稀土元素的應用

世界上95%以上的稀土礦產品是由中國主導加工的，由於新的清潔能源和國 防相關科技的發展，稀土消耗量迅速增加。調查全球各國稀土消費需求可知，中 國同樣是全球稀土資源消費大國，其消費量佔全球總消費量的57%；第二名為日 本，所佔比例為21%；第三名為美國，所佔比例為 8%；歐洲所佔比例為 8%；東 南亞各國共佔3% （Humphries, 2010）。

從19 世紀 80 年代稀土開始用於汽燈增光，科技發展至今，各國稀土元素已 廣泛應用於生產發光材料、稀土金屬氫化物電池材料、電光源材料、永磁材料、

儲氫材料、催化材料、精密陶瓷材料、激光材料、超導材料、磁致伸縮材料、磁 致冷材料、磁光存儲材料、光導纖維材料和龐磁電阻材料等，在新能源汽車、風 力發電、新型顯示與照明、機器人、電子信息、航空航天、國防軍工、節能環保 及高端裝備製造等戰略性新興產業中均發揮著不可或缺的核心基礎材料的作用

（Goonan,2011）。根據最終使用進行分類，由圖 2-4 可知，永磁材料佔比高達 21%，燃料裂解催化劑可達 20%，冶金和合金材料使用佔比 18%。總而言之，稀 土因此被許多國家列為一種重要的戰略資源。

圖 2-4. 2018 年全球 REEs 消費結構 Source：Published by M. Garside, Feb 6, 2019

稀土金屬是典型的活潑金屬，活潑性與Mg 相似，強於 Al。稀土的金屬性由 鑭到鑥遞減，隨著原子序數的增加，原子半徑減少，失去電子的傾向變小。稀土 金屬密度隨著原子序數增加而增大，但在原子半徑較大的Eu 處出現了峰值。稀 土金屬的熔點很高，也隨原子序數的增加而升高。但是Eu 的熔點特別低，是由 於它的原子的電子構型分別處於4f⁷¹的半滿和全滿狀態（Voncken, 2016），致使 原子核對6s 電子的吸引力減小，熔點降低。稀土金屬之間導電性能也有較大差 Metallurgy and alloys Fuel cracking catalysts Permanent magnets

釹（Neodymium）以其製成的非常堅固的永磁體而聞名：釹鐵硼磁體，也稱 等（Yang et al.2017）。

銪（Europium）的商業價值在於利用其正二價或正三價氧化態下的磷光性 能。1974 年，荷蘭飛利浦公司的 Verstegen 等人合成了稀土鋁酸鹽藍粉

Mg2Al16O27：Ba，Eu(451 nm，藍色)，加上綠粉 MgAl11O19：Ce，Tb（543 nm，

綠色）和氧化釔紅粉Y2O3：Eu³⁺（611 nm，紅色），共稱為燈用稀土三基色熒光 粉，飛利浦公司將其商品化後在全球得到了推廣，從此照明進入了一個新時代。

銪很稀少，在稀土研究歷史進程中曾一度默默無聞，直到Y2O3：Eu³⁺被用於製造 熒光粉，才使其名聲大振，進而成為計算機和各種顯示器及節能燈的熒光粉，從 而成為了電子信息材料中的新貴（Shinde & Dhoble, 2014）。

釓（Gd）有許多非常特殊的用途，雖然都不是大規模應用，比如釓可被製成 中子吸收劑用於一些核反應堆裡的控制棒。在冶金方面，釓可改善鐵、鉻及相關 合金的工作性能和耐高溫性以及氧化性。釓在室溫下可具有鐵磁性，居里點約為 293.4k 或 20.25 攝氏度（Lide,2004），這種性質使得釓在核磁共振成像（MRI）

中非常有用。