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稀土 (REE Rare-Earth Element) --- 陳友祥 - 中無通訊第114期 2026年4月版

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本帖最後由 VR2ZWP 於 23-3-2026 16:54 編輯


                                                                          本文原刋載於 中無通訊第11420264月版

                                                                                                            稀土 (REE Rare-Earth Element)
                                                                                                    陳友祥

        稀土儲量相對集中於中國、俄羅斯、越南、印度、巴西、澳洲和美國七個國家。稀土原生礦床主要產於鹼性岩,這類岩石集中分布在中國的白雲鄂博、美國的芒廷帕斯 Mountain Pass 及澳洲的韋爾德山 Weld Mountain 幾個礦床之內,根據 1990 年儲量統計,這三個礦山占世界稀土總儲量的 90% 以上。另外稀土也存在一些海濱砂礦中,例如沿非洲東海岸、印度東西海岸、中國東南沿海、馬來亞半島、印尼、澳洲東西海岸及巴西海岸帶,都有稀土分布。

          美國位於加州 California 的"芒廷帕斯" Mountain Pass,是一座露天稀土礦,1936 年開採黃金,1949 年探得放射性異常,發現了稀土,提煉稀土會產生大量含輻射廢水及廢礦,該礦洩漏廢水被起訴,判處罰款並賠償受影響地區,花費了超過 140 萬美元,並須提供官方認可清理計劃,方可繼續營運,該礦於 2025 年恢復運作。美國自 2022 年起,已恢復輕稀土加工能力,美國國防部亦資助重稀土加工。

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美國 Mountain Pass 露天稀土礦  (維基百科圖片)

圖二.jpg
2000 年全球稀土產量圖,1984 年中國超越美國成產量最高國家 。(維基百科圖片)

表一.jpg
十七種稀土中文名稱與粵音。


       "稀土" 一詞,實在不大正確,直譯是 "稀土元素" 或 "稀土金屬" rare-earth metals,之所以 "稀",少少的它與化學性質相似的元素混在一起,遍佈地殼,亦會連同放射性元素,不如銅、鐵之類集中,稀土金屬易氧化,自然界中含稀土礦物超過 250 種,包括中國南方的花崗岩,在地殼中稀土存量,約佔地殼萬分之壹點五,比鋅多三倍,比鉛多九倍,比金多三萬倍,這些礦物中通常也含有不少的錒系元素釷。

        稀土包括 鈧、釔 與第 57 號元素 "鑭" lanthanum,至第 71 號元素 "鎦" ytterbium,共十五種鑭系元素的統稱,鑭系元素在地殼中常與 釔 一同出現在 獨居石 Monazite、薩馬斯克石 Samarskite、釔鈣石 Yttrocrasite、氟碳鈰礦 bastnäsite、磷釔礦 Xenotime 和 矽鈹釔礦 Gadolinite 等等..礦物中,其豐度也和大部份過渡金屬相當,"鑭" 於 1839 年 命名,"鈰" 更早,是 1803 年,隨後陸續發現其他元素,並分解出來,稀土元素彼此間的化學性質極度相似,分離過程非常困難,直到 1923 年,科學家才成功提取純鑭金屬。

        十八世紀發現稀土,位於斯德哥爾摩群島的雷薩羅島上,有個小村莊"伊特比"Ytterby',當地開採長石,用於玻璃和瓷器工業, 1789年,熱衷礦物的陸軍中尉,找到烏黑發亮的礦石,送交在瑞典的芬蘭化學教授 約翰· 加多林 Johan Gadolin,分離出新的金屬氧化物,用了發現地名 Ytterby,取名 ytterbia(氧化釔),縮寫 yttria,礦石用了教授名字,加多林石gadolinite,隨後四個新元素,均以"伊特比"命名,釔 yttrium、鐿 yttterbium、鋱terbium 和 鉺 erbium。

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伊特比 Ytterby 採石場  (維基百科圖片)

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加多林石 gadolinite。  (維基百科圖片)
 樓主| 發表於 4 天前 | 顯示全部樓層
本帖最後由 VR2ZWP 於 23-3-2026 16:59 編輯

         最早發現的兩種「稀土元素」:氧化釔 (1794年) 和氧化鈰 (1803年),鑭則於 1838 年首次被發現,後來被確認為一系列化學性質相似的元素中的第一個,並以其命名了整個系列,鑭系金屬呈銀白色,質地較軟,易氧化,需密封於氬氣罐內,鑭系金屬的電阻率相對較高,範圍在 29 至 134 微歐姆·cm 之間。這些數值可以與鋁等良導體進行比較,鋁的電阻率為 2.655 微歐姆·cm。鑭系元素均具有強順磁性,這反映在它們的磁化率上,其中最為人熟知就是釹 (粵音 女),釹鐵硼磁鐵 NdFeB magnet 現今磁性最強的永久磁鐵。


