稀土不是金首飾，千萬別被6個9的稀土騙了，那玩意真沒多大意義

昨天有代表性的留言是這個：

在這里咱們得說幾個概念了。

很多人說咱們得稀土純度可以達(dá)到99.9999%也就是6N的標(biāo)準(zhǔn)，這件事在實(shí)驗(yàn)室里是可以做到的，但成本極其高昂。而且如果把這件事當(dāng)作“稀土的高端”應(yīng)用就未免有些“著相”了。

這件事就和我媽的朋友一樣，前幾天國慶節(jié)，一個大媽拜訪，W君陪坐聊起來金首飾，大媽說自己的一個手鐲是萬足金的。

其實(shí)打個戳子誰都會，但真有“萬足金”嗎？簡單的解釋就是商家在忽悠，例如上面的這兩個“萬足金”其實(shí)就是很普通的4N純金而且，最上的一個純度也只是足金的純度，才是3N也就是99.9%的純度。大部分金條都比這兩個金飾品強(qiáng)。

至于大媽補(bǔ)充的99.9999%也就是6N更是無稽之談。為什么呢？金做到了99.9999%的純度其工藝成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于金塊本身的價值。

在1957年澳大利亞的Perth Mint（珀斯鑄幣廠）為了挑戰(zhàn)極限制作了一塊演示用13盎司（400克）重的黃金。

標(biāo)記的純度達(dá)到99.9999%。這塊金子沒有用作任何金制品，僅僅作為一個人類技術(shù)無法超越的豐碑至今依舊在這個鑄幣廠的展廳中進(jìn)行展覽。

回到咱們所說的稀土，有人的回復(fù)是這樣的：

稀土W君懂得不太多，但核武器熟悉啊。所謂的鈾-235純度要求92%僅僅影響核心構(gòu)型和起爆條件，即便是90%的鈾-235制作的原子彈核心也是可以正常起爆的。同時，如果是钚彈的話，其中钚-239和钚-240的含量比不能超過93:7，也就是說當(dāng)一塊武器級的钚內(nèi)的钚-240超過了7%后會因?yàn)樽园l(fā)裂變放出中子迅速的污染金屬钚，這是造成當(dāng)年钚彈無法長期保存的一個主要原因了。

從鈾中濃縮鈾-235其中操作物是鈾235和鈾238，他們的原子量相差3，而從钚-239中去除钚-240雜質(zhì)他們的原子量相差為1，要比濃縮鈾更難。在這個過程中源頭增值速率界定和利用卡流管分離法都是提高钚-239含量的一個最基本形式。

類似于卡流管分離法并不是一個新興的技術(shù)，在曼哈頓工程時期這項技術(shù)就已經(jīng)用于核材料的提純和測量。

技術(shù)很簡單：不同質(zhì)量的離子在相同電場中的旋轉(zhuǎn)半徑是不一樣的。

正因?yàn)檫@個特性我們可以高效的在電力的驅(qū)動下分離同位素和化學(xué)性質(zhì)基本相同的不同元素，當(dāng)然了這種方法也是測定不同元素同位素的一個測試途徑。

不過卡流管分離是實(shí)驗(yàn)室方法，正如曼哈頓工程生產(chǎn)幾十千克的鈾-235一樣對電力的需求要遠(yuǎn)高于氣體擴(kuò)散離心機(jī)，目前的技術(shù)來看一個普通的卡流管每天消耗的電力依舊超過1500度。往往在消耗電力方面，能耗要遠(yuǎn)大于分離物的價值。這一點(diǎn)在稀土提純和分離的過程中也是一樣。

不往核武器上扯，現(xiàn)在我們來看稀土的部分。

從稀土礦到稀土產(chǎn)品我們通常會按照下面的步驟進(jìn)行操作：

首先需要預(yù)處理稀土礦石，這里通常會利用物理特性對稀土原礦進(jìn)行初步的篩選，和大多數(shù)粗選礦一樣，通常采用浮選、重選或者磁選法。

這是一個典型的多級浮選設(shè)備。稀土礦石被破碎成粉末之后，放入這個設(shè)備中，形成懸浮液，利用攪拌吹氣的方式讓其中的稀土泥漿分層——密度大的顆粒傾向向下沉、密度小的顆粒傾向向上浮動。

