稀土

稀土(Rare Earth)又称“工业维生素”^[2]，是化学元素周期表中镧lán系元素—镧（La）、铈shì（Ce）、镨pǔ(Pr)、钕nǚ(Nd)、钷pǒ (Pm)、钐(Sm)、铕yǒu(Eu)、钆gá(Gd)、铽tè(Tb)、镝(Dy)、钬huǒ(Ho)、铒(Er)、铥diū(Tm)、镱yì(Yb)、镥lǔ(Lu)，以及与镧系的15个元素密切相关的两个元素—钪kàng（Sc）和钇yǐ（Y）共17种元素。它外表多是银灰色，具有金属光泽，硬度低，化学性质活泼，具有独特的光学和磁学特征^[4][5]。它最初是从瑞典产的比较稀少的矿物中发现的，“土”是按当时的习惯，称不溶于水的物质，故称为稀土^[1]。

按照稀土元素原子量和物理化学性质，分为轻、中、重稀土元素：前五种为轻稀土，其余为中重稀土^[1][6]。按照稀土矿可以分为碱性岩型稀土、酸性岩型稀土、深海富稀土软泥、离子型稀土矿、古陆相沉积型稀土矿^{[7][8][9][10][11]}。

稀土因其独特的物理化学性质，广泛应用于能源、信息、农业、节能环保、国防、电子信息等领域^[6][12]。如农业方面，可以促进种子萌发和生根发芽，还能促进叶绿素的增加，提高产量和改善品质^[13]；在国防上是激光技术的基础^[14]；在节能环保上，作为催化剂应用于工业废气和居住环境的净化^[5]；在电子信息方面，稀土永磁材料促进了永磁器件小型化发展，促进计算机、通讯产业发展^[15]。

稀土矿不科学的开采和提取会造成环境污染，如大气污染、水资源污染、土壤环境损伤和地质损害^[16]。此外，如果人体长期吸入稀土元素，会引起头痛和恶心、诱发脑毒性效应、中枢神经传导受阻等负面影响^[17][18]。

稀土的十七个元素外表很类似，主要区别在于内层的4f电子数目的不同，它们的化学性质取决于外表，故化学性质也很类似，常常伴生在同一种矿物当中，很难用化学方法把它们区分开。为了辨认这17种稀土元素，从1787年至1947年，花了160年才把它们全部分辨出来^[19]。

1787年，瑞典人阿伦尼乌斯在离斯徳dé哥尔摩不远的小镇乙忒比的一个采石场发现了一种黑色矿物。1794年芬兰化学家加多林从中分离出一种新的氧化物，1797年瑞典化学家埃克伯格证实其结果，为纪念加多林，将此矿命名为Gadolinite(硅铍钇矿)，将此氧化物命名为“钇土”，随后研究发现“钇土”并不是纯的元素，而是混合稀土，从中又陆续发现了一些系列的钇族元素^[19]。

1751年，瑞典化学家和矿物学家克罗斯特发现了一种重矿石，1803年，德国研究人员克拉普罗斯及其合作者黑辛格从中分类出一种氧化物，将其命名为Ceria(铈土)，此矿命名为Cerite(硅铈石)。随后研究发现，“铈土”不是纯的元素，而是混合稀土，从中又陆续发现了一系列的铈族元素^[19]。

从1794年发现钇土至1907年发现镥的100多年中，使用的是落后方法进行稀土分离，以相对原子质量化学分析方法以及简陋设备等分析手段，在不知道稀土元素数量和“一个元素有一个光谱谱带”错误指导下，导致稀土元素名称有上百个多。直到1913年，莫塞列提出元素的X射线谱中La系列谱线的频率v的二次方根与原子序Z之间存在的直线关系，明确了镧(La)和铪(Hf)之间只有14个镧元素存在^[19]。

出了钇和钪外，直到1907年，只发现了铈（Ce）、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)13个镧元素，还缺少一个元素尚未发现，当时就观察到钕(Nd)和钐(Sm)性质差别较大，其间可能还有一个原子序数为61号元素存在。直到1947年，马林斯基、格伦登宁和科耶尔发从铀yóu的裂变产物中发现一个原子序数为61的人工放射性元素，命名为钷 (Pm)，从而结束了稀土命名之争^[19]。

稀土是典型的金属元素，它的金属元素活泼性仅次于碱金属和碱土金属元素，而比其他金属元素活泼。在17个稀土元素中，按金属的活泼次序排列，由钪，钇、镧递增，由镧到镥递减，即镧元素最活泼^[1]。

