什么是稀土元素?它们与环境有什么关系?

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元素周期表上的镧系元素被认为是稀土元素。查看更多绿色科学图片
史蒂文·泰勒/摄影师之选/盖蒂图片社

稀土得不到尊重。它们被困在元素周期表的底部,并且被赋予了像镨和镱这样难以发音的名字,它们远没有氧、氮、碳和其他排行榜冠军那样的魅力和受欢迎程度。见鬼,即使是锆——用来制造经常被模仿的立方氧化锆钻石仿制品——也比稀土要好。讽刺的是,大多数人每天都在使用由稀土制成的产品。事实上,你可以说我们没有它们就无法生存,因为它们存在于大多数高科技设备中:手机、电脑、ipod和更多。

那么,这些到底是什么呢?根据一个被广泛接受的定义,稀土元素有17种,它们都表现出相似的化学性质:镧系元素——镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥——加上钇和钪,被归类为“过渡金属”[来源:议会大厦].(18新利最新登入然而,一些科学家可能会把钪或钪和钇都排除在稀土类别之外,这取决于他们觉得这两种元素与镧系元素有多相似。)这些元素也被称为稀土金属,是化学家卡尔·阿克塞尔·阿雷尼乌斯中尉在1787年发现的,他在瑞典伊特比的一个采石场发现了一块奇怪的沉重的黑色岩石,他把它命名为ytterbite[来源:Vanderkrogt全球绿色思考].

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这些金属并不稀有——它们在世界各地都很丰富。然而,人们认为它们很罕见,因为它们分散在地球上的小块地方,而不是像铜那样聚集在一起。实际上,它们是成簇存在的,但与其他稀土元素一起存在,而不仅仅是特定种类的稀土元素。这意味着它们必须被收获,然后被分离成每一个单一的元素,这是困难和昂贵的。事实上,当这些元素最初被发现时,科学家们还不确定如何处理它们,它们是作为一个群体一起开采的。这种混合元素被称为“混合金属”[来源:《大众机械》].真的。

几十年来,科学家们一直在研究这些元素,最终发现了它们的巨大潜力。首先,稀土具有极好的磁性和导电性,使我们可以缩小我们的科技设备。还记得20世纪70年代的索尼随身听吗?这是第一台便携式音乐设备。这种小巧的播放器之所以成为可能,部分原因是它含有一个由钐制成的小而强的磁铁。今天,以钐为基础的磁铁已经被更小、更强的钕磁铁所取代——因此就有了随身听的小型后代,iPod[来源:《大众机械》Lynas Corp .)].稀土也在国防领域大放异彩,用于制造各种原材料夜视镜精确制导武器。

美国曾经在稀土加工领域处于世界领先地位,但如今这一殊荣属于中国。中国在上世纪80年代和90年代受益于政府补贴,使其能够向国际市场大量供应廉价稀土。然而,随着中国自身对稀土需求的增长,稀土出口到世界其他地区的数量却没有那么多,供18新利最新登入不应求的局面正在逼近。美国已经重新启动了以前的稀土生产设施,最终可能再次能够满足自己的稀土金属消费[来源:国家地理].

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稀土:绿色还是不太绿色?

通过使用稀土来缩小我们的高科技玩具是很好的,但它们还有其他重要的用途,尤其是在环境方面。这些金属被用于制造许多“绿色”物品,包括混合动力汽车、空气污染管制、LED灯泡而且风力涡轮机

具体来说,由稀土制成的磁铁用于风力涡轮机和发电机等相关项目,使其坚固有力,同时又轻便高效。从小型电子阅读器到上面提到的重型混合动力汽车的充电电池也使用了这些元素,尤其是镧。每一个丰田普锐斯例如,该公司在其“镍氢”电池中装有10磅(4.5公斤)的镧。(猜猜名字里的“金属”指的是什么?当然是镧[来源:《大众机械》].)

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当然,稀土并不完美。所有稀土矿石都含有铀和——开采时变成废物的放射性元素,必须小心处理。分离铀和钍所需的化学物质也比分离铜、锌和铅等基本金属所需的化学物质多,这对环境不利[来源:全球绿色思考].

