稀土在美国国防部和日本防卫厅均被列入本世纪的战略元素，所谓战略元素是其对国民经济乃至国家安全产生直接或间接重大影响的必备元素，全球资源的不平衡使区域重视程度不一。所幸稀土是我国的优势资源之一，相对其他产业，曾少有地受到过几代领导人的直接关心和长期重视。如何发挥稀土资源优势，真正把资源优势转化为经济优势，是国民经济建设中的现实需求。稀土元素由于其独特的4f电子结构，不但在高新技术领域日益凸显其无可替代的光电磁优异性能，而且在提升传统产业中不乏画龙点睛之举。伴随高纯稀土材料制备的进步，应用的广度和深度在整个稀土产业里的比重不断增加。高纯稀土的制备和应用不单对稀土产业至关重要，而且在提高综合国力方面也意义深远。在此就高纯稀土制备和应用的发展规划建议如下，供大家商榷
1. 高纯稀土的定义和范围应突破传统意义的稀土纯度，向性能为导向的高纯发展。
稀土元素一族共有17个之多，因化学物理性质相似，被称之为仅次于同位素分离的制备过程之一。稀土的发展初期分离提纯异常困难，直接制约了稀土的应用和发展。随着离子交换和溶剂萃取的工业化，大量质优价廉的单一稀土材料进入市场，使稀土元素自身的许多内禀性能得以显现，围绕光电磁的应用领域日益广泛，被赞誉以“工业味精”的美名。传统意义的高纯稀土指稀土纯度大于99.9%的稀土化合物或金属，但这种狭隘的高纯稀土定义越来越不适用应用领域对高纯稀土的要求。为深入发掘稀土元素的本征性质，向稀土新功能材料的研究和开发提供优质原料，必须突破传统分离方法的原理，建立适应于功能材料需求的高纯和超高纯稀土(包括钪)化合物(>6N)及金属(>4N)的分离、制备理论和方法，这依然是今后的重要研究内容和目标之一。必须注重将溶剂萃取法与场致分离、膜分离、超细纤维树脂及高效离心分配色层分离等方法相结合，提高分离效率和选择性、降低分离过程所带来的环境污染，研究适合各种功能材料所需稀土金属和化合物的物理性质及制备方法。同时建立准确的超高纯稀土的分析方法，弄清痕量杂质的存在形式及来源。必须注意到，目前稀土纯度99.9-99.9999%的制备方法已经工业化，然而许多应用领域并不仅仅追求该单方面指标，许多应用如PrNd、 TbDy合金等，从稀土纯度而言已经是混合物了，但这类复合材料仍对许多特定杂质元素有特殊的限制和要求。再比如Ce-Zr复合氧化物对立方相的纯度和比表面积是评价材料特性的核心指标，要求非立方相的杂相尽可能低，诸如此类都不是一个稀土纯度所能解决的问题，因此高纯稀土的高纯必须以综合物理化学性能指标而并非单纯的稀土纯度一概而论。换言之固然稀土纯度可以做得很高，可对材料的需求而言无济于事。我国在高纯稀土的某些局部如稀土纯度已经赶上和超过了发达国家，但许多广义的高纯如相纯度、色纯度、粒度、比表面积、磁纯度等性能和应用则差距甚远，因而需要高纯性能为导向，发展高纯稀土制备和应用。
2. 高纯稀土的制备方法应多样化，集约、高效和绿色是可持续发展的根本出路。
高纯稀土的制备有多种方法，工业化规模的湿法有溶剂萃取、离子交换、氧化还原或这些方法的结合等，火法有真空蒸馏、区域熔炼等。对分离系数大的边界元素的分离一般采用溶剂萃取，对分离系数小的边界元素则采用溶剂离子交换法，而对于有变价特性的元素，通过氧化还原反应可高效分离和富集，如Ce、Eu、Yb等元素。制备方法多样化的另一所在是针对用途制备特殊的高纯复合稀土，如PrNd，EuGd，TbDy等，在特定的用途上，一方面避免了分离困难的边界元素的拆分，使整体分离效率大为提高而降低了成本，另一方面也达到了应用领域所需要的分子尺度的元素均匀混合。高纯稀土的制备还需针对某些特定要求的纯化过程，如激光晶体的结晶装置、催化材料相纯化所需的淬火和退火设备、磁晶各向异性材料的定向生长，激光和等离子机械加工等。这些装备的提升对纯化本身以及材料的均一性提供了保障。循环经济的模式是保护资源的公认模式，在高纯稀土的制备过程实施集约、高效和绿色是可持续发展的根本出路。