稀土元素可以和氮、氢、碳、磷发生反应，易溶于盐酸、硫酸和硝酸中。它也易和氧、硫、铅等元素化合生成熔点高的化合物。稀土离子与与羟基、偶氮基或磺酸基等形成结合物^[1]。

稀土元素的金属原子半径比铁的原子半径大，很容易填补在其晶粒及缺陷中，并生成能阻碍晶粒及缺陷中，并生成能阻碍晶粒继续生长的膜，从而使晶粒细化。稀土元素具有未充满的4f电子层结构，并由此而产生多种多样的电子能级^[1]。

有些稀土元素具有中子俘获面积大的特性，如钐、铕、钆、镝和铒，可用作原子能反应堆的控制材料和减速剂。而铈、钇的中子俘获截面积小，则可作为反应堆燃料的稀释剂^[1]。

稀土具有类似微量元素的性质，可以促进农业物的种子萌发，促进根系生长，促进植物的光合作用^[1]。

稀土元素根据原子层结构和物理化学性质，以及它们在矿物中共生情况和不同离子半径可产生不同性质的特征，十七种稀土元素分为轻稀土和重稀土两大类，主要以稀土氧化物的形式存在^[1][7]。

轻稀土(又称铈组)包括：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆^[1]；

重稀土(又称钇组)包括：铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇^[1]。

轻稀土和重稀土又称铈组和钇组主要是因为它们分类得到的稀土混合物中，铈和钇所占比重最大^[1][20]。

该类型主要是米易路枯小型铌ní钽tǎn伴生轻稀土矿，形成于印支期, 含矿岩脉主要为碱性正长岩、碱性正长伟晶岩等, 矿石中主要矿物为烧绿石、锆英石。主要脉石矿物为微斜长石、条纹长石等^[10]。在辽宁宽甸赛马地区碱性岩型稀土矿是碱性杂岩体，碱性杂岩体中含有较多的稀土元素，主要元素为Ce，还含有少量Y^[21]。

在各类稀土元素矿床中，碳酸岩型占据了一半以上，提供了全球51.4%以上的稀土元素资源，中国的碳酸岩型稀土主要在内蒙、四川、山东等地。全球仅有4%的碳酸岩能够形成稀土元素矿床^[8]。研究表明，富含稀土元素以及H2O、CO2等挥发分的碳酸质岩浆通过持续分异演化以及后续的富稀土流体出溶，导致碳酸岩型稀土矿形成。该过程中，稀土元素在岩浆热液流体中高效迁移、沉淀对对成矿至关重要^[22]。

2012年，日本确认在南岛礁周边水深5000~6000的海底，存在稀土含量达到数千ppm以上的海底沉积物，被认为有望成为新型资源的含稀土沉积物。要从海底提取稀土，需要进行采泥、扬泥，并选择最佳沉淀剂选择性回收稀土^[9]。

重稀土是国防等尖端领域所必需的，被誉为“超级工业维生素”，而离子性稀土矿便是“超级工业维生素”的主要来源，离子性重稀土矿主要分布在中国江西、广东等南方省份，其中江西赣州更有“稀土王国”的美誉^[7]。

离子型稀土矿学名风化壳淋积型稀土矿，是由含稀土的花岗岩或火山岩经过多年风化行成的黏土矿物，外观为松散的沙黏土，颜色有白色、灰色、红色、黄色等^[7]。其特征为：矿(化)体赋存于由原岩稀土含量较高的侵人岩或火山岩风化形成的风化壳中, 以有厚大的风化壳为特征, 厚大风化壳一般分布于低矮的山丘或平缓的山麓, 矿(化)形态受地形地貌控制, 一般呈层状、似层状面形展布^[10]。

古陆相沉积型稀土存在川滇黔地区，其含有高价值、关键稀土元素高于碳酸岩型、碱性岩型稀土，与离子型稀土及深海稀土软泥相比，在品位、规模、集中程度、环境影响等方面具有优势，开发前景广阔^[11]。

世界上已知的稀土矿物及含有稀土元素的矿物有250种，稀土元素含量较高的矿物有60种，具有工业价值的矿物不到10种，其中独居石、氟碳铈矿和含重稀土的磷钇矿石最重要的稀土矿物资源。氟fú碳铈矿中轻稀土含量高，放射性元素含量低，使得氟碳铈矿冶炼工艺成为稀土制备最重要方法之一^[23]。

