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包头稀土研究院科学家做客东方卫视“未来邀请函”栏目谈稀土

时间:2019-11-11

  2019年11月10日,包头稀土研究院科学家做客东方卫视“未来邀请函”栏目,讲述稀土故事。

 

嘉宾简介:

  杨占峰教授:博士,正高级工程师,博士研究生导师,享受国务院特殊津贴专家。现任中国稀土学会副理事长、包钢(集团)公司副总工程师、中国北方稀土集团公司董事兼总工程师、包头稀土研究院董事长、白云鄂博稀土资源研究与综合利用国家重点实验室主任。 
主要从事白云鄂博矿床资源综合利用研究及稀土材料应用研究,承担过多项国家级、省部级科研、新技术应用及重点工程的建设项目,在白云鄂博西矿的开发、矿区深部及周边找矿、选矿攻关、边坡研究等方面做出了突出贡献。获中国稀土科学技术一等奖2项,中国冶金科技进步奖一、二等奖各1项,中国有色金属工业科学技术二等奖1项,中国冶金矿山科技进步二、三等奖各1项,冶金企业管理奖2项,内蒙古自治区科技进步一、二、三等奖共4项,内蒙古自治区管理奖3项。公开发表论文49篇,主编出版著作2部,参编出版著作9部,授权专利8项。获“自治区有突出贡献的中青年专家”和内蒙古自治区“草原英才”等荣誉称号。
  闫慧忠教授:博士,正高级工程师,包钢(集团)公司技术专家,包头稀土研究院技术专家,内蒙古大学、内蒙古科技大学兼职硕士生导师,中国稀土协会专家组成员,国际合作项目、自然科学基金项目评审专家。
  主要从事稀土储氢材料研发和产业化工作。近10几年来主持承担了国家自然科学基金、国际科技合作(瑞典、瑞士、俄罗斯)等12项国家级项目。在国内外学术期刊发表论文50篇,授权2项日本发明专利,1项美国发明专利,12项中国发明专利,4项实用新型专利。项目成果获内蒙古自治区自然科学奖、内蒙古自治区科技进步奖。参加了储氢材料行业现有3项国家标准的制订工作。参与修订和编制了《稀土术语》(GB/T 15676-2015)国家标准。参加完成了中国工程院重大咨询意见任务“稀土资源可持续开发利用战略研究”工作、中国科协“2014-2015年稀土科学技术学科发展研究”项目、科技部“2021-2035 年国家中长期科技发展规划战略研究”项目。


“神奇的工业维生素”访谈文字实录

  主持人:今年稀土引起了全国乃至全球的高度关注,这个稀土是土吗?它很稀有吗?
  杨占峰教授:稀土,它不是土,它是17个金属元素的总称。是化学元素周期表里镧系元素里的镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钷,以及镧系元素同一族的,化学性质、物理性质基本相似的21号元素钪和39号元素钇的总称。这么多元素,有的稀少,有的不稀少。像钇、镧、铈这些元素,它们在地壳里的分布是不稀少的,比我们日常见到的钨、钼、铬等这些合金元素要丰富,它的丰度相当于我们平时所接触的铜,是一个数量级的。但是像这个钬、铒、铥、镱、镥,这样的元素确实比较稀少,它们的丰度都是十几个PPm(纯像元指数)。

  闫慧忠教授:稀土这个名称是200多年前刚发现第一个稀土元素时,限于当时的历史条件起的这样一个名称,所以它的名字跟现在的含义不完全一致了。


  主持人:稀土它重要在哪里?

  闫慧忠教授:稀土具有独特的4F电子层结构,还有磁、光、电等物理化学性能。比如稀土元素丰富的电子跃迁能级,可以提供许多的光学特性,它大的原子磁矩,可以提供强的磁性能。另外,稀土做成配合物,还可以形成多种化合物的晶体结构。据统计,每五项发明专利中就有一项与稀土有关,以稀土为主的新材料有50多类,在电子、能源、交通、环保、航空航天、农业、医疗等13个主要经济领域中的40多个行业中得到了广泛的应用。


  主持人:17种元素分别发挥着什么样的作用?

