並非土壤也不稀有 稀土何以成軍工、電動車、電子產品命脈?

撰文:許祺安
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稀土,並非字面意義上的「稀有土壤」,而是17種金屬元素的總稱,是支撐現代科技與工業的核心戰略資源。

稀土是工業材料的維生素,添加了稀土元素的材料,在熒光、磁性、激光、光纖通訊等領域有着不可替的作用。稀土是軍事材料的功能核心,很多高科技武器的強大戰鬥力都離不開稀土的應用。

2016年9月16日,新疆,稀土礦產。(CFP)
2016年9月16日,新疆,稀土矿产。(CFP)

今年4月,中國為反制美國加徵關稅措施而收緊稀土出口限制後,出口量一度銳減。之後經過談判,中國陸續恢復一部分稀土出口,出口量也在6月創下歷史新高,但此後已連續數月下滑。中國商務部10月9日公布加強稀土出口管制,美國總統特朗普則宣布將對中國商品加徵100%關稅。

稀土的特點

鑭系元素以及同族的鈧和釔,共計17種元素又被稱為稀土元素。由於早期分析技術水平低,誤認為稀土在地殼中很稀少,另外它們一般發現於富集的風化殼上,難以溶解,呈土狀,故名稀土,其實它們是一組金屬元素

稀土介紹。(中國科學院廣州地球化學研究所))

稀土可分為輕稀土(如鑭、鈰)和重稀土(如鏑、鋱)兩大類。輕稀土儲量較大,主要用於冶金、農業等領域;重稀土則因稀缺性和特殊性能,成為高端科技的「命脈」,例如製造永磁體、激光材料等。

二者的共同特點是:金屬活潑性強,易與其他元素結合,且擁有未充滿的4F電子層結構,能產生多樣的電子能級,從而具備熒光、激光等特殊功能。

稀土可分為輕稀土和重稀土。(央視科教)

據《央視網》介紹,稀土稀缺的原因並非是儲量少,而是獲取太難。稀土元素像是撒在蛋糕上的糖粉,混在普通礦石裏難以收集,由於開採、分離和提純過程複雜且昂貴,所以非常依賴完整產業鏈的支撐。

稀土礦的三種類型。(央視科教)
離子吸附在黏土礦物上。(央視科教)
稀土產業鏈。(央視網AI製圖)

1970中國稀土之父徐光憲院士發明發明「串級萃取」等技術,讓中國稀土產業實現彎道超車。

中國稀土資源分佈情況。(中國科學院廣州地球化學研究所))

稀土的用途

據中國科學院廣州地球化學研究所,稀土資源加工利用過程中,對稀土元素的利用以金屬態和氧化物態居多。金屬態主要應用於合金、磁體等方面,氧化物態主要用於陶瓷玻璃、催化化工以及發光材料等方面。以美國稀土元素的主要應用為例:石油精煉、催化和化工方面佔了62%,冶金佔13%,玻璃陶瓷和拋光劑等9%,磁體7%,熒光劑3%,其他6%。

稀土資源利用。(中國科學院廣州地球化學研究所)
美國稀土元素的主要應用領域。(中國科學院廣州地球化學研究所)

1. 新能源:稀土永磁材料是新能源汽車電機、風力發電機的關鍵部件。一個兩兆瓦的風力發電機平均就要用到半噸稀土。汽車產業方面,一台新能源電動私家車至少用到10kg稀土。

2. 電子信息:稀土元素在電子產品中無處不在,智能手機用到了幾乎全部的15種稀土元素:手機攝像頭的光學玻璃依賴元素提升透光率,LED燈的熒光粉由等激活。電腦硬盤的永磁體同樣離不開稀土。

稀土元素在電子產品中無處不在。(央視網AI製圖)

3. 國防軍工:稀土是精確制導武器、雷達系統、夜視設備的核心材料。

例如,美國弗吉尼亞級核動力潛艇每艘使用約9,200磅(4173kg)稀土金屬、阿利伯克導彈驅逐艦需要大約5,200磅(2359kg)稀土金屬、F-35聯合攻擊戰鬥機需要約920磅(417kg)的稀土金屬。

稀土在國防軍事高科技領域的應用。(中國科學院廣州地球化學研究所)

4. 環保與民生:稀土催化劑可淨化汽車尾氣,降低90%以上的污染物排放;稀土元素還能促進農作物生長,提高產量和抗病蟲害能力。