氟碳铈矿冶炼处理工艺已有十余种，包括湿法工艺(酸法、碱法、酸碱联合法)、火法工艺（矿热炉法、直接电解法等），进过初次加工的稀土需要进一步提纯，一般可以采用化学沉降、结晶分离、溶剂萃取等多种方法。因为溶剂萃取法具有处理容量大、传质速率快、分离选择性好等优点，已成为稀土分离的主要方法^[23]。

溶剂萃取是将物质从水溶液中抽提到不与水混合的有机溶液中的过程。稀土矿初次浸取后，多种杂质与稀土金属元素以无机盐的状态存在与酸性溶液中，引入与原液相不相容的新液相，所需物质摄于新液相中，将新液相分离出来。之后，采用洗涤剂减少有机相中的杂质，再用反萃取单元回收萃取用的有机溶剂返回萃取段重新利用，萃取分离得到纯净的稀土^[23]。

在冶金过程中用稀土金属或合金脱氧、脱硫，能起到净化和调质作用。由于稀土金属的高活泼性，能脱去金属液中的氧、硫等，能净化金属液，控制硫化物及其他化合物形态，起到调质、细化晶粒和强化基体等作用。因此，可利用混合稀土金属、稀土硅化物及稀土有色金属中间化合物等来炼制优质钢、有色金属及合金材料等。稀土加入各种铝合金或镁合金中，用来制造轮船引擎上的叶轮、飞机及汽车发动机和导弹上的部件；在铝锆合金加入适当的稀土可以提高电缆的抗拉强度和耐磨性，从而不降低其导电性^[24][25][26]。

稀土材料是激光技术的基础，而激光广泛应用于军事等领域，激光和稀土激光材料同时诞生，大约90%的激光材料都涉及到稀土、稀土的固态、液态和气态都实现了受激发射^[14]。此外，利用稀土三基色荧光材料可制作荧光灯，应用稀土荧光材料实现彩电的大屏幕化和高清晰度^[27]。

稀土化合物在减磨、抗摩、抗冲击和防止腐蚀方面有优异的性能，在润滑成膜膏和干馍润滑剂研制中应用稀土化合物。如一种含稀土的白色润滑成膜膏成功应用于数控机床卡盘润滑，其静动摩擦系数差值为0.01。此外，稀土在干膜润滑剂中也已得到采用，此类干膜已应用于塔式起重机销轴、复印机电磁铁活门润滑等领域^[7][28]。

稀土元素具有独特的光学和磁学特性，这些性质使稀土在催化剂得到广泛应用。世界控制汽车尾气排放的技术有电子控制燃油喷射系统加三效催化剂，而三效催化剂中的稀土催化剂以价格低、热稳定性好、活性较高、使用寿命长得到广泛的应用。此外，稀土催化技术己应用在治理工业废气和人居环境净化，如有机废气治理、烟气脱硫脱氮、光催化空气净化和焦化污水催化净化等方面^[5]。

稀土元素已应用于农业生产，中国是世界上第一个把稀土元素作为一种商业性产品应用于农业生产国家。稀土能促进种子萌发和生根发芽，利用稀土拌种、浸种可增加种子活力，促进作物种子萌发，提高种子的出苗率，已应用于小麦、水稻、玉米、大豆、油菜等大田作物上。此外稀土对植物根系和扦qiān插生根具有显著的促进作用，其能促进根分化和代谢活动，提高根对营养元素的吸收能力^[13]。

稀土元素还能促进叶绿素的增加、提高产量和改善品质，并且一些新技术如稀土转光膜、稀土抗旱保水剂、稀土磷肥、稀土植物生长调节剂等新技术具有保水、保肥等功效，使用方法简便、成本低廉，对农业发展起到重要的作用^[13]。

永磁材料是电子技术通讯的重要材料，随着计算机、通讯产业的发展，永磁器件不断向小型化发展，而稀土永磁材料促进了永磁器件的小型化发展。稀土永磁材料是将钐、钕混合稀土金属与过渡金属（如钴、铁等）组成的合金，永粉末冶金方法压型烧结，经磁场充磁后制得的一种磁性材料。目前稀土永磁广泛应用到汽车、家用电器、电子仪表、核磁共振成像仪、音响设备、微特电机、移动电话等方面^[15]。

世界上炼油裂化装置大多数都使用了含有稀土的催化剂解剂，用稀土制成的分子筛催化剂，具有活性高、选择性好、抗重金属中毒能力强的特点^[7]。比如镧用在石化产业石油催化裂化的分子筛催化剂中^[29]。

