镧在地壳中的含量为0.00183%,在稀土元素中含量仅次于铈。镧有两种天然同位素:镧-139和放射性镧-138。镧存在于独居石沙和氟碳铈镧矿中。
高纯金属镧简介
高纯金属镧的性质
镧是镧系元素的首位元素。它是一种银白色的金属,质软易切割。在常温常压下稳定存在。具有一定的延展性、可塑性和导电性,并且能够很好地耐腐蚀。金属镧的化学性质活泼,易溶于稀酸。在空气中易氧化,新鲜的表面遇空气迅速变暗。加热能燃烧,生成氧化物和氮化物。在氢气中加热生成氢化物,在冷水中缓慢腐蚀,在热水中反应强烈并放出氢气。镧可直接与碳、氮、硼、硒、硅、磷、硫、卤素等反应。镧的化合物呈反磁性,高纯氧化镧可用于制造精密透镜,镧镍合金可做储氢材料,六硼化镧广泛用作大功率电子发射阴极。
高纯金属镧的制备方法
镧的制备一般由水合氯化镧经脱水后,用金属钙还原,或由无水氯化镧经熔融后电解而制得。
高纯金属镧的用途
镧的应用非常广泛,如应用于压电材料、电热材料、热电材料、磁阻材料、发光材料、贮氢材料、光学玻璃、激光材料、各种合金材料等。镧也应用到制备许多有机化工产品的催化剂中,光转换农用薄膜也用到镧。
1.钢铁改质剂
金属镧或混合稀土金属加入钢中可脱硫和氧,细化晶粒,形成微合金改变夹杂物的形态及分布,降低氢扩散系数,提高抗氢脆和应力腐蚀性能;加入铁中可净化铁水,改变石墨形态,防止杂质元素破坏球化作用。由于钢铁在各个领域应用广泛,金属镧在钢、铸铁等高性能产品发展过程中均扮演着重要的角色。
2.还原剂
金属镧、铈性质相近,镧屑与氧化钐等混合后压块,在高温下发生还原反应,利用蒸气压差可真空蒸馏分离提纯得到金属钐等高蒸气压金属;该工艺的设备为真空感应炉或真空电阻炉,还原和蒸馏过程同时进行,工艺简单,污染少。
3.金属方棒内衬
纯稀土金属因其化学性质活泼,极易同氧、硫、氮作用生成稳定的化合物,当受到剧烈摩擦与冲击发生火花时,可引燃易燃物。因此,早在1908年它就被制成打火石。现已查明,17种稀土元素中有铈、镧、钕、镨、钐和钇六种元素具有特别良好的纵火性能。而镧的价格最低。人们将稀土金属的纵火性制成了各式燃烧武器,例如美国“马克—82型”227kg航弹采用稀土金属内衬,除了产生爆炸杀伤效应处,还产生纵火效应。美国空对地“阻尼人”火箭战斗部内装108个稀土金属方棒作内衬,取代部分预制破片,静爆破试验证明,其点燃航空油料的能力比无内衬的高44%。
4.金属镧丝箔
金属镧丝可吸收电子管电极因受轰击和热扩散作用所释放的氧、氮、一氧化碳、二氧化碳和水蒸气等有害气体,从而保持电子管的高真空度。各种稀土金属与合金箔片的中子吸收面积大,可有效捕捉到中子。金属镧的丝材和箔片广泛应用于电子、照明、核工业等领域。
5.发火合金
我国早期已用混合稀土金属(RE,含La25%)与Fe等制成多种发火合金,且可分为军用和民用两种。军用发火合金是采用RE60-80%(含La25%),Fe20-40%和少量的Al,Ca,Si和C等制成的,其主要用于制造子弹、炮弹和炸弹的引芯,点火装置等。民用发火合金是由RE75-80%(含La25%),Fe15-18%和少量Mg、Zn、Cu、Al等制成,其发火≥85%,主要用于打火机引火的火石及各种玩具的发火火石等。此外,发火合金还用于工业汽灯,焊枪点火器及火炬点火器等。
6.金属镧靶
金属镧靶主要用于镀膜、抛光等领域。热电子阴极采用钍钨材料存在放射性问题,而镧钼阴极不存在此问题,其发射性能很大程度上取决于材料表面活性物质层。郝世明等以钼为基体、镧为靶材,用脉冲激光技术制备分布均匀的镧氧薄膜,得到了性能优良的镧钼阴极。CVD金刚石膜具有良好的导热性和透光性,应用非常广泛,但薄膜表面晶粒和粗糙度大,使用性能较低。利用金刚石表面碳元素和稀土金属反应扩散实现表面抛光,可加快抛光速度,提高金刚石膜的精密度。高纯度镧靶的杂质和空位少,溅射膜层的组织更均匀,性能更稳定。

