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·钪是稀土金属中的一种。稀土是历史遗留的名称,从18世纪末叶开始被陆续发现。当时人们惯于把不溶于水的固体氧化物称作土,例如把氧化铝叫做陶土,氧化 镁叫苦土。稀土是以氧化物状态分离出来,很稀少,因而得名稀土,稀土元素的原子序数是21(Sc)、39(Y)、57(La)至71(Lu)。它们的化学 性质很相似,这是由于核外电子结构特点所决定的。它们一般均生成三价化合物。钪的化学性质与其它稀土差别明显,一般稀土矿物中不含钪。钷是从铀反应堆裂变 产物中获得,放射性元素147Pm半衰期2.7年。过去认为钷在自然界中不存在,直到1965年,荷兰的一个磷酸盐工厂在处理磷灰石中,才发现了钷的痕量 成分。因此,我国1968年将钷划入64种有色金属之外。 1787年瑞典人阿累尼斯(C.A.Arrhenius)在斯德哥尔摩(Stockholm)附近的伊特比(Ytterby)小镇上寻得了一块不寻常的黑 色矿石,1794年芬兰化学家加多林(J.Gadolin)研究了这种矿石,从其中分离出一种新物质,三年后(1797年),瑞典人爱克伯格 (A.G.Ekeberg)证实了这一发现,并以发现地名给新的物质命名为Ytteia(钇土)。后来为了纪念加多林,称这种矿石为 Gadolinite(加多林矿,即硅铍钇矿)。 1803年德国化学家克拉普罗兹(M.H.Klaproth)和瑞典化学家柏齐力阿斯(J.J.Berzelius)及希生格尔(W.Hisinger) 同时分别从另一矿石(铈硅矿)中发现了另一种新的物质---铈土(Ceria)。1839年瑞典人莫桑得尔(C.G.Mosander)发现了镧和镨钕混 合物(didymium)。1885年奥地利人威斯巴克(A.V.Welsbach)从莫桑得尔认为是“新元素”的镨钕混合物中发现了镨和钕。1879年 法国人布瓦普德朗(L.D.Boisbauder)发现了钐。1901年法国人德马尔赛(E.A.Demarcay)发现了铕。1880年瑞士马利纳克 (J.C.G.De Marignac)发现了钆。1843年莫桑得尔发现了铽和铒。1886年布瓦普德朗发现了镝。1879年瑞典人克利夫(P.T.Cleve)发现了钬和 铥。1974年美国人马瑞斯克(J.A.Marisky)等从铀裂产物中得到钷。1879年瑞典人尼尔松(L.F.Nilson)发现了钪。从1794年 加多林分离出钇土至1947年制得钷,历时150多年。

·稀土金属的光泽介于银和铁之间。杂质含量对它们的性质影响很大,因而载于文献中物理性质常有明显差异。镧在6°K时是超导体。大多数稀土金属呈现顺磁 性,钆在0℃时比铁具有更强的铁磁性。铽、镝、钬、铒等在低温下也呈现铁磁性。镧、铈的低熔点和钐、铕、镱的高蒸气压表现出稀土金属的物理性质有极大差 异。钐、铕、钆的热中子吸收截面比广泛用于核反应堆控制材料的镉、硼还大。稀土金属具有可塑性,以钐和意为最好。除镱外,钇组稀土较铈组稀土具有更高的硬 度。稀土金属的化学活性很强。当和氧作用时,生成稳定性很高的R2O3型氧化物(R表示稀土金属)。铈、镨、铽还生成CeO2、Pr6O11、TbO2型 氧化物。它们的标准生成热和标准自由焓负值比钙、铝、镁氧化物的值还大。稀土氧化物的熔点在2000℃以上,铕的原子半径最大,性质最活泼,在室温下暴露 于空气中立即失去光泽,很快氧化成粉末。镧、铈是、镨、钕也易于氧化,在表面生成氧化物薄膜。金属钇、钆、镥的抗腐蚀性强,能较长时间地保持其金属光泽。 稀土金属能以不同速率与水反应。铕与冷水剧烈反应释放出氢。铈组稀土金属在室温下与水反应缓慢,温度增高则反应加快。钇组稀土金属则较为稳定。稀土金属在 高温下与卤素反应生成+2、+3、+4价的卤化物。无水卤化物吸水性很强,很容易水解生成ROX(X表示卤素)型卤氧化合物。稀土金属还能和硼、碳、硫、 氢、氮反应生成相应的化合物。