3. 高纯稀土的应用领域应侧重于光、电、磁和其他新的优异性能。
高纯稀土在发光材料领域中占有很大比重，如荧光粉、激光晶体、光纤、光学玻璃、陶瓷等，丰富多彩的角色集中分为三大类：基质(La, Gd, Lu的化合物)、发光中心(Sc, Ce, Eu, Tb, Dy, Ho, Tm等离子)和敏化剂(Ce, Sm, Tb, Dy等元素)。YAG及其掺杂的激光晶体一族包括(Pr, Nd, Er, Ho, Tm, Lu, Y等的氧化物和氟化物)，高性能光学玻璃中用到大量的高纯稀土(La, Nd, Er, Pr等的化合物)。发光材料中对许多过渡金属元素的要求异常苛刻，因为这些杂质会形成猝灭中心，微量的猝灭中心就能使发光效率急剧下降，还会导致光色偏离、光衰奇异、寿命缩减等。半导体、液晶、集成电路、芯片等的化学机械平面化材料和刻蚀剂(Ce的化合物)对粒度分布和晶型要求极严，而且过渡金属杂质的含量也会影响在靶材上残留量，从而改变电导性。医学核磁共振核能反应堆中的链反应控制材料Gd元素会直接影响公众健康和安全。超磁致伸缩材料和器件中用到的TbDy等高纯稀土从民用到国防都有巨大的市场潜力，装备海军的大功率声纳系统可探测5000-8000海里的目标，微机电系统实现的磁控精度、频率、可逆性都有压电陶瓷等无可比拟的优越性。
4. 高纯稀土制备和应用应充分注重配套设施建设和政策扶植。
高纯稀土制备和应用除了稀土本身，对许多配套的基础设施也有高纯化的要求。如纯水，以反渗透为主的纯水可基本满足要求；高纯化学试剂也是保障高纯稀土制备和应用的要素，设备的材质也会影响高纯，因而惰性设备乃至容器对高纯产品非常重要，高纯产品整个制备过程中涉及和相关的内容都会对产品的最终性能产生影响，所以配套设施是高纯稀土制备和应用中必须正视而无法回避的方面。分析表征也至关重要，常规产品的纯度和杂质分析ICP-AES和AAS基本能满足要求，由于高纯稀土的杂质、杂相非常低，需要分析的信号分辨率更高，灵敏度更灵敏，以区分目标信号和背景及干扰的影响，所以ICP-MS，乃至中子活化分析，和光电磁等物理化学指标的分析检测也要同步适应这种高纯化要求。简而言之，要证明材料或性能已经达到高纯目标了，或者没有达到高纯是什么引起的。通讯、交通、人才的配套毋庸质疑，没有便捷的信息沟通、物流和驾御的主体，高纯稀土的制备和应用也无从谈起。高纯稀土的制备是应用的基础，高纯稀土的应用是制备的原动力，在稀土应用尤其是高纯稀土的应用方面是需要产业配套和政策配套，尤其是市场培育的前期，政策的引导和扶持必不可少。
5. 高纯稀土的制备和应用应紧密结合市场，科学发展，避免盲目性。
高纯稀土的制备和应用应分层次进行，这表现在即便是高纯稀土材料，其市场容量也呈现正态分布。普通高纯和超高纯均不应成为主流，主流部分一定是相对而言市场定位准确、性能价格比最富竞争力的部分。超高纯的价值高，但需求量相对小，普通纯度价格低，同样不符合品质卓越的要求而需求量不大，高纯稀土目前产量约占稀土总消费量的15%，其产值比例却高达45%以上。因此高纯稀土要找准市场定位，对需求要有一个相对准确的预期，避免盲目超前造成高纯稀土的浪费和新一轮的恶性竞争。另外，各种高纯稀土元素的应用也应参照元素的天然丰度均衡发展，力争使所有稀土元素物尽其用，因而目前过剩的稀土元素应下大力气寻求应用和市场。
