铽属于重稀土,在地壳中的丰度很低,仅为1.1ppm,氧化铽在总稀土中占有量不到0.01%。就是在含铽最高的高钇离子型重稀土矿中,铽的含量也仅占总稀土的1.1~1.2%,铽主要和钇以及其他的一些稀土元素共生在一起,如独居石,其中铽的含量一般为0.03%。少量存在于磷铈钍砂和硅铍钇矿中。作为重稀土家族的一员,中国国内的金属铽集中分布在南方的离子型稀土矿床和四川冕宁的一些原生矿床中。
高纯金属铽简介
高纯金属铽的性质
铽为银灰色金属,有延展性,质较软,可用刀切开。高温下易被空气所腐蚀;室温下腐蚀极慢。溶于酸,盐类无色。
高纯金属铽的制备方法
将稀土氧化物在加热条件下氟化,氟化产物与金属钙发生热还原反应生成金属铽,金属铽产品经破碎、二次精炼、真空蒸馏提纯而制备出最终产物—高纯金属铽。
氟化反应:
Tb2O3 + NH4HF2 → 2TbF3 + 6NH4F↑+ 3H2O
还原反应:
2Tb2F7 + 7Ca = 4Tb + 7CaF2
高纯金属铽的用途
(1)以混合稀土的形式被利用。比如用作农用稀土复合肥、饲料添加剂。稀土铽在一定浓度范围内能改善作物的品质,提高光合作用的速率。铽的配合物具较高的生物活性,铽的三元配合物Tb(Ala)3BenIm(ClO4)3·3H2O对金黄色葡萄球菌、枯草芽孢菌和大肠杆菌均有较好的抑菌杀菌效果,其具有抑菌广谱性,该类配合物的研究为现代杀菌药物提供了一种新的研究方向。
(2)用于发光领域,三基色荧光粉中的绿粉的激活剂。现代光电子材料,都要用红、绿、蓝三种基本颜色的荧光粉,即三基色荧光粉,用这三基色可以合成各种颜色。而铽正是许多优质绿色荧光粉不可缺少的组份。Tb3+离子可以发出波长为545nm的绿光,几乎所有的稀土绿色荧光粉都用铽做激活剂。
在新型半导体照明中,铽还用作蓝光激发白光 LED 的发光材料的启动剂。金属铽也用于多晶荧光粉领域,以二极管为光源,将荧光粉产生的荧光与二极管产生的光混合,产生纯白光,作为照明使用。
用铽制造的电致发光材料,主要有以铽为激发剂的硫化锌绿色荧光粉。在紫外线照射下,铽的有机配合物能发射出强烈的绿色荧光,可用作薄膜电致发光材料。稀土有机配合物电致发光薄膜研究虽然已经取得重大进展,但距离实用 化还有一定差距,对稀土有机配合物电致发光薄膜和器件研究还在深入进行。
铽的荧光特性还被用作荧光探针。如氧氟沙星-铽(Tb3+)荧光探针,利用荧光光谱、吸收光谱研究氧氟沙星-铽(Tb3+)络合物与脱氧核糖核酸 (DNA)的相互作用,表明氧氟沙星-Tb3+探针与DNA分子之间可形成沟槽式结合,而脱氧核糖核酸能显著增强氧氟沙星-Tb3+体系的荧光,基于这种变化,可以测定脱氧核糖核酸。
(3)用作磁光贮存材料。铽系磁光材料已达到大量生产的规模,其中使用性能最好的有铽铁钴(TbFeCo)合金薄膜,制成的磁光光盘,用作计算机存储元件,存储能力提高10~15倍,具有容量大及存取速度快等优点,用于高存储密度光盘,可擦涂数万次,是电子信息存储技术的重要材料。在可见光及近红外波段目前最常用的磁光材料是铽镓石榴石单晶 (Terbium Gallium Garnet,TGG),是用于制作法拉第旋光器与隔离器的最佳磁光材料。
(4)制造磁光玻璃。含铽的法拉第旋光玻璃,是激光技术中制造旋转器、隔离器和环形器的关键材料。
(5)制造铽镝铁磁致伸缩合金(TerFenol)。铽镝铁磁致伸缩合金(TerFenol)的开发研制,更是开辟了铽的新用途。Terfenol是70年代才发现的新型材料,该合金中有一半成份为铽和镝,有时加入钬,其余为铁,该合金由美国依阿华州阿姆斯实验室首先研制,当Terfenol置于一个磁场中时,其尺寸的变化比一般磁性材料变化大这种变化可以使一些精密机械运动得以实现。铽镝铁开始主要用于声纳,已广泛应用于多种领域,从燃料喷射系统、液体阀门控制、微定位到机械致动器、机构和飞机太空望远镜的调节、机翼调节器到个别种类的扬声器的制作等领域。铽铁是各项指标最理想的磁致伸缩材料,在航空航天,海洋勘探与开采,水下移动通信,高精度控制等现代高科技和传统工业领域中有着极其广阔的发展前景。