在中国和其他地方,松懈的监管和非法开采稀土金属导致了土地和水的污染,甚至导致当地居民中毒,这显然是一个主要问题[来源:议会大厦].采矿过程也会消耗大量能源,并可能导致表土退化和侵蚀。最后,许多用稀土制造的高科技产品也被丢弃了垃圾填埋场当它们不再有用时,研究人员还不知道,随着时间的推移,稀土是否会被释放回环境中——如果是这样,这对我们的星球意味着什么[来源:议会大厦史密斯].

不过,稀土的产量最终还是会继续增长,这表明,至少就目前而言,稀土在环境和社会方面的无数好处超过了成本。所以,这些元素似乎会一直存在下去——至少在下一个最佳元素被发现之前是这样。

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作者注:什么是稀土元素,它们与环境有什么关系?

我承认:我讨厌科学。(数学也是,如果你一定要知道的话。)所以这个话题一开始并没有让我激动。直到我意识到,这意味着我终于有一些科学的东西可以和我的大女儿讨论了,她刚刚毕业,获得了化学学士学位。我的女儿对稀土元素很熟悉,并帮助我充分理解了它们的含义。这种个人风格使我对这个主题更感兴趣,我希望这篇文章能反映出这种兴趣。

相关文章

来源

  • 化学元素。“元素周期表:稀土。”(2012年4月2日)http://www.chemicalelements.com/groups/rareearth.html
  • 科恩,戴夫。“稀土元素危机。”能源公告。2010年8月31日。(2012年4月3日)http://www.energybulletin.net/stories/2010-08-31/rare-earth-elements-crisis
  • 科罗拉多稀土公司“什么是稀土元素?”(2012年4月5日)http://www.coloradorareearth.com/what_are_rare_earths_elements.htm
  • 福杰尔,蒂姆。“稀土元素。”国家地理。2011年6月。(2012年4月2日)http://ngm.nationalgeographic.com/2011/06/rare-earth-elements/folger-text
  • 地质学。REE -稀土元素及其用途(2012年4月2日)http://geology.com/articles/rare-earth-elements/
  • 议会大厦。“稀土金属。”(2012年4月5日)www.parliament.uk/briefing-papers/POST-PN-368.pdf
  • Koerth-Baker,玛吉。“4种稀土元素只会变得更重要。”受欢迎的力学。(2012年4月2日)http://www.popularmechanics.com/technology/engineering/news/important-rare-earth-elements#slide-1
  • Laskow,萨拉。《下一个资源大热潮:稀土金属》良好的环境。2011年7月6日。(2012年4月3日)http://www.good.is/post/the-next-great-resource-rush-rare-earth-metals/
  • Levkowitz, Lee和Nathan Beauchamp-Mustafaga。《中国稀土产业及其在国际市场中的作用》2010年11月3日。(2012年4月2日)http://www.uscc.gov/researchpapers/2011/RareEarthsBackgrounderFINAL.pdf
  • 洛斯阿拉莫斯国家实验室。元素周期表:LANL(2012年4月3日)http://periodic.lanl.gov/index.shtml
  • Lynas Corp .)“ipod和MP3播放器。”(2012年4月5日)http://www.lynascorp.com/application.asp?category_id=1&page_id=7&app_id=7
  • 史密斯,南卡罗来纳州“肮脏、危险和破坏性——这些都是科技繁荣的要素。”《卫报》。2011年9月26日。(2012年4月3日)http://www.guardian.co.uk/commentisfree/2011/sep/26/rare-earth-metals-technology-boom
  • 塔斯曼金属。“什么是稀土元素?”(2012年4月2日)http://www.tasmanmetals.com/s/RareEarth.asp
  • 想想全球绿色。“稀土”。(2012年4月3日)http://www.thinkglobalgreen.org/rare-earthmetals.html
  • ThinkQuest。“媒体播放器”。(2012年4月12日)http://library.thinkquest.org/08aug/01589/mediaplayers_history.html
  • Vanderkrogt。“钇。”(2012年4月12日)http://www.vanderkrogt.net/elements/element.php?sym=Y

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