稀土元素钐及其应用
1879年,法国化学家波依斯包德朗(P.é. Lecoq de Boisbaudran)从铌钇矿得到的“镨钕”即“迪迪姆”（Didymium）中发现了新的稀土元素“钐”。钐属于轻稀土（铈组稀土），在自然界中的丰度为7.9，名列第七，其丰度比锡（Sn 2.2）要高，比起钨(W 1.0)和钼(Mo 1.5)更是高的多，在全部元素地壳中的丰度排行榜中位列40，也算是比较丰富的元素。
钐除了有与其它稀土元素相近的性质外，还有自己的一些独特性质，如他属于变价元素，容易从正三价被还原成正二价，从而便于与其他三价稀土采用化学法分离，但在电解制备钕等稀土金属时这种变价性也对电解易造成干扰，并增加用电量。金属钐为银白色金属，熔点和沸点低，是稀土元素中最易挥发的元素之一。因此，可以采用蒸馏法对其进行精制提纯。钐原子还具有巨大磁矩和高吸收热中子的核性能，可提供特殊用途。
第一代稀土永磁材料钐钴磁体的诞生，曾经使钐在上个世纪70年代成为稀土家族中“红级一时”的成员。先是SmCo5于1969年问世。20世纪70年代末又出现第二代稀土永磁材料Sm2Co17，其最大磁能积达到30兆高奥（240千焦耳/米3）。由于钐钴永磁不但磁性强，而且具有很高的矫顽力（抗反磁场性能）和优异的高温使用性能，成为当时电子工业和军工特殊用途的新宠。1969年7月20日，美国载人宇宙飞船“阿波罗11号”首次成功登上月球，实现了人类登月梦想，是人类研究宇宙、探索宇宙的一个里程碑。在阿波罗多次登月计划的顺利实现中，导航系统上采用了钐钴永磁体，也保证了以后一系列航天计划的顺利实施。钐钴永磁材料在阿波罗上的应用被看作稀土用于尖端技术的典范。由此也使金属钐在当时一时“洛阳纸贵”，身价倍增。
我国稀土科学家紧跟世界步伐，当时研制的钐钴永磁材料性能就已达到世界先进水平。20世纪70年代后期，为满足市场需求，我国建立了小型生产线,总年生产能力达到几吨，其产品主要满足军工和特殊需要，已广泛用在如风云气象卫星、航空航天工程等重大项目中。
20世纪80年代，出现了磁性更强的第三代稀土永磁材料钕铁硼。由于钕、铁比钐、钴资源丰富，价格也低得多，自然具有更强的市场竞争力。因此也取代了许多钐钴永磁材料的市场。但钐钴磁体在高热使用稳定性和抗腐蚀等性能方面一直优于钕铁硼磁体，目前仍然是某些工业特别是军事和航空等领域的首选材料，这方面的潜在市场依然比较大。目前全世界钐钴永磁体的产量在500吨左右，主要集中在日本，我国钐钴磁体的产量较低，仅100多吨。我国烧结钕铁硼磁体的产量已超过日本，但钐钴磁体仍落后于日本。但氧化钐和金属钐的生产主要集中在我国。所以国内钐钴磁体的生产潜力很大，也被国际市场看好。
钐在永磁材料中的另一大用途是制备新型粘结磁体。20世纪90年代初期研制开发的新型磁性材料钐铁氮磁体已经产业化。日本TDK成田工厂生产的钐铁氮各向同性磁体，商品名为NanoREC。日立金属公司也已批量生产。住友金属矿山公司从1999年4月开始批量生产钐铁氮各向异性粘结磁体(北海道，国富事业所)，年产100吨。我国科学家用机械合金化、氢粉碎等方法制备钐铁氮永磁材料，性能也达国际先进水平。钐铁氮磁体中的稀土含量比钕铁硼磁体低，而氧化钐的价格低于氧化钕，因此成本可能比钕铁硼磁体低，而钐铁氮磁体的某些性能(耐热性和耐蚀性)优于钕铁硼磁体。钐还可用做钐基巨磁致伸缩材料。这些都将成为是钐的潜在市场，或许有朝一日，钐会因为找到新的应用大户而再次走俏。
早在1960年发现红宝石激光的同时，就发现用掺钐的氟化钙可输出脉冲激光，这对稀土光学性质的研究是一个很大的推动。用氧化钐和氟化钐制做的光学镀膜材料可用于激光滤光片。
由于铕的需求扩大，造成了钐和钆的积压，但提取铕之后的钐钆富集物可用来制备钐钆复合物高性能隔热陶瓷材料，可用于航空、汽车等领域。
纳米氧化钐可应用于陶瓷电容器和催化剂方面。甲烷通过氧化钐催化可转变成乙烷和乙烯。二碘化钐可选择性地将乙醛还原成乙醇。钐催化剂在甲烷转化时具有很高的活性、稳定性和选择性。
