術(shù)引領(lǐng)下，中國稀土行業(yè)實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，在國際舞臺上擁有了更強(qiáng)的話語權(quán)，為后續(xù)我國稀土產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。如此巨大的貢獻(xiàn)，也讓徐光憲院士獲得了2008年度“國家最高科學(xué)技術(shù)獎”。

也正因為有了這樣的底氣，在中美貿(mào)易戰(zhàn)的風(fēng)云變幻中，稀土成為了我國手中一張關(guān)鍵的“資源王牌”。因為導(dǎo)彈制導(dǎo)、隱形戰(zhàn)機(jī)、激光鐳射等眾多高科技軍事裝備的制造，都離不開稀土元素。美國自家的稀土礦早已面臨開采困境，急得滿世界尋找替補(bǔ)。

當(dāng)然，其他國家雖然也有一定的稀土儲備，但在配套的開采提煉技術(shù)上卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上，這就導(dǎo)致美國即便四處尋求替代，依然很難滿足其龐大的稀土需求。

這讓美國在高科技產(chǎn)業(yè)和軍事裝備發(fā)展上感受到了前所未有的壓力，也讓世界看到了中國稀土資源的重要戰(zhàn)略地位。

新規(guī)來襲！稀土行業(yè)開啟高質(zhì)量發(fā)展

2024年底，國家重磅出臺新規(guī)，為稀土行業(yè)的發(fā)展指明了新的方向。新規(guī)要求對稀土減少開采，這并非是限制稀土產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而是為了更加合理地利用這一寶貴資源。同時，鼓勵回收，通過建立完善的回收體系，將廢棄電子產(chǎn)品、工業(yè)廢料等其中蘊(yùn)含的稀土元素重新提取出來，實現(xiàn)資源的循環(huán)利用。此外，還加強(qiáng)綠色技術(shù)研發(fā)，推動稀土行業(yè)向更加環(huán)保、可持續(xù)的方向發(fā)展。

這也帶動了新的投資機(jī)會，我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾娮釉O(shè)備，如手機(jī)、電腦，還有新能源車，這些設(shè)備中都包含稀土元素。芯片制造過程中，稀土磁材能夠精準(zhǔn)控制電流，釹、鏑更是高性能半導(dǎo)體的重要元素。中國稀土供應(yīng)鏈自主可控，這就相當(dāng)于給芯片研發(fā)加了一層“物理外掛”，為我國的科技產(chǎn)業(yè)提供了堅實的后盾，讓我們在全球科技競爭中擁有了更強(qiáng)的底氣。

最后，看一下17個稀土元素，你讀對了幾個呢？

鑭（Lán）、鈰（Shì）、鐠（Pǔ）、釹（Nǚ）、钷（Pǒ）、釤（Shān）、銪（Yǒu）、釓（Gá）、鋱（Tè）、鏑（Dī）、鈥（Huǒ）、鉺（ěr）、銩（Diū）、鐿（Yì）、镥（Lǔ）、鈧（Kàng）、釔（Yǐ）

這17個元素，每一個都有著獨(dú)特的性質(zhì)和重要的用途，它們共同構(gòu)成了稀土這個神秘而又強(qiáng)大的家族，在現(xiàn)代工業(yè)和科技領(lǐng)域中發(fā)揮著不可替代的作用，見證著中國從稀土資源大國向稀土科技強(qiáng)國邁進(jìn)的堅實步伐。

策劃制作

作者丨Denovo

審核丨孫明軒 上海工程技術(shù)大學(xué)教授