我們就可以逐級的篩選出需要的礦石。同樣，重力篩選和磁力篩選也是依據(jù)類似的原理。這些都是依靠原料的物理特性進(jìn)行的區(qū)分。

然后就是“萃取”。這件事在高價值礦物中是一個通常的處理方式：

通過目標(biāo)物在工作液中的溶解特性進(jìn)行操作。

這個過程就很簡單也很日常了。打個比方，如果我們要沖一杯咖啡，通常會把咖啡豆磨成粉，然后放在咖啡機(jī)或者濾紙上用水通過咖啡粉塊，這時候通過咖啡粉的水溶解了咖啡的風(fēng)味物質(zhì)就成了咖啡液——這個過程就是典型的“萃取”過程。如何分離萃取物呢？蒸發(fā)掉萃取液保留溶質(zhì)就可以了。例如把咖啡液經(jīng)過噴霧器噴到空氣中，水分蒸發(fā)咖啡粉下降，這樣收集出來的咖啡粉就是速溶咖啡了。

稀土也是這樣的原理，不過，分離的時候通常利用溶液的溫度差來進(jìn)行，在萃取階段加熱溶液更多的溶解目標(biāo)礦物、在析出階段冷卻溶液析出溶質(zhì)。反復(fù)的做就可以得到越來越純的稀土（氧化物、稀土鹽）

如果還達(dá)不到目標(biāo)純度和分離度怎么辦？離子交換！

其實(shí)離子交換法用于稀土元素的提取要比前面說的溶萃法歷史更早，在上世紀(jì)40年代就開始這樣處理稀土元素的提純了。其實(shí)，我們用來在反應(yīng)堆核材料中分離鈾和钚也是用的離子交換法。甚至現(xiàn)在一些比較時髦的家庭里用的軟水機(jī)也是利用離子交換法來降低水的硬度的。

在礦物質(zhì)提取方面，離子交換法也叫做濕法冶金。就是利用不同的離子交換素樹脂來吸收溶液中特定離子成分來做的一種礦物質(zhì)富集的操作。

舉個簡單的例子，大家家里喝的自來水中都含有一定的鈣和鎂。過多高溶解鈣和鎂的水叫做硬水。

在我們燒水的時候會在水壺里面留下水垢，一般的來說，成分就是碳酸鈣或者碳酸鎂。到這里你已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)代礦業(yè)的一個最核心秘密——溶液萃取法。你看之前關(guān)于溶液萃取法的描寫后再來對比家中燒水的過程。自來水流經(jīng)很多地區(qū)，溶解了巖石、土壤中的鈣和鎂，到家里的水壺中加熱，水分蒸發(fā)，析出了碳酸鈣和碳酸鎂，在壺底形成水垢，如果水垢是目標(biāo)礦物的話，那么你就發(fā)達(dá)了。

如果裝了軟水機(jī)會怎樣呢？

在離子交換樹脂的作用下，鈣鎂離子被溶液中的鈉離子交換，水中溶解的鈣鎂離子降低、鈉離子增加。由于碳酸鈉的溶解度很高，因此就不會在水壺中留下水垢了——這就是軟水的過程。那么這個過程中的鈣鎂離子哪里去了呢？都被富集到了離子交換樹脂中。這是一個比溶液萃取法更高效的富集過程。用在選礦上不就是一種高效的且有目標(biāo)指向性的礦物提取方式嗎？這就是“濕法冶金”的基礎(chǔ)，只不過工業(yè)生產(chǎn)的時候的規(guī)模更大。

到這里，你已經(jīng)知道了稀土從選礦到最終精煉出成品的全部過程。

那么咱們來說下“純度”

在冶煉過程中，我們都在精煉的過程中提高了產(chǎn)品的純度，但也不可避免的引入了更多雜質(zhì)。其實(shí)純度就是一個均衡的過程。如果真的要不斷的提純那么最好的方式就是利用高能耗的卡流管分離法——這個方法是目前唯一不會引入額外雜質(zhì)而不斷提高成品純度的方式。6N甚至9N都可以做得到。

但是純度對于稀土重要嗎？答案是——根本不重要！

驚喜嗎？意外嗎？

這就得說到稀土的應(yīng)用了，或許你聽過“釹磁鐵”，但是你不會聽到“純釹磁鐵”的存在；或許你聽過“銪激光器”，但你絕對不會聽到“純銪激光器”。對了，你還聽過“鹽焗雞”，但是如果你點(diǎn)這道菜的時候，廚子給你端上來一盤鹽而沒有雞——這時候你一定會掀桌開罵！

稀土的關(guān)鍵在于功能性：它是作為磁性、催化、發(fā)光等材料的“參數(shù)修正器”，純稀土元素構(gòu)成的器件其實(shí)是完全沒有任何意義的。

例如你要做一塊“釹磁鐵”，如果強(qiáng)調(diào)釹的純度做到了6N，那么在這塊磁鐵里的鐵的純度也得做到至少6N，否則6N的釹就沒有了任何意義。那么6N的鐵有沒有呢？很遺憾目前我們的科研部門經(jīng)過了多年攻關(guān)，鐵的純度只做到了5N也就是99.9992%，還真沒有6N的鐵。

