稀土元素是什么？稀土开采与分析指南

稀土元素（REEs）是许多尖端科技的支柱，这些科技承诺让我们的世界变得更智能和更可持续。然而，由于在稀土元素开采和加工过程中遇到的挑战，满足日益增长的稀土需求并不容易。

在这篇博客中，我们将介绍什么是稀土元素，为什么它们的重要性在增加，以及采矿公司如何利用尖端元素分析来克服稀土元素开采的挑战。

关键事实

• 稀土元素，也称为“稀土金属”或“稀土”，是由十五种镧系元素，加上钪和钇共计十七种金属元素组成。
• 稀土元素在数量上并不稀少，而是由于从矿石中提取它们的难度导致全球稀土矿的匮乏，因此被称为“稀土”。
• 全面而准确的元素分析，如高效能的X射线荧光（XRF）分析，可以帮助探索、开采和加工稀土元素。

什么是稀土元素？

稀土元素，有时被称为“稀土金属”或“稀土”，是一组由十五种镧系元素，加上钪和钇的十七种金属元素。

它们构成了许多高科技设备的基本组成部分，例如智能手机和电动汽车（EV）的电机和电池，随着更多国家承诺向可再生能源过渡，它们变得越来越有价值。然而，由于稀土开采和加工的困难，只有少数国家具备满足这种需求所需的基础设施。

元素周期表上的稀土元素

大多数稀土元素在元素周期表上以元素58–71的形式出现。只有镧（La）、钇（Y）和钪（Sc）不在这一行中。

为什么稀土元素被称为“稀有”？

稀土元素实际上并不是由于自然匮乏而“稀有”。事实上，它们的丰度与铜和锌等金属相似。然而，它们被称为“稀土”有几个原因：

1. 低浓度。 虽然它们相对丰富，但稀土元素通常不以高浓度出现。这使得采矿过程效率较低，因为需要大量的能量来提取相对较少的稀土元素。
2. 高化学稳定性。 稀土金属也难以提取，因为它们非常化学稳定，这意味着需要高强度的处理才能将金属从矿石中分离出来。
3. 加工过程中的危险性。 高强度的处理需求，加上稀土元素本身的危险性，意味着稀土元素采矿过程中存在许多安全隐患。
4. 基础设施缺乏。 这些挑战意味着世界上只有少数地方有基础设施来大规模提取稀土元素。

为什么稀土元素现在如此重要？

稀土元素现在如此重要，因为它们是许多对能源转型至关重要的技术制造的关键。

国际能源署预测，在低碳能源和电动汽车的生产中，仅钕的需求就可能增长超过600%，从2020年的4,900吨增长到2040年的37,700吨。

其他稀土元素在可持续技术中也很重要。例如：

• 风力涡轮机通常使用含有稀土元素如镨、镝和铽的磁铁以及钕。
• 电动汽车电机采用钕和钐，有时也用铽和镝。
• 太阳能电池板有时使用镝和铈来提高其薄膜太阳能电池的效率和耐久性。

世界上的稀土元素在哪里可以找到？

世界大部分的稀土元素来自中国。该国据估计拥有4400万吨的稀土金属储备，占全球总储量的38%左右，比任何其他国家都多。中国也是全球稀土元素的最大生产国，预计在2024年承担全球稀土生产的近70%。

这种主导地位不仅要归功于中国丰富的自然资源，还得益于其低劳动力成本、政府补贴和较为宽松的环境政策，这些因素抵消了与稀土金属开采和加工相关的成本。

这些成本历史上阻止了其他国家充分利用其稀土元素储备。比如，尽管越南和巴西拥有第二和第三大稀土金属储量，分别为2200万吨和2100万吨，但每年仅生产约1000吨稀土。