钐具有中子俘获截面积大（5500靶）的特殊核性质，可用作原子能反应堆的结构材料，屏敝材料和控制材料，如用作快中子增强反应堆的中子吸收剂，使核裂变产生巨大的能量得以安全利用。钐还可用作石榴石的掺杂剂，也可用于特种的玻璃滤光器中，例如红外线滤光器。
钐还被用于生物研究和医疗。如稳定同位素152Sm 可用做生物研究示踪剂。特别值得称道的是采用钐的同位素制造的内照射治疗药物153Sm－EDTMP（153钐－乙二胺四甲基膦酸），用于治疗各种骨癌转移具有很好的效果。人们找到了征服转移性骨肿瘤的克星，这种153钐－EDTMP与骨肿瘤病灶具有高度的亲和性，用药后它在骨肿瘤灶中的浓聚量较正常分布高出十倍百倍甚至千倍，它发出高能量的射线，能有效地杀伤骨肿瘤细胞，从而起到治疗效果，据国内外报道，约80%用153钐-EDTMP治疗的病人可获得明显的止痛效果，约50%的病人病灶缩小甚或消失。此外，钐化合物还被用于稀土消炎杀菌药物。钛铁钐制剂制成的软膏，对治疗湿疹、过敏性皮炎、牙龈炎、鼻炎、静脉炎等均有良好的作用。特别是将其作为漱口剂，具有杀菌、抗炎、除口臭效果更佳。
附录：稀土元素家族系列档案——钐
钐 |
元素符号Sm |
英文名称 Samarium |
原子序数62 |
相对原子质量(12C = 12.0000) 150.36 |
发现年代 |
1879年 |
发现人 |
P.é. Lecoq de Boisbaudran （法国，巴黎）发现。 |
原子结构 |
原子半径(埃): 2.59 |
离子半径(埃): 0.964 |
共价半径(埃): 1.62 |
氧化态: 3，2 |
原子体积cm3/mol: 19.95 |
电子构型: 1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p64d104f6 5s25p6 6s2
|
物理性质 |
状态：银白色金属 |
熔点(℃)： 1072 |
沸 点(℃): 1791 |
比 热（J/gK）：0.2 |
密度 (g/cc，300K)：7.52 |
熔化热（KJ/mol）：8.63 |
蒸发热 （KJ/mol）：166.4 |
导电率（106/cm Ω）: 0.00956 |
导热系数 （W/cm K ）： 0.133 |
地质
数据 |
丰度 |
海水中（ppm）.： |
地壳 （ppm.）：7.9 |
大西洋表面：4.0 × 10-6 |
大西洋深处：6.4 × 10-6 |
大气（p.p.m.）/体积： |
太平洋表面：4.0 × 10-6 |
太平洋深处：10 × 10-6 |
生物数据 |
人体中含量（ppm）：未知 |
器官中： 未知，但非常低 |
人(70Kg)均体内总量（mg）： 0.05 |
血/mg dm-3 : 0.008 |
矿
产
资
源 |
工业矿物： |
主要产地 |
混合性（氟碳铈＋独居石） |
中国内蒙古自治区包头白云鄂博矿山 |
氟碳铈矿（Bastnaesite）
CeLaFCO3（轻稀土） |
美国芒廷帕斯矿山（加利福尼亚） |
中国四川冕宁、山东微山 |
中钇富铕离子型矿 |
中国江西寻乌、信丰和广东平远独居石（Monazite ）（CeLaTh）PO4（轻稀土）澳大利亚韦尔德山、东西海岸海滨沙矿印度西南海滨沙、中国广东和台湾海滨沙稀土 |
| 独居石（Monazite ）（CeLaTh）PO4（轻稀土） |
澳大利亚韦尔德山、东西海岸海滨沙矿 |
稀土磷灰石 |
俄罗斯科拉半岛 |
铈铌钙钛矿 |
俄罗斯托姆托尔碳酸岩风化壳稀土矿床 |
配分Pr % |
包头混合型矿 |
四川氟碳铈矿 |
中钇富铕离子型矿 |
澳大利亚独居石 |
～1.2 |
～1.5 |
4～6
|
～2.5 |
应用领域 |
金属、合金 |
钢铁与有色金属改性剂、永磁材料 |
混合氯化物 |
石油裂化催化剂、农用稀土、助染助鞣 |
单一氧化物 |
特种玻璃、催化剂、陶瓷和电子学、医药等 |
有机化合物 |
示综剂、放射医疗等 |
