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2024年1月21日 星期日

稀土元素(Rare-Earth Element,REE)-2024

 



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稀土元素(rare-earth elementREE),或稱稀土金屬,是元素週期表上第3族之鈧、釔和鑭系元素共17種金屬化學元素的合稱,皆屬於副族元素。稀土元素皆為質地較軟的銀白色金屬,彼此之間具有非常相似的化學性質,且總是在礦床中共生,非常難以分離、提取,因此提煉稀土元素並不容易,且開採稀土金屬會造成嚴重的生態環境破壞,原本美國跟澳洲才是稀土的最大生產國,但由於環保法規限制只能以較高成本與環保的方式開採稀土,因此開採成本高於中國,中國因此才得以低價競爭變成稀土最大出產國,且動輒以禁止稀土出口作為政治或貿易手段。近年雖在日本近海海床找到新的稀土礦脈,且蘊藏量頗豐,但短期除非有新型態的採礦方式出現,不然終究只是一場未竟之夢。

實際上稀土元素在地殼中的豐度並不算低(放射性的鉕除外),其中含量最高的鈰在地殼元素豐度排名第25,占0.0068%,與銅相當。雖然稀土元素並不稀有,但由於其地球化學特性,它們在地殼中的分佈相當分散,很少有稀土元素富集到容許商業開採的程度;此外,其彼此之間相似的化學性質導致它們傾向於兩兩或多種一起伴生於礦物中,而難以將稀土元素透過簡單的化學或物理方式彼此單獨分離,導致開採和提取上相當困難或成本高昂,因此被稱為「稀土」元素。稀土元素在礦藏中常與放射性錒系元素共生,以釷為主,鈾礦中較為少見。鉕是稀土元素中唯一的放射性元素,且其所有同位素的半衰期都很短,在自然界中主要作為鈾-238自發分裂的產物而痕量生成於鈾礦中,含量極為稀少。

第一種被人類發現的稀土礦物是矽鈹釔礦,一種主要由鈰、釔、鈹、鐵、矽等元素組成的黑色礦物,1787年從瑞典伊特比村的礦井中所提取出,有四種稀土元素的英文名稱都是源自於此地(釔、鋱、鉺和鐿)

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在元素週期表的各類金屬元素中,稀土金屬的活潑性僅次於鹼金屬和鹼土金屬元素,其中鑭系元素的反應性有隨著原子序數增加而逐漸降低的趨勢(銪和鐿除外)。室溫下,稀土金屬在空氣中表面會逐漸失去光澤;與冷水接觸會反應生成氫氧化物並釋出氫氣;與水蒸氣接觸則會反應生成氧化物。在400°C以上的高溫中會自燃。

稀土元素及其化合物在絕大多數生物體內並沒有已知的生物學功能,且其水溶性化合物具有輕度至中度毒性,但則沒有難溶性化合物。

稀土元素在電氣及電子元件、雷射元件、有色或高強度玻璃、磁鐵和工業及化學催化劑等領域中有著多樣且廣泛的應用,但由於它們在產業中不像鐵和鋁等卑金屬需要使用龐大的體積或消耗巨大的用量,且大多應用於較專業的用途,因此它們的名稱和屬性在日常生活中並不十分為人所知。其中最容易見到的可能是磁性很強的釹磁鐵(人造永磁體),在一些商家作為新奇的玩具出售,不過稀土金屬在很多電子產品、汽車產業與航太工業都會用到。

稀土金屬包括15個鑭系元素:鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、鉕(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、鎦(Lu)以及與鑭系元素密切相關的兩個元素:釔(Y)和鈧(Sc)

Reference

Multi-Lingual Wikipedia

Newton Press

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