         古代 鑭、鈰..用作照明,製造媒氣燈紗罩,最初的燈罩發出綠光,並不成功,1891年改用二氧化釷,發出白光,製成大光燈 (見圖五、六)。還用作真空管陰極塗層、弧光燈、打火機火石、螢光燈 ( 光管 )、電視映像管螢幕..氧化鈰用作精密鏡片拋光粉。


         現代稀土元素用途廣泛,遍及國防工業、太空科技、通訊、醫學..光學玻璃拋光粉、精煉催化劑、超導體、新型鋰離子電池、高效率 LED、金屬鹵化物燈、醫療核磁共振成像、臨床診斷與治療腫瘤、軍事激光測距儀..釔和釹可作為鎂的合金元素,用於製造飛機引擎中使用的高強度金屬。

          鈧 Sc 質輕、耐高溫,鈧鋁合金,用於航空航天材料、運動器材,價格高達每克 270 美元。

          釔 Y 添加於 LED 螢光粉中,改進顏色及效率,也用於製造電極、電解質、電子濾波器、雷射、超導體。過去,曾用於電視陰極射線管的紅色電子槍。

         釔鋁石榴石 (YAG) 人工合成色彩鮮豔的寶石,具有良好的光學透明度、是高能量/高功率雷射系統的理想材料。

         釔90 放射性同位素,用於治療多種癌症,包括淋巴瘤、白血病、肝癌、卵巢癌、大腸癌、胰臟癌和骨癌。

        鑭系元素離子被用作雷射器發光材料中的活性介質,例如摻釹釔鋁石榴石 (Nd:YAG) 是一種高效率的雷射活性介質材料,它在紅外線波段發射激光,廣泛應用於軍事、醫療和氣象領域。亦被用於高溫超導體。鑭化合物可用作催化劑、玻璃添加劑、影棚燈和投影機的碳弧燈、火炬的點火元件、電子陰極、閃爍體以及鎢極氬弧焊電極。碳酸鑭可用作磷酸鹽結合劑,用於治療伴隨腎衰竭的高磷血症。

        鈰 Ce 氧化鈰用於拋光玻璃,金屬鈰因其自燃特性而被用於鐵鈰打火機,白光 LED。

        鐠 Pr 作為摻雜離子在光學和光子學領域有著廣泛的應用,包括雷射、光纖通訊..镨可用作玻璃著色劑,製造工業護目鏡。镨與釹結合,可製造以強度和耐久性著稱的高功率磁鐵。

        釹 1927 年只用作玻璃染料,後來發現摻雜釹的玻璃可用作發射紅外線雷射,已被用於慣性約束聚變等超高功率。釹也與其他各種基板晶體一起使用,例如 Nd:YAG 雷射中的釔鋁石榴石。

        銪 Eu 應用集中在其磷光特性上,紅色和藍色銪基螢光粉與黃/綠色鋱螢光粉組合使用,可產生白光,慳電膽透過改變螢光粉比例調節色溫。它能有效提高紅色螢光粉的強度。銪也用於製造螢光玻璃,提高螢光燈效率。它也被用於歐元紙幣的防偽螢光粉。

        釓 Gd 用作磁力共振 MRI 掃描顯影劑。

        鋱 Tb 磁致伸縮:產生的應變,比傳統磁致伸縮材料大 100 倍,比壓電材料大 2-5 倍。具有更大的輸出功率、更高的可靠性和更強的訊號輸出等優點。

        鏑 Dy 鏑及其化合物極易磁化,因此被用於各種資料儲存應用,例如硬碟。

        鈥 Ho 用於核反應器。

        鉺 Er 摻鉺光纖放大器 EDFA (erbium-doped fiber amplifiers),是光纖通訊系統中的重要器件,廣泛應用於光通訊領域,將鉺離子摻入玻璃、光纖材料,能令光信號輸出強度倍增,有如放大器,為了提高工作效率,摻鉺光纖通常會摻雜鋁或磷,摻雜劑有助於防止鉺離子聚集,並更有效地在激發光和訊號光之間傳遞能量。鉺離子廣泛應用於各種醫療領域(例如皮膚科、牙科)。

