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稀土技术高等培训教程 国家专业技术人才知识更国家专业技术人才知识更 新工程新工程 可循环可循环利用稀土材料及产利用稀土材料及产 业化技术业化技术 稀土技术高等培训教程 报告提纲 稀土磁性材料及其应用 稀土催化材料在能源领域应用现状及发展 趋势 稀土资源和产业可持续发展的思考 金属功能材料发展现状及趋势 中国稀土行业的现状及展望 稀土永磁材料研究及产业化进展 稀土技术高等培训教程 报告提纲 高品质稀土刚及相关冶金技术 固态制冷：磁制冷技术及磁热材料 稀土发光材料及其应用的现状与趋势 稀土冶炼分离及综合利用技术与产业发展 储氢材料的发展趋势及应用 稀土技术高等培训教程 金属功能材料发展现状 及趋势 稀土技术高等培训教程 产业现状：体系初步建立 规模不断壮大 关键技术的突破 创新能力弱 发展重点：永磁、储氢、催化、发光、液晶 抛光 稀土技术高等培训教程 稀土行业的现状及展望 稀土技术高等培训教程 我国稀土行业现状： zr依靠进口 la、ce资源丰富 分布：北轻南重 应推动la、ce、y的运用 分离th，减少污染，运用到核反应堆建设 中 稀土技术高等培训教程 稀土技术高等培训教程 12月2日主要稀土产品价格（中国稀土行业协会） 类别类别产产品名纯纯度参考价涨涨跌 镧系列氧化镧99%24000-26000元/吨平 氧化镧99.999%54000-57000元/吨平 氯化镧 treo45% la2o3/treo99% 22000-22500元/吨平 铈系列 碳酸铈45-50% ceo2/treo 100% 25000-27000元/吨平 氧化铈99%25000-26000元/吨平 氧化铈99.99%52000-55000元/吨平 金属铈99%54000-57000元/吨平 镨系列氧化镨99%589000-607000元/吨平 钕系列氧化钕99%343000-364000元/吨平 金属钕99%429000-456000元/吨平 钐系列氧化钐99.9%21000-22000元/吨平 金属钐99%120000-128000元/吨平 铕系列氧化铕99%4740-4893元/公斤平 钆系列氧化钆99%180000-190000元/吨平 氧化钆99.99%251000-267000元/吨平 钆铁99% gd75%200000-210000元/吨平 铽系列氧化铽99.9%3919-4040元/公斤平 金属铽99%5031-5352元/公斤平 镝系列氧化镝99%1925-2048元/公斤平 金属镝99%2690-2862元/公斤平 镝铁99% dy80%1953-2078元/公斤平 钬系列氧化钬99.5%420000-447000元/吨平 钬铁99% ho80%438000-466000元/吨平 铒系列氧化铒99%350000-372000元/吨平 镱系列氧化镱99.99%300000-320000元/吨平 镥系列氧化镥99.9%8302-8558元/公斤平 钇系列氧化钇99.999%69000-73000元/吨平 金属钇99.9%282000-300000元/吨平 钪系列氧化钪99.5%21000-22300元/公斤平 混合稀土氧化镨钕99% nd2o375%341000-362000元/吨平 氧化钇铕 99% eu2o3/treo6.6% 402000-428000元/吨平 氯化镧铈 treo45% ceo2/treo65% 20000-21000元/吨平 镧铈 混合金属trem99% ce/trem65% 57000-60600元/吨平 镨钕 混合金属99% nd 75%415000-440000元/吨平 中钇富铕矿treo92%220000-230000元/吨平 稀土技术高等培训教程 稀土永磁材料研究及产 业化进展 稀土技术高等培训教程 稀土永磁材料及产业的状况分析 国内外研究热点和应用领域的拓展 整体技术的提升 知识产权保护和研究发展方向 稀土技术高等培训教程 稀土永磁的重要性 在我国稀土应用中，新材料领域占62%；而 在新材料领域应用中，稀土永磁材料占63% 。