镧及其发展应用

    在稀土元素家族中，镧无疑是个非常重要的成员。论地位和名气，他居于稀土家族主体“镧系元素”之首，作为15个元素的代表占据了化学元素周期表主表中的一个空格，并以他的名字来命名这个元素族系。论地壳中丰度为32ppm，占稀土总丰度（238pm）的13．4％，仅次于铈和敏，居第三位。从发现年代看，他也仅排在钇和铈之后，是第三个被发现的稀土元素
    活跃的化学活性和丰富的储量，使镧广泛应用于冶金、石油、玻璃、陶瓷、农业、纺织和皮革等传统工业领域。尽管生产镧并不困难，但为了降低成本，在充分发挥镧及稀土共性的前提下，经常以混合轻稀土或富镧稀土的产品形式使用。
    稀土作为金属材料的净化和变质剂，通常以混合稀土金属或中间合金的形态来使用。而镧作为最活泼的一员，在去除氧、硫、磷等非金属杂质和铅、锡等低熔点金属杂质，以及细化晶粒等方面自然会发挥首当其冲的作用。以银一氧化铜复合镀层取代纯银作为电接触材料，可节约用银70％～90％，有很大经济效益。
    20世紀80年代，石油裂化催化剂曾经是稀土最大应用领域，因为稀土用作Y型沸石催化剂，以镧的催化活性最强。在美国一直采用富镧稀土作为石油裂化催化剂，曾占美国稀土总消费量的40％以上。为了从原油中获得更多的汽油、柴油等轻质油，必须在石油精炼加工中对重质油采用催化裂化处理，就必需使用石油裂化催化剂，稀土分子筛裂化催化剂比不含稀土的傕化剂催化活性和热稳定性均有明显提高，可使轻质油收率提高4％，使催化剂寿命延长2倍，炼油成本降低20％，并使裂化装置生产能力提高30％~50％。但由于稀土的加入也造成轻质油辛烷值降低，而不得不加入四乙基铅作抗爆剂，进而导致铅污染。基于人类对环保要求越来越高，1985年后超稳Y型分子筛逐步取代稀土分子筛，使稀土用量大幅下降。但由于催化活性和选择性下降，造成汽油产量下降。为此，许多企业又采用含稀土0．5％~2％的部分超稳Y型分子筛，可兼顾催化活性、选择性和辛烷值均比较理想，使富镧稀土应用又有所回升。在我国，石油化工仍是镧铈轻稀土主要消费领域。
    光学玻璃中应用镧既是经典用途，也是目前主要应用领域之一。镧系光学玻璃（含La₂0₃50％～70％），具有高折射率（nD＝2．50）和低色散（平均色散为3500）的优良光学特性，可简化光学仪器镜头、消除球差、色差和像质畸变，扩大视场角，提高鉴辦率和成像质量，已广泛用于航空摄像机、高档相机、高档望远镜、高倍显微镜、变焦镜头、广角镜头和潜望镜头等方面，已成为光学精密仪器和设备不可缺少的镜头材料。世界年需要量约为4000吨，并有上升趋势。
    1970年发现的LaNi₅合金是一种优良的贮氢材料，每公斤可贮存氢约160升，可使高压贮氢钢瓶体积缩小到1/4。利用其可以“呼吸”氢气的特性，可以把纯度为99．999％的氢气提纯到99．99999％，也可用作有机合成的加氢或脱氢反应的催化剂。利用其吸氢放热、呼氢吸热的本领可以把热量从低温向高温传送，用来制作“热泵”或“磁冰箱”。
    目前这种贮氢材料的最大用途是用于稀土镍氢电池的负极材料。稀土镍氢电池与镍镉电池在构造、性能和规格上具有极大的相似性和取代性，但又不含镉、汞等毒性大的元素，电池容量高，一致性好，使用温度范围广，寿命长（可反复充放电500次以上），属于环保型绿色电池。为了降低成本，这种贮氢合金多用富镧混合金属（La＞=40％）为原料。稀土镍氢电池目前已广泛用于手提电脑、便携式办公设备和电动工具方面。最有发展前景的是用于汽车、摩托车的动力电池。
    镧在功能陶瓷材料中具有特别好的应用前景，如在钛酸钡（BaTi0₃）电容器陶瓷中加入氧化镧，可明显提高电容器的稳定性和使用寿命。溴氧化镧（LaBrO）对x射线有很强的吸收特性并能非常有效地将X射线转化为可见光，用他制作医用X荧光增感屏，比传统用的钨酸钙（CaWO₄）增感屏大大提高了成像清晰度，并减少X射线辐照剂量，尤其适用于脑部敏感部位和儿童、孕妇的透视检査。富镧稀土无机和有机盐应该是农用和饲料添加剂用稀土的理想材料。用于医药也有广阔前景。