世界各地的管理机构正在努力减少对中国稀土元素的依赖，加速本地稀土开采项目。美国和欧盟就是两个例子。

稀土元素用于什么？

稀土元素用于制造许多先进技术，特别是用于电动汽车电机和海上风力发电机的磁体。它们还用于其他应用领域——以下是稀土元素应用的完整介绍。

稀土元素在采矿过程中分析的挑战

有效的元素特性分析对于稀土开采至关重要。无论是在勘探、开采还是加工过程中，了解存在哪些元素及其数量至关重要，以便量身定制您的操作并确保最终产品的高质量。

分析稀土元素时会出现一些关键挑战：

1. 地质多样性。稀土元素发现于各种地质环境中——比如，稀土元素可以在海滩砂中找到，如印度喀拉拉邦，或在粘土床中找到，如中国的广西。这意味着没有一种分析过程或工作流程适合所有的稀土金属开采。
2. 元素相似性。大多数稀土元素在化学上非常相似；它们经常同时出现，并且浓度通常很低。这使得使用传统X射线荧光（XRF）技术分析具有挑战性，因为光谱重叠可能遮蔽结果。因此，需要高效能的X射线荧光分析以实现清晰的分析。
3. 对操作人员的安全风险。强大的分析有时可能对操作人员构成健康和安全风险——例如，在感应耦合等离子体（ICP）分析的情况下，并且元素本身通常具有放射性，进一步增加了对操作人员安全的风险。
4. 长反馈循环。稀土元素特征化所需的复杂和广泛基础设施意味着分析方法通常耗时且与提取地相距较远，从而延长了过程监测和优化的反馈循环。

然而，有些仪器可以克服这些挑战。

稀土金属采矿各阶段的分析方法

稀土元素开采的每个阶段都有不同的分析需求。以下是稀土金属专业人员应考虑在每个过程阶段使用的分析技术和仪器。

稀土元素勘探

便携性是稀土元素勘探过程中元素分析的关键因素，有助于调查各种地质现场。

然而，传统的便携式X射线荧光仪器通常具有最高为50千伏的X射线管电压。这意味着尽管这些仪器可以测量轻稀土元素，但由于激发不足和与铁和镍等常见金属的光谱重叠，它们在实际测量重稀土元素方面存在困难。

来自SciAps的PowerHouse帮助克服了这些障碍。PowerHouse专为稀土元素勘探而设计，提供：

• 80千伏微型X射线管
• 测量轻稀土和重稀土元素及探针元素的能力
• 测量25种其他在采矿和勘探中重要的元素
• 云连接，以及两台摄像机
• 超过六小时的电池寿命
• 对于操作人员的安全和直观界面

这有助于您在勘探过程中缩短反馈循环，使您在现场分析矿床，而无需等待实验室结果。

了解有关SciAps PowerHouse的更多信息。

稀土元素开采

在开采过程中，采矿操作人员了解矿石的含量以定制其过程步骤或在必要时调整原料混合物的含内容非常关键。

在线分析在这里至关重要。虽然它不提供与实验室方法相同的精度，但它提供即时见解，可帮助操作人员发现矿石加工过程中出现的趋势，帮助他们调整加工技术。

CNA Pentos或CNA³跨带分析仪器是进行此类分析的有力候选者，提供：

• 有效的脉冲快速和热中子活化（PFTNA）分析
• 原料堆的高频分析
• 无需操作人员接触可能危险的加工线材料即可洞悉矿石
• 自动辐射保护系统（ARPS）以保护工人

了解有关CNA系列的更多信息。

稀土元素加工

最后，稀土矿石需要重度加工以分离和净化其成分。有效的、频繁的甚至实时的分析可以帮助优化这些过程并降低成本，从而扩大稀土元素矿井的利润率。以下是三个分析方法建议：

1. Epsilon Xflow。Epsilon Xflow是一种在线能量色散XRF（EDXRF）分析仪，专为液体的实时元素分析而设计。它在稀土元素加工中具有显著优势，例如，连续监测用于浸出稀土元素的溶液。这样可以优化试剂，从而最大限度地减少成本和环境影响。
2. Zetium。我们的Zetium波长色散XRF（WDXRF）仪器能够对固体样品进行高度精确和可重现的多元素分析。这在最终质量控制单个稀土集中物和氧化物时尤其有用，帮助您确保它们符合纯度规范和客户需求。然而，它并不适用于每种稀土元素。
3. Aeris。我们的紧凑型X射线衍射（XRD）系统在矿石选矿过程中尤其有用，帮助操作员监测诸如化学浸出和浮选这样过程中的矿物学变化。

稀土元素开采分析方法：总结表

赶时间？这里是稀土元素采矿的分析方法的简要介绍。

为您的稀土元素矿井定制的分析

稀土元素的需求正在增加。随着能源转型和技术发展的迅猛推进，世界各地的国家都在加大对稀土金属开采的压力。

为了跟上这种需求，稀土开采专业人员需要精确的工具来帮助分析材料并优化它们的流程。在马尔文帕纳立体克，我们拥有的不仅是提升您流程的经验和广泛组合，还能为您的稀土元素提取站创造一个定制的采矿解决方案。

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