我国稀土永磁的产量超过全球80%。我国 既是全球最大的稀土永磁产地又是重要的 应用市场，在全球的地位举足轻重，既面 临新机遇，也迎接新挑战。 稀土技术高等培训教程 稀土永磁的发展历史 1967年美国首先用粉末法制造出第一块磁性 能为 br=0.51t,hbc=254.7ka/m,(bh)max=40.6kj/ m3的smco5永磁体。 1968年nessbit等用cu部分取代co获得 了沉淀硬化型sm(co,cu)5永磁体。这一发现 为1:5型rco5永磁向2:17型r-tm永磁的过渡 奠定了基础。 稀土技术高等培训教程 1977年ojima等用粉末冶金法研制出（bh ）max=238.8kj/m3的sm（co,cu,fe,zr）7.2 永磁体，从而标志着第二代永磁材料的诞 生。 钕铁硼作为一种金属间化合物早在1979 年被俄国科学家合成。 稀土技术高等培训教程 （二）稀土永磁的应用 低碳经济的新增市场需求 稀土技术高等培训教程 风力发电 预计，2020年，中国的风电行业， 将实现装机容量2.3亿千瓦。 若30%为稀土永磁电机，按每1.5兆瓦用 磁钢1吨计，则需磁钢接近5万吨。 稀土技术高等培训教程 钢铁材料的起重设备 电磁铁耗电多，把电磁铁改成永磁铁，整 个提升和运输过程不用通电，可节电90%以 上，而且还能避免电磁铁在停电与断电运 输货物掉下来造成的事故。 稀土技术高等培训教程 高尖端技术领域应用 卫星、飞船、大型运输机、无人 机、核动力潜艇等的仪表控制系统、导航 系统、逃逸仓及舱门锁闭阀，都急需高磁 性能、温度稳定性和好加工性能的永磁材 料。 稀土技术高等培训教程 烧结稀土永磁产业技术的进步 1984-1990：实验室制备技术为主线 1990-2000：以单项工艺和设备为主线 2000-今：以高档磁体和产业化技术为主线 稀土技术高等培训教程 烧结钕铁硼永磁生产装备的进步 稀土技术高等培训教程 稀土永磁产业格局的发展趋势 中国 欧美磁材行业战略转移，日本稀土永磁产业的收缩和转移 稀土永磁材料发展格局的趋势 全球制造业向发展中国家重心转移 稀土技术高等培训教程 国内外技术和发展趋势 通过添加重稀土tb、dy提高磁体 矫顽力，国内在高档磁体中为了提高矫顽 力和温度使用稳定性，添加过多重稀土量 ，如混合动力汽车用磁钢，重稀土使用量 占稀土总量的30%。 我国在通过晶界扩散、细化晶粒、双液 相和添加稀土氢化物等工艺方面进行了大 量工作，试验室已经气流磨粉粒度降低至 2um左右，磁体晶粒度为5-6um，使重稀土 含量降低，同时明显降低矫顽力温度系 数。 稀土技术高等培训教程 国内外技术和发展趋势 100um磁粉用溶有氟化镝的甲醇溶液，在 真空低温200-350处理。dy渗入磁粉颗粒 中，发挥矫顽力作用。 稀土技术高等培训教程 国内外技术和发展趋势 通过富镝薄壳的形成（少用20%的dy）和颗 粒尺寸的减小（少用30%dy），提高了br和 hcj 在钕铁硼材料中减少使用50%的镝成为可能 稀土技术高等培训教程 国内外技术和发展趋势 双合金调控技术结合热处理，改善界面韧 化晶界，提高耐蚀性、强度和抗冲击能 力。 稀土技术高等培训教程 国内外技术和发展趋势 控制晶粒尺寸改善磁性能 矫顽力与粉末尺寸： hcj=a/dx 稀土技术高等培训教程 应用领域的拓展 国家战略规划和重大工程都对稀土材料提 出新的战略需求 高磁能积 高使用温度 优异力学性能 表面防腐特性 要求稀土永磁 材料 复杂工程永 磁性能退化机 制和耐腐蚀的 问题 影响稀土的耐热性、 一致性、稳定性等的 关键技术因素 稀土技术高等培训教程 整体技术的提升 行业上，通常采用【（bh）max（mgoe） +hcj(koe)】来表征永磁材料的综合性能 稀土技术高等培训教程 整体技术的提升 速凝装备及工艺的研究 根据不同的成分配比。