稀土元素镧及其化合物常与药物联合使用，以达到加强治疗效果的目的。如氯化镧具有较强的抑菌剂，能抑制口腔中的牙周炎致病菌，从而改善牙周炎的症状。此外，镧的另一种化合物碳酸镧具有较好的降磷效果，并且胃肠道钙吸收能力低，故在临床上常被用来治疗慢性肾病所引起的高磷血钙症及肿瘤导致钙质沉着症的有效替代治疗^[30]。

以镧、铈、镨为主的稀土混合物可作为饲料添加剂，以增加牲畜、水生生物的产量及质量。如稀土化合物饲料可增强仔猪的物质代谢，提高其对饲料的利用率，从而有赠加仔猪日重量的目的^[30]。

世界稀土资源主要分布在北美洲、拉丁美洲、欧洲、亚洲、非洲及大洋洲这6大洲，而加拿大、美国、巴西、格陵兰、俄罗斯、印度尼西亚、越南、朝鲜、蒙古、中国、肯尼亚及澳大利亚等国是已发现的大、中型稀土矿床分布地^[31]。

北美洲稀土矿床主要分布在加拿大和美国。加拿大主要有3个稀土矿床，分别是耶罗奈夫城雷神湖(ThorLake)蚀变正长岩型铌钽锆铍稀土金属矿床、魁北克省拉布拉多地区怪湖蚀变花岗岩型锆稀土钇铌矿床和萨斯喀彻温省霍益达斯湖(HoidasLake)稀土矿床，三个矿床的矿石储量分别为1亿吨、3000万吨和115万吨。美国主要有2个稀土矿床，加利福尼亚州圣纳迪诺区芒延帕斯(MountainPass)碳酸岩型稀土矿床的稀土矿石储量约为2.5X107万吨，怀俄明州贝诺杰(BearLodge)稀土矿床推断资源量为980万吨^[31]。

拉丁美洲稀土矿集中区主要在巴西，巴西米纳斯吉拉斯州阿拉萨(Araxa)铌稀土碳酸岩型矿床有稀土质量分数为10%~11%的矿石储备大致54.6Mt^[31]。

欧洲稀土矿集中区主要在格兰陵和俄罗斯，格兰陵主要有4个稀土矿床，分别为矿石储量1250Mt的加达尔省依加里科莫茨费尔特正长岩型铌钽稀土矿床、推断资源量1400Mt的萨法托克(Sarfartoq)碳酸岩型稀土矿、总资源量619Mt的可凡湾(Kvanefjeld)稀土矿和探明资源量1000Mt的克林雷恩(Kringlerne)稀土矿。俄罗斯主要有稀土储量约为1.5亿t的西伯利亚雅库特托姆托尔(Tomtor)碳酸岩风化壳型铌稀土矿床和西伯利亚赤塔州卡图金(Katuginskoye)碱性交代岩型钽铌锆稀土矿床^[31]。

亚洲稀土矿集中区主要有中国、印度尼西亚、越南、朝鲜、蒙古和阿富汗。印度尼西亚的稀土矿集中区是亚板卡砂锡矿，地质储量有1539.3t；越南的莱州省有封土南塞(NamXe)稀土矿和东堡稀土矿，两个稀土矿总储量都有七百多万吨；朝鲜有含量大约545万吨的平壤炯居（Jongju）稀土矿床，蒙古有科布多哈尔赞-布雷格提（Khaldzan-Buregtey）过碱性花岗岩型锆铌稀土矿床和木苏盖-胡达格碳酸岩-粗面岩型稀土矿床^[31]。2024年，中国稀土勘探在四川凉山取得突破，预期新增稀土资源量496万吨。^[32]

非洲稀土矿集中区位于肯尼亚沿海平原姆里马碳酸岩型铌稀土矿床，而大洋洲稀土集中区主要在澳大利亚，在澳大利亚州有两大稀土矿床，分别为含有稀土金属92万t的沃顿镇韦尔德山（MountWeld）稀土矿床、资源量高达4500t的奥林匹克坝矿床，还有一处位于北领地州艾丽思斯普瑞斯诺兰（Nolans）稀土矿床^[31]。

稀土元素可经不同途径进入动物机体，通过血液疏导会在各脏器组织中滞留或蓄积。不同脏器对稀土元素吸收存在差异，对稀土具有选择性吸收的脏器组织可蓄积、富集稀土元素。稀土元素在动物体、人体中一般在肝、脾 、骨等网状内皮系统组织积聚较多 ，轻稀土主要积聚在肝脏 ；重稀土则主要沉积于骨骼，稀土元素在机体内滞留或蓄积是诱发其毒性效应的基础，产生的生物效应是多个方面的^[17]。