  闫慧忠教授:17种元素组成了一个大家族。这些元素在性能上是相似的,但是它们各有各的不同特性。比如稀土镧,它的氢化特性可以用来制造稀土储氢材料;稀土铈有除氧特性,可以用来做催化材料;稀土镨,它的色彩特性比较明显,可以用来做陶瓷颜料;稀土钕,它的电子自旋特性可以用来制造磁性材料。还有像镨、镱、铽,这些具有独特发光特性的元素,可以制造稀土荧光材料、激光材料、稀土掺杂的光纤材料。


  主持人:稀土元素都分别有不同的作用?
  闫慧忠教授:是的,他们有一些共同的性能,也有一些不同的特性,用于不同的领域做不同的材料。

  杨占峰教授:现在,有很多在各行各业都作为添加料或者改性剂,包括我们日常生活中也都离不开稀土。比如说:磁性材料,在航空航天设备中导航器件的陀螺仪中都离不开钐钴永磁材料;钕铁硼永磁材料所制作的电机,像我们现在的汽车上的各种马达(座椅调整电机、雨刷器电机、玻璃升降电机)都需要钕铁硼永磁材料电机;生活中使用的手机里的震动马达,都是用稀土永磁材料制作的微小马达,如果用常用的永磁电机,那是不行的,体积太大了。


  主持人:17种元素,最具代表性的是哪一种元素呢?它的特性是什么?我们通常是怎样用这个特性的呢?

  闫慧忠教授:从用途和用量来说,稀土元素里60号的钕元素应该比较有代表性,因为它的电子自旋特性以及具有顺磁特性,可以用来做永磁材料,现在我们稀土行业用量最大、用途最广的就是稀土永磁材料。


  主持人:稀土元素在应用当中可不可以被其他材料所代替呢?

  闫慧忠教授:稀土材料有些是可以被代替的,但代替以后必然会牺牲它的性能。比如说稀土永磁材料,可以被传统的磁性材料代替,但因为磁性差距大,代替以后用磁性材料做的器件的体积会大幅增加。比如稀土储氢材料,如果用其他元素做成的储氢材料,它的活化性能会下降。


  主持人:我国稀土的储量如何?现在在全球的占比又是多少呢?

  杨占峰教授:按照《中国的稀土状况与政策》白皮书所公布的数据,我国是千万吨级的,我国的稀土储量,在全世界来讲还是比较多的。我国的稀土资源主要分布有白云鄂博稀土矿、山东的微山湖和四川的川西,南方的江西、福建、广东等六个省区是离子型的稀土。白云鄂博的储量是当年勘探铁矿的时候勘探出的数据,这几年始终没有变。大家关心的就是这些年开采了多少,实际上我们每年全国使用的稀土也就是十几万吨,使用量十几万吨和千万吨级相比,还是很小的一个数目。但是,在国外,随着稀土应用的越来越广泛,大家对它的关注度越来越高,各国都在加大对稀土资源的勘探力度,陆续也新发现了一些稀土矿。这样一来,国外的稀土矿资源在增加,我国的资源量基本还是原来那个数,相对我们的占比看上去这几年在下降。


  主持人:发掘稀土资源是不是也是一个比较困难的事情?

  杨占峰教授:白云鄂博是一个特大型的多金属共生矿床,研究起来不是一件简单的事情,其中涉及到矿床学、地质学、矿物学、成因学等好多学科领域,是一个系统工程。


  主持人:我国发现稀土和使用稀土的时间算早吗?

  杨占峰教授:属于晚的,晚很多,因为从稀土使用来看,上世纪80年代之前我们用量很少,但是国外已经开始用上了,到了上世纪90年代之后,特别是本世纪,我们才成了稀土的生产大国,应用大国,出口大国。


  主持人:稀土的开发利用一般分为哪几步?

  杨占峰教授:分三步,第一个是原料阶段,第二个是材料阶段,第三个就是应用器件阶段。原料阶段,主要是研究如何从矿床里提取出有用的稀土化合物,或者是金属。第二阶段就是把这些金属或者化合物做成一些功能材料,或者是添加有稀土的新材料。第三阶段就是把这些材料做成一些应用产品,比如做成电机,做成电池等等。


  支持人:如何获得单一的稀土元素?这个过程很难吗?