這是去年11月的科技成果，已經(jīng)讓大家彈冠相慶了。W君沒接觸過5N鐵，但是4N5的接觸過，也就是99.995%的鐵材料，目前普通 99.9% 的成品純鐵，也就是工業(yè)上常說的“電解純鐵”，市場價約 3000 元一噸，換算下來一公斤才 3 塊多。但是當(dāng)年購買的那個4N5的鐵價格是248元一公斤。

這還沒有完，釹磁鐵其實(shí)叫做“釹鐵硼磁鐵”，其中還得含有硼。釹和鐵都得6N的情況下里面的硼也得6N，有一份2014年被提交的6N硼制備方法的專利，至今沒有駁回也沒有通過。原因很簡單，在制作過程中利用石英玻璃作為高溫下高純度硼的收集載體。當(dāng)溫度上升到幾百度甚至上千度時，硼原子會與二氧化硅發(fā)生反應(yīng)，生成硅化硼或硼氧化物。于是，本來要制備“超高純硼”，結(jié)果反倒被自己的收集器“污染”了。當(dāng)時專利審查的時候權(quán)利人根本說不清楚自己做的高純度硼到底會不會被污染。

這件事到了2020年才被我們的一家企業(yè)攻破，在實(shí)施方式上采用了氣相沉積法。

采用的方式是在鈦探針上沉積硼晶體，收集外層的硼顆粒來做到的——制作這個堪比鉆石。

但問題來了——6N的釹+6N的鐵+6N的硼放在一起的話……所謂的純度就成了笑話，他們互為雜質(zhì)。

無法保證最后生成的Nd?Fe??B是純凈的Nd?Fe??B，那么討論所謂的純度就成了笑話

為什么W君拿釹鐵硼磁體做例子呢？這就是稀土工業(yè)里面的“鹽焗雞”，用鹽（稀土：釹）量極大。

一塊完全反應(yīng)并合格的釹磁體，理論上有26.7%的釹（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），這個事情我們算一下原子量就可以知道了：

Nd：144.24

Fe：55.85

B：10.81

目前這使用量最大的一個案例。而其他的應(yīng)用中稀土也就真跟做菜放鹽一樣，通常的用了在1%甚至是0.01%的量級上。在這些量級上，稀土本身的純度只要不是低的過分基本上不會造成任何影響。

比如在典型的 稀土摻雜熒光粉（如YAG:Ce3?） 或 釹玻璃激光材料 里，稀土含量通常在 1% 或更低。我們就以放進(jìn)去的稀土材料的純度為99.99%和99.9999%的稀土做一個對比：

例如一塊成品質(zhì)量為100克的材料，假設(shè)其中摻入1克純度為99.99%的稀土，那么整個成品中由稀土帶入的雜質(zhì)含量僅為 0.0001%——也就是百萬分之一。

如果把稀土純度再拔高到99.9999%，那么整個成品的雜質(zhì)比例將進(jìn)一步降到 0.000001%，也就是億分之一。

聽起來很“純”，對吧？

但別忘了——這只是100克材料中的一億分之一。

在工程意義上，這樣的“純度提升”幾乎等價于零，可以說是毫無價值。

這就好比往清水里滴一滴更純的水——你當(dāng)然能寫論文，但沒人能喝出區(qū)別。

如果大媽吹噓自己的“萬足金”是所謂的99.9999%，那至少還能帶來一點(diǎn)情緒價值，畢竟那是首飾、是炫耀、是面子工程。

可咱們現(xiàn)在討論的“6N稀土”，說白了——也就只剩下類似的情緒價值了。

在實(shí)驗(yàn)室里追求6N、9N當(dāng)然沒錯，那是科研的對極限的挑戰(zhàn)；

但一旦進(jìn)入工程領(lǐng)域，能量消耗、成本、應(yīng)用容忍度，這些現(xiàn)實(shí)因素會毫不留情地碾碎那點(diǎn)“純度情懷”。工業(yè)界關(guān)心的從來不是“多純”，而是“夠用”；而6N稀土——頂多能讓論文更亮，卻不會提升任何可感知的性能。

例如你聽了某總在發(fā)布會ppt上講經(jīng)過了多少小時的研究、集合了多少名科研專家、給新車配備了6N級別的釹鐵硼磁鐵電動機(jī)，賣了新車，一腳油門踩下去后你會有4N到6N提升后的感知嗎？

其實(shí)——目前鼓吹6N稀土的各種自媒體小文章……

已經(jīng)開始逐步污染了我們的AI系統(tǒng)，不僅僅騙了很多吃瓜群眾，就連AI都被騙了

而真正的情況是：無論是在知網(wǎng)、萬方甚至是維普的論文平臺中我們都找不到任何關(guān)于6N稀土工業(yè)化生產(chǎn)的論文。