设定炉温自动反馈 装置的技术参数，保证合金液恒温浇注。 通过冷却辊转速调整，通过冷却辊表面浸 润性改良，使柱状晶均匀生长，从而达到 优化组织结构 稀土技术高等培训教程 制备超高性能的磁体的组织调控技 术 提出组织调控制备超高性能磁体的产业化 技术方法，获得如“无铽少镝的高矫顽力 磁体及制备方法”等的一系列具有自主知 识产权的成果，并应用在大规模生产中。 稀土技术高等培训教程 制备超高性能的磁体的组织调控技 术 优化合金成分和工艺条件，获得（bh）max （mgoe）+hcj(koe) 70的高档烧结钕铁硼 磁体及产业化技术。 稀土技术高等培训教程 低失重、高性能稀土永磁体的研究 烧结钕铁硼材料的腐蚀 通常是从晶界开始的，富 钕相由于其电位低，在腐 蚀过程中优先腐蚀，导致 主相晶粒脱落，使腐蚀加 剧，采用双液相添加技术 ，通过富稀土相成分的设 计，提高了富钕相的电 位。 稀土技术高等培训教程 新型铈磁体和低重稀土永磁体的双 主相合金技术 许多研究表明（ce，nd)feb没多少应用价值 稀土技术高等培训教程 新型铈磁体和低重稀土永磁体的双 主相合金技术 如果丰富的 铈等资源能 够被利用作 为有用的永 磁材料，相 当稀土资源 的利用又可 以增加3-4 倍。 稀土技术高等培训教程 热压/热流变纳米晶体永磁材料的制 备技术 设计了生产设备，探索出具有我国特色的 热压金属永磁体的近终成型短流程产业技 术 提出了滑移、转动和再结晶长大的各向异 性模型，成功的解释了组织结构形成的原 因 稀土技术高等培训教程 永磁材料的微磁结构、磁性表征技 术 过去对于强磁材料，不能观察到剩磁状态 下的微观结构，我们将mfm用于研究强磁 性稀土永磁在剩磁以及各种不完全退磁状 态下的微磁结构，提出了一种研究强磁性 稀土永磁材料动态微磁结构的方法及其装 置，研制出高矫顽力低磁矩mfm磁探针， 在永磁材料的表征技术方面取得了突破。 稀土技术高等培训教程 研究稀土在永磁材料中的平衡利用 和高质化利用技术 研究低 钕、低 重稀土 永磁材 料及产 业化共 性核心 技术 加入铈可调 节磁能积和 矫顽力 稀土技术高等培训教程 研究高性能磁体的温度特性，冷热 冲击磁通不可逆损失，温度系数和 最高使用温度 稀土技术高等培训教程 今后发展方向 轻稀土、重稀土、混合稀土 低钕含量 低重稀土 高磁能积高矫顽力高稳定性服役行为、寿命 难点分析 由稀土永磁生产大国发展成稀 土永磁科技大国 资源节约、降低成本、推动产业 、 技术升级 产业化关键技术 材料性能与制备 科学问题 解决稀土在永 磁中的应用问 题 稀土技术高等培训教程 固态制冷：磁制冷技术 及磁热材料 稀土技术高等培训教程 优点：固体材料环保 不会气体泄漏 高效节能 稀土技术高等培训教程 早在1907年郎杰斐（p.langevin）就注意到： 顺磁体绝热去磁过程中，其温度会降低。从机理上说， 固体磁性物质（磁性离子构成的系统）在受磁场作用磁 化时，系统的磁有序度加强（磁熵减小），对外放出热 量；再将其去磁，则磁有序度下降（磁熵增大），又要 从外界吸收热量。这种磁性离子系统在磁场施加与除去 过程中所出现的热现象称为磁热效应。1927年德贝（ debye）和杰克（giauque）预言了可以利用此效应制 冷。1933年杰克实现了绝热去磁制冷。从此，在极低 温领域（mk级至16k范围）磁制冷发挥了很大作用。 现在低温磁制冷技术比较成熟。美国、日本、法国均研 制出多种低温磁制冷冰箱，为各种科学研究创造极低温 条件。例如用于卫星、宇宙飞船等航天器的参数检测和 数处理系统中，磁制冷还用在氦液化制冷机上。而高温 区磁制冷尚处于研究阶段。但由于磁制冷不要压缩机、 噪声小，小型、量轻等优点，进一步扩大其高温制冷应 用很有诱惑力，目前十分重视高温磁制冷的开发。 稀土技术高等培训教程 磁制冷技术的现状和趋势 由于晶格振动产热，产生的晶格熵会消耗 磁场的吸放热，目前还没能将磁制冷技术 应用到日常生活中。 