稀土元素对生物体低剂量表现促进作用而高剂量产生抑制作用，长期摄入低剂量可在脑部蓄积，诱发脑毒性效应，也会导致儿童智商普遍低下、成人中枢神经传导受阻及对人体免疫系统产生负面影响，此外，还会诱发骨质疏松症^[17]。长期经过呼吸吸入稀土，易形成稀土尘肺，无主要症状；在碳极弧光灯生产的工人，接触含有镧的烟雾和粉尘，易引起频繁头痛、恶心等症状；经过消化道吸收的稀土化合物，若为难溶性物质，基本无毒害；经过皮肤吸收的稀土化合物，若为可溶性盐类，高浓度对人体皮肤及黏膜有刺激作用^[18]。

镧、铈、钕和镱4种稀土元素能诱发原生动物一上海四膜虫产生微核，而且对它的生殖过程也有一定的影响。硝酸镧会使老鼠擦伤伤痕愈合缓慢，形成脓肿；钪会影响老鼠的生长；钇对动物有致癌性^[18]。

在一定浓度下，稀土对植物生长有抑制作用，并具有细胞毒性。植物表现为根尖发黑甚至变硬，显微镜下见纤维组织增多，细胞变小，萎缩或变形，大量葡萄糖介质可使稀土毒性缓解^[18]。

稀土的开采对环境产生的影响包括大气污染、水资源污染、土壤环境损伤和地质损害^[16]。

在稀土矿开采中，矿石破碎会产生大量的粉尘，随风向扩散，导致矿区附近空气能见度低，空气污染范围增大；在稀土矿的提取过程中，利用沉淀剂得到草酸稀土或碳酸稀土，需要进行灼烧以得到氧化稀土，在矿区就地灼烧以减低成本，燃烧产生大量的SO2、CO、CO2等气体，导致温室效应、酸雨等大气污染^[16]。

稀土矿开采主要以原地浸矿工艺为主，经过浸出、沉淀等工艺仍会产生大量含有草酸根、硫酸根等离子的废水，酸性极强，直接排放会严重污染水体。而且，堆积的尾砂通过淋滤作用进入水体，造成水中的重金属离子以及稀土元素的含量过高。此外，开采中残留的浸矿剂经过雨水冲刷和渗透作用，会导致大量的重金属离子进入地下水造成严重污染^[16]。

稀土矿开采前期，主要采用的是池浸或堆浸工艺，对植被破坏严重，造成表土分离，水土流失严重，使得土壤养分和有机肥减少，生产力降低。此外，稀土开采产生的废渣、废液等污染物通过水体流入土壤，会增加土壤的重金属含量，改变土壤养分，严重时会使得土壤盐碱化^[16]。

稀土开采中会大面积破坏植被，造成矿区生态环境的改变，而原地池浸工艺需挖取较多数量的注液井，易造成矿体内部结构不稳、极易发生泥石流、滑坡、矿体崩塌等灾害^[16]。

2007年，中国开始对稀土生产实行指令性规范，并开始减少稀土出口。2010年，商务部下达的稀土出口配额比2009年减少40%。面对中国对稀土管理举措，日本联合美、英、徳、法等国对外宣传，中国的稀土出口规则“存在问题”，违背国际贸易准则，并计划向世界贸易组织提起诉讼^[33]。

2024年5月30日，国家安全部发表文章指出，一些境外间谍情报机关、背景复杂的机构和组织等长期觊觎中国稀土产业发展成果，为压缩中国稀土产业发展空间无所不用其极，频繁开展情报窃密、技术攫取和矿产窃取等活动，对中国资源安全造成损害。中国国家安全机关会深入贯彻落实总体国家安全观，积极联合有关部门，依法打击资源安全领域危害国家安全的违法犯罪活动，全力促进稀土产业高质量、可持续发展，以新安全格局保障新发展格局，为以中国式现代化全面推进强国建设、民族复兴伟业提供坚强安全保障。^[34]

2024年6月，澳大利亚财长查默斯(Jim Chalmers)下令要求域潇基金(Yuxiao Fund)和4家关联公司，减持他们在Northern Minerals的股份。这一决定是根据澳洲外资投资审核局(FIRB)的建议作出的，旨在保护国家利益，确保遵守外国投资框架。根据出售令，域潇基金有60天的时间出售其在9月购买的8000万股股票。其他被勒令在60天内出售股份的外国股东包括Ximei Liu、Xi Wang和Black Stone Resources。^[35]