  杨占峰教授:过去的确实难,因为这17个稀土元素的物理性质和化学性质非常相近,在矿物里都是共生的连生体,分离他们,我们主要是利用他们的化学萃取性质不一样,化学上叫萃取工艺,通过串级萃取的办法,把这些元素分离、萃取开来。


  主持人:纵观稀土整个产业链,最有经济价值的是哪一环节?

  杨占峰教授:增值空间是越往下游越大,因为原料端就是一个矿物加工行业,这个现在从利用角度不是很大。但做成高端的材料,或者做成一些应用的最终产品,这个附加值非常高。比如说钕铁硼这是一种永磁材料,它用的主要是镨、钕、铽、镝这几个稀土元素,镨钕氧化物现在一吨是30多万元,做成金属是40万元左右,但是做成钕铁硼永磁材料,这种材料加入了大量的铁,镨、钕、铽、镝总共占30%左右,70%左右是廉价的铁,但是整个钕铁硼永磁材料的价格接近于镨钕的价格。如果做成我们手机里的器件、汽车里的器件,这种稀土永磁材料不是按吨或者公斤卖,而是按个卖,这个价值升值十倍、几十倍甚至上百倍。


  主持人:我们国家稀土产业链目前都聚集在哪些地方呢?和国外对比我们的优势是什么?我们的问题是什么?

  闫慧忠教授:我国在稀土领域,应该是一个比较完整的全产业链。产业链前端,原材料产业技术方面属于先进水平,因为我国有资源优势,在资源开发利用方面做了很多工作。但是在后端的应用和深加工方面发达国家比较领先,他们在这方面的工作起步早,但是我们也及时地跟进并开展这些研究工作,其中有些技术我们也达到了国际先进水平,比如说永磁材料,还有储氢材料。


  主持人:稀土的利用上,最大的难点是什么?
  闫慧忠教授:一些传统的技术需要升级,最主要的就是一些原创性的技术。在世界稀土开发应用的格局中,技术是代表这个国家真正领域的发展水平的。

  杨占峰教授:对稀土17个元素深度的化学性质、物理性质的认识上,包括与其它元素怎么结合协同起作用,这方面的基础研究我们还要下大功夫。性质上清楚了,充分发挥它的作用,拓宽它的使用领域,这是最关键的。稀土17个元素,每年的消耗量仅仅是十几万吨,我们有很多领域还没有开发出来,没有认识到它的作用。


  主持人:目前在稀土的拓宽应用领域方面我们有没有做一些突破呢?
  闫慧忠教授:现在有40多个行业都在使用稀土,但是我们现在最重要的任务是把稀土的整个机理工作做好,就是理论基础研究,对它的原子结构、原子性能、原子与其他原子结合等微观角度来做一些研究。另外就是关于性能方面,就是应用基础研究,稀土和其他领域的结合会产生什么新的效果,这些都属于基础研究工作。
  杨占峰教授:很多材料觉得添加稀土,性能也改变了,但是什么原理呢?是什么微观作用?这个我们还要加大研究。不能加上去好使,什么作用不清楚。一定要科学的去使用稀土。

  闫慧忠教授:稀土,大家都叫它“工业维生素”,就是这个“维生素”的用量是比较少的,但是它又是不能缺少的。


  主持人:随着稀土产业的发展,未来是不是面临着非常巨大的市场机会呢?

  杨占峰教授:现在国家非常重视稀土研究,把稀土作为战略资源,也突出稀土科研的重要性,现在对稀土科研的投入同稀土资源的高质化利用的这个力度是非常大的,对稀土应用价格、市场会有一个很大的提升空间。


  主持人:在未来的产业规划上,会聚焦在哪些方面呢?
  闫慧忠教授:一是目标应该聚焦在原始创新、技术突破、技术升级这个方面;二是规划要合理,现在建立了很多平台,这些平台应该充分发挥他们在资源集聚、科技创新和成果转化方面的作用,三是新技术的出现突破,肯定会开辟新的市场。

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