        鐿 Yb 伽瑪射線源,伽馬射線能穿透人體軟組織,但會被骨骼等高密度物質阻擋,構成影像。鐿原子鐘,誤差小於1000萬億分之二。鐿摻雜劑,改善不銹鋼的晶粒細化、強度和其他機械性能。

        鑥 Lu 穩定的鑥可用作煉油廠石油裂解的催化劑,也可用於烷基化、氫化和聚合反應。鑥鋁石榴石透鏡材料。

        據 2019年 "國家材料腐蝕與防護科學數據中心" 指出:幾乎每隔三至五年,科學家們就能發現稀土的新用途,每六項發明中,就有一項離不開稀土。尚有很多元素,等待科學家們發現、發揮其獨特功能..造福人群。

        稀土用途甚多,可從維基百科 https://en.wikipedia.org 或 Google 中搜尋,將十七種元素逐一輸入,會看到更詳細答案


參考資料:

中國稀土學會        國内外稀土礦產資源及其分佈概述
http://www.cs-re.org.cn/popular/a1887.html

BLOG: Ytterby elements: periodic table history
https://www.su.se/stockholm-university-baltic-sea-centre/web-magazine-baltic-eye/hazardous-substances/blog-ytterby-elements-periodic-table-history-1.616623

中國稀土學會        鑭、鈰...鏑等17种稀土元素名稱的由來及用途淺說
http://www.cs-re.org.cn/popular/a120.html

國家材料腐蝕與防護科學數據中心  盤點 | 17種稀土用途一覽 看看哪些與航空航天相關?
https://www.corrdata.org.cn/news/industry/2019-06-04/173943.html

科學月刊  不稀的稀土,難採的礦物 稀土的開採技術與汙染
https://www.scimonth.com.tw/archives/13459

 樓主| 發表於 昨天 16:22 | 顯示全部樓層
本帖最後由 VR2ZWP 於 23-3-2026 17:00 編輯

P05C (1).jpg

早年大牌檔大光燈,底座附有打汽裝置,裝載火水 ( 煤油 ),用時引燃並泵氣,火水汽化產生高溫,點燃燈紗發出白光,注滿火水可用四小時。  (網上圖片)

P06C (1).jpg
大光燈。  (網上圖片)

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大光燈燈紗。  (維基百科圖片)

P08C (2)-A.jpg
鈧 Sc 高純度 99.998% 樹枝狀晶體,於惰性氣體中熔化,製成一立方公分顆粒。  (維基百科圖片)

P09C (1)-A.jpg
釔 Y 高純度 99.99% 樹枝狀晶體,於惰性氣體中熔化,製成一立方公分顆粒。  (維基百科圖片)

P10C (2)-A.jpg
釔鋁石榴石。  (維基百科圖片)

P11C (1)-A.jpg
鑭 La 置於充滿墮性氣體玻璃管中。  (維基百科圖片)

P12C (2)-A.jpg
鈰 Ce。  (維基百科圖片)

P13C (1)-A.jpg
鐠 Pr。  (維基百科圖片)

P14C (2).jpg
釹 Nd 。 (維基百科圖片)
 樓主| 發表於 昨天 16:35 | 顯示全部樓層
本帖最後由 VR2ZWP 於 23-3-2026 17:01 編輯


P15C (2)-A.jpg
釤 Sm。  (維基百科圖片)

P16C (2)-A.jpg
銪 Eu。  (維基百科圖片)

P17C-A.jpg
釓 Gd。  (維基百科圖片)

P18C-A.jpg
鋱 Tb。  (維基百科圖片)

P19C-A.jpg
鏑 Dy。  (維基百科圖片)

P20C-A.jpg
鈥 Ho 。 (維基百科圖片)

P21C-A.jpg
鉺 Er。  (維基百科圖片)

P22C-A.jpg
銩 Tm。  (維基百科圖片)

P23B-A.jpg
鐿 Yb。  (維基百科圖片)

P24C-A.jpg
鑥 Lu。  (維基百科圖片)

P25C-A.jpg
維基百科顯示 鉺 Er 的資料 https://en.wikipedia.org/wiki/Erbium

表一.jpg

補充資料 :
2018年9月VR2ZWP到新疆旅行,曾到「可可托海稀有金屬礦山公園」遊覽 (見圖A1、A2),這礦坑曾發掘出多種稀土(見圖1雕像),為國家航天和國防工業、及償還早期為援助朝鮮的蘇聯外債做出巨大貢獻(見圖A3)。

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