·目前世界上已知的稀土矿物及含有稀土元素的矿物有250多种,稀土元素含量较高的矿物有60多种,有工业价值的不到10种。我国稀土资源极其丰富,其特点可概括为:储量大、品种全、有价值的元素含量高、分布广。我国稀土的工业储量(按氧化物计)是国外稀土工业储量的2.2倍。国外稀土资源集中在美国、印度、巴西、澳大利亚和苏联等国,工业储量(按氧化物计)为701.11万吨。

·稀土金属可从氟碳铈镧矿、独居石中提取。从精矿提取所得的混合稀土化合物中分离提取单一的稀土元素,不仅将这十几个化学性质极其相近的稀土元素分离出 来,而且还必须将稀土元素和伴生的杂质他离开来。其方法主要有化学法、离子交换法和溶剂萃取法等。工业大量使用的是工业纯稀土金属,较高纯度的稀土金属主 要供测定物理化学性能之用。目前主要有四种提纯方法在试验室中使用,即真空熔融,真空蒸馏或升华,电迁移和区域熔炼。

·稀土金属及其合金在炼钢中起脱氧脱硫作用,能使两者的含量降低到0.001%以下,并改变夹杂物的形态,细化晶粒,从而改善钢的加工性能,提高强度、韧 性、耐腐蚀性和抗氧化性等。稀土金属及其合金用于制造球墨铸铁、高强灰铸铁和蠕墨铸铁,能改变铸铁中石墨的形态,改善铸造工艺,提高铸铁的机械性能。在青 铜和黄铜冶炼中添加少量的稀土金属能提高合金的强度、延伸率、耐热性和导电性。在铸造铝硅合金中添加1%-1.5%的稀土金属,可以提高高温强度。在铝合 金导线中添加稀土金属,能提高抗张强度和耐腐蚀性。Fe-Cr-Al电热合金中添加0.3%的稀土金属,能提高抗氧化能力,增加电阻率和高温强度。在钛及 其合金中添加稀土金属能细化晶粒,降低蠕变率,改善高温抗腐蚀性能。用铈族混合稀土氯化物和富镧稀土氯化物制备的微球分子筛,用于石油催化裂化过程。稀土 金属和过渡金属复合氧化物催化剂用于氧化净化,能使一氧化碳和碳氢化物转化为二氧化碳和水。镨钕环烷—烷基铝—氯化烷基铝三元体系催化剂用于合成橡胶。稀 土抛光粉用于各种玻璃器件的抛光。单一的高纯稀土氧化物用于合成各种荧光体,如彩色电视红色荧光粉、投影电视白色荧光粉等荧光材料。稀土金属碘化物用于制 造金属卤素灯,代替碳精棒电弧灯作照明光源。用稀土金属制备的稀土—钴硬磁合金,具有高剩磁、高矫顽力的优点。钇铁石榴石铁氧体是用高纯Y2O3和氧化铁 制成单晶或多晶的铁磁材料。它们用于微波器件。高纯Gd2O3用于制备钇镓石榴石,它的单晶用作磁泡的基片。金属镧和镍制成的LaNi5贮氢材料,吸氢和 放氢速度快,每摩尔LaNi5可贮存6.5—6.7摩尔氢。在原子能工业中,利用铕和钆的同位素的中子吸收截面大的特性,作轻水堆和快中子增殖堆的控制棒 和中子吸收剂。稀土元素作为微量化肥,对农作物有增产效果。打火石是稀土发火合金的传统用途,目前仍是铈组稀土金属的重要用途。