新制冷材料：hfcs不会影响臭氧层，但温 室效应是二氧化碳的数千倍，所以急需新 材料制冷。 多数制冷材料应用gd，价格昂贵，廉价替 代品不成熟。 稀土技术高等培训教程 室温磁制冷体系 gd5（si，ge）4：巨磁 效应；gd可调节tc温度（ 30-280k）; gd价格昂贵;加入铁可减少磁滞效应； sn代替gd降低成本，无需退火。 锰基磁制冷材料：巨磁效应；含as有剧毒；nimnsn 正磁熵变，制冷要加磁场。 lafe13-xsix化合物：磁场足够强时，由顺磁变成铁磁 ;充氢后熵不变；要从包晶反应中得到。 目前包头稀土研究院正在围绕海尔集团项目进行研 究，已完成2台样机制作，正在制造第三台样机， 美国工程院院士卡尔哥斯奈（karl a.gschneidner,jr ）教授今年9月在美国东北大学学术报告会上预计 2016年磁制冷机达到1000台，并将会进入市场。 稀土技术高等培训教程 稀土发光材料及其应用 的现状与趋势 稀土技术高等培训教程 稀土离子结构： 一个没有完全 充满的内电 子层，4f内电 子层，丰富的 能级跃迁。 节能灯是高效节能的新型电光 源，它与普通白炽灯相比，节电率 高达80%，被公认为当今理想的绿 色照明工程产品。面对全球能源日 益紧缺的现状，许多国家和地区特 别是欧盟等发达国家都在积极推广 节能照明，逐步淘汰高能耗产品。 欧盟宣布自2009年起不再销售白 炽灯，澳大利亚、加拿大、日本等 国都出台了推广节能灯替代白炽灯 计划方案或非节能灯限制使用时 间表，国际市场对节 能灯的需求 日趋迫切，出口市场潜能巨大。 稀土技术高等培训教程 应应用领领域应应用产产品 节能灯生产行业 紧凑型节能灯 直管形节能灯 环管形节能灯 特殊形状节能灯 特种光源生产行业 彩色显像管（crt) 液晶显示器背光源 等离子显示屏(pdp) 全光谱照明灯 白光led固态光源 促进植物生长用灯 稀土长余辉灯 无极荧光灯 霓虹灯 稀土技术高等培训教程 稀土冶炼分离及综合利用技术与产业发 展 国内稀土出口呈下降趋势，国内消费呈上 升趋势。 2011年全球引发开发稀土热潮，行业竞争 国际化。 目前世界上已探明的稀土 工业储量为1亿吨reo左 右，我国为5200万吨， 占全世界的50%以上，其 中包头的白云鄂博矿工业 储量为4350万吨，占中 国的83.7%。 我国稀土资源总量 的98%主要分布在 内蒙古、江西、广 东、四川、山东等 地区，形成北、 南、东、西的分布 格局，并具有北轻 南重的分布特点。 我国轻稀土资源主要 集中在包头，其次是四 川。我国离子型中重稀 土矿主要集中在江西、 广东、福建等南方七个 省市，氟碳铈轻稀土矿 主要集中在四川省。 稀土技术高等培训教程 储氢材料的发展 趋势及应用 稀土技术高等培训教程 原理 金属或合金(用m代表)与氢作用可以生成金属氢 化物(mhn)。其反应方程式为： m+nh2=mhn+h(生成热) 该反应是一个可逆过程、正向反应时，金属吸 氢，并放出热量；逆向反应时，金属氢化物释 氢，吸收热量。这样，只需要改变温度与压力 ，就能使反应向正向或逆向反复进行。达到金属( 合金)储氢或释氢的日的。当然，不是任何金属 或合金都只有上述的功能，所以发现合适的金属 和合金是获得储氢材料的关键问题 了。 稀土技术高等培训教程 储氢材料发展背景 化石能源的有限性与人类需求的无限性使得石 油煤炭等将在未来数十至数百年内枯竭。 化石能源的使用造成重大生态灾难，温室效 应、酸雨等严重威胁地球动植物的生存！ 人类的出路何在？新能源研究势在必行！ 氢资源丰富，不存在枯竭问题; 氢的热值高，产物无污染，可循环； 利用途径多，燃烧放热或电化学发电； 储运方式多，气态、固态、液态或化合物。 稀土技术高等培训教程 不同储氢方式的比较 气态储氢：能量密度低；不太安全。 液态储氢：能耗高；对储氢罐绝热性能要 求高。 固态储氢：体积储氢容量高；无需高压及 隔热容器；安全性好，无爆炸危险；可得 到高纯氢，提高氢的附加值。 稀土技术高等培训教程 储氢材料定义 能够储存氢