严纯华、贾江涛
北京大学稀土材料化学及应用国家重点实验室
1. 高纯稀土的定义和范围应突破传统意义的稀土纯度，向性能为导向的高纯发展。
稀土元素一族共有17个之多，因化学物理性质相似，被称之为仅次于同位素分离的制备过程之一。稀土的发展初期分离提纯异常困难，直接制约了稀土的应用和发展。随着离子交换和溶剂萃取的工业化，大量质优价廉的单一稀土材料进入市场，使稀土元素自身的许多内禀性能得以显现，围绕光电磁的应用领域日益广泛，被赞誉以“工业味精”的美名。传统意义的高纯稀土指稀土纯度大于99.9%的稀土化合物或金属，但这种狭隘的高纯稀土定义越来越不适用应用领域对高纯稀土的要求。为深入发掘稀土元素的本征性质，向稀土新功能材料的研究和开发提供优质原料，必须突破传统分离方法的原理，建立适应于功能材料需求的高纯和超高纯稀土(包括钪)化合物(>6N)及金属(>4N)的分离、制备理论和方法，这依然是今后的重要研究内容和目标之一。必须注重将溶剂萃取法与场致分离、膜分离、超细纤维树脂及高效离心分配色层分离等方法相结合，提高分离效率和选择性、降低分离过程所带来的环境污染，研究适合各种功能材料所需稀土金属和化合物的物理性质及制备方法。同时建立准确的超高纯稀土的分析方法，弄清痕量杂质的存在形式及来源。必须注意到，目前稀土纯度99.9-99.9999%的制备方法已经工业化，然而许多应用领域并不仅仅追求该单方面指标，许多应用如PrNd、 TbDy合金等，从稀土纯度而言已经是混合物了，但这类复合材料仍对许多特定杂质元素有特殊的限制和要求。再比如Ce-Zr复合氧化物对立方相的纯度和比表面积是评价材料特性的核心指标，要求非立方相的杂相尽可能低，诸如此类都不是一个稀土纯度所能解决的问题，因此高纯稀土的高纯必须以综合物理化学性能指标而并非单纯的稀土纯度一概而论。换言之固然稀土纯度可以做得很高，可对材料的需求而言无济于事。我国在高纯稀土的某些局部如稀土纯度已经赶上和超过了发达国家，但许多广义的高纯如相纯度、色纯度、粒度、比表面积、磁纯度等性能和应用则差距甚远，因而需要高纯性能为导向，发展高纯稀土制备和应用。
2. 高纯稀土的制备方法应多样化，集约、高效和绿色是可持续发展的根本出路。
高纯稀土的制备有多种方法，工业化规模的湿法有溶剂萃取、离子交换、氧化还原或这些方法的结合等，火法有真空蒸馏、区域熔炼等。对分离系数大的边界元素的分离一般采用溶剂萃取，对分离系数小的边界元素则采用溶剂离子交换法，而对于有变价特性的元素，通过氧化还原反应可高效分离和富集，如Ce、Eu、Yb等元素。制备方法多样化的另一所在是针对用途制备特殊的高纯复合稀土，如PrNd，EuGd，TbDy等，在特定的用途上，一方面避免了分离困难的边界元素的拆分，使整体分离效率大为提高而降低了成本，另一方面也达到了应用领域所需要的分子尺度的元素均匀混合。高纯稀土的制备还需针对某些特定要求的纯化过程，如激光晶体的结晶装置、催化材料相纯化所需的淬火和退火设备、磁晶各向异性材料的定向生长，激光和等离子机械加工等。这些装备的提升对纯化本身以及材料的均一性提供了保障。循环经济的模式是保护资源的公认模式，在高纯稀土的制备过程实施集约、高效和绿色是可持续发展的根本出路。
3. 高纯稀土的应用领域应侧重于光、电、磁和其他新的优异性能。
高纯稀土在发光材料领域中占有很大比重，如荧光粉、激光晶体、光纤、光学玻璃、陶瓷等，丰富多彩的角色集中分为三大类：基质(La, Gd, Lu的化合物)、发光中心(Sc, Ce, Eu, Tb, Dy, Ho, Tm等离子)和敏化剂(Ce, Sm, Tb, Dy等元素)。YAG及其掺杂的激光晶体一族包括(Pr, Nd, Er, Ho, Tm, Lu, Y等的氧化物和氟化物)，高性能光学玻璃中用到大量的高纯稀土(La, Nd, Er, Pr等的化合物)。发光材料中对许多过渡金属元素的要求异常苛刻，因为这些杂质会形成猝灭中心，微量的猝灭中心就能使发光效率急剧下降，还会导致光色偏离、光衰奇异、寿命缩减等。半导体、液晶、集成电路、芯片等的化学机械平面化材料和刻蚀剂(Ce的化合物)对粒度分布和晶型要求极严，而且过渡金属杂质的含量也会影响在靶材上残留量，从而改变电导性。医学核磁共振核能反应堆中的链反应控制材料Gd元素会直接影响公众健康和安全。超磁致伸缩材料和器件中用到的TbDy等高纯稀土从民用到国防都有巨大的市场潜力，装备海军的大功率声纳系统可探测5000-8000海里的目标，微机电系统实现的磁控精度、频率、可逆性都有压电陶瓷等无可比拟的优越性。
4. 高纯稀土制备和应用应充分注重配套设施建设和政策扶植。
高纯稀土制备和应用除了稀土本身，对许多配套的基础设施也有高纯化的要求。如纯水，以反渗透为主的纯水可基本满足要求；高纯化学试剂也是保障高纯稀土制备和应用的要素，设备的材质也会影响高纯，因而惰性设备乃至容器对高纯产品非常重要，高纯产品整个制备过程中涉及和相关的内容都会对产品的最终性能产生影响，所以配套设施是高纯稀土制备和应用中必须正视而无法回避的方面。分析表征也至关重要，常规产品的纯度和杂质分析ICP-AES和AAS基本能满足要求，由于高纯稀土的杂质、杂相非常低，需要分析的信号分辨率更高，灵敏度更灵敏，以区分目标信号和背景及干扰的影响，所以ICP-MS，乃至中子活化分析，和光电磁等物理化学指标的分析检测也要同步适应这种高纯化要求。简而言之，要证明材料或性能已经达到高纯目标了，或者没有达到高纯是什么引起的。通讯、交通、人才的配套毋庸质疑，没有便捷的信息沟通、物流和驾御的主体，高纯稀土的制备和应用也无从谈起。高纯稀土的制备是应用的基础，高纯稀土的应用是制备的原动力，在稀土应用尤其是高纯稀土的应用方面是需要产业配套和政策配套，尤其是市场培育的前期，政策的引导和扶持必不可少。
5. 高纯稀土的制备和应用应紧密结合市场，科学发展，避免盲目性。
高纯稀土的制备和应用应分层次进行，这表现在即便是高纯稀土材料，其市场容量也呈现正态分布。普通高纯和超高纯均不应成为主流，主流部分一定是相对而言市场定位准确、性能价格比最富竞争力的部分。超高纯的价值高，但需求量相对小，普通纯度价格低，同样不符合品质卓越的要求而需求量不大，高纯稀土目前产量约占稀土总消费量的15%，其产值比例却高达45%以上。因此高纯稀土要找准市场定位，对需求要有一个相对准确的预期，避免盲目超前造成高纯稀土的浪费和新一轮的恶性竞争。另外，各种高纯稀土元素的应用也应参照元素的天然丰度均衡发展，力争使所有稀土元素物尽其用，因而目前过剩的稀土元素应下大力气寻求应用和市场。
严纯华、贾江涛
北京大学稀土材料化学及应用国家重点实验室
