稀土不是金首饰，千万别被6个9的稀土骗了，那玩意真没多大意义

昨天有代表性的留言是这个：

在这里咱们得说几个概念了。

很多人说咱们得稀土纯度可以达到99.9999%也就是6N的标准，这件事在实验室里是可以做到的，但成本极其高昂。而且如果把这件事当作“稀土的高端”应用就未免有些“着相”了。

这件事就和我妈的朋友一样，前几天国庆节，一个大妈拜访，W君陪坐聊起来金首饰，大妈说自己的一个手镯是万足金的。

其实打个戳子谁都会，但真有“万足金”吗？简单的解释就是商家在忽悠，例如上面的这两个“万足金”其实就是很普通的4N纯金而且，最上的一个纯度也只是足金的纯度，才是3N也就是99.9%的纯度。大部分金条都比这两个金饰品强。

至于大妈补充的99.9999%也就是6N更是无稽之谈。为什么呢？金做到了99.9999%的纯度其工艺成本要远远高于金块本身的价值。

在1957年澳大利亚的Perth Mint（珀斯铸币厂）为了挑战极限制作了一块演示用13盎司（400克）重的黄金。

标记的纯度达到99.9999%。这块金子没有用作任何金制品，仅仅作为一个人类技术无法超越的丰碑至今依旧在这个铸币厂的展厅中进行展览。

回到咱们所说的稀土，有人的回复是这样的：

稀土W君懂得不太多，但核武器熟悉啊。所谓的铀-235纯度要求92%仅仅影响核心构型和起爆条件，即便是90%的铀-235制作的原子弹核心也是可以正常起爆的。同时，如果是钚弹的话，其中钚-239和钚-240的含量比不能超过93:7，也就是说当一块武器级的钚内的钚-240超过了7%后会因为自发裂变放出中子迅速的污染金属钚，这是造成当年钚弹无法长期保存的一个主要原因了。

从铀中浓缩铀-235其中操作物是铀235和铀238，他们的原子量相差3，而从钚-239中去除钚-240杂质他们的原子量相差为1，要比浓缩铀更难。在这个过程中源头增值速率界定和利用卡流管分离法都是提高钚-239含量的一个最基本形式。

类似于卡流管分离法并不是一个新兴的技术，在曼哈顿工程时期这项技术就已经用于核材料的提纯和测量。

技术很简单：不同质量的离子在相同电场中的旋转半径是不一样的。

正因为这个特性我们可以高效的在电力的驱动下分离同位素和化学性质基本相同的不同元素，当然了这种方法也是测定不同元素同位素的一个测试途径。

不过卡流管分离是实验室方法，正如曼哈顿工程生产几十千克的铀-235一样对电力的需求要远高于气体扩散离心机，目前的技术来看一个普通的卡流管每天消耗的电力依旧超过1500度。往往在消耗电力方面，能耗要远大于分离物的价值。这一点在稀土提纯和分离的过程中也是一样。

不往核武器上扯，现在我们来看稀土的部分。

从稀土矿到稀土产品我们通常会按照下面的步骤进行操作：

首先需要预处理稀土矿石，这里通常会利用物理特性对稀土原矿进行初步的筛选，和大多数粗选矿一样，通常采用浮选、重选或者磁选法。

这是一个典型的多级浮选设备。稀土矿石被破碎成粉末之后，放入这个设备中，形成悬浮液，利用搅拌吹气的方式让其中的稀土泥浆分层——密度大的颗粒倾向向下沉、密度小的颗粒倾向向上浮动。

我们就可以逐级的筛选出需要的矿石。同样，重力筛选和磁力筛选也是依据类似的原理。这些都是依靠原料的物理特性进行的区分。

然后就是“萃取”。这件事在高价值矿物中是一个通常的处理方式：

通过目标物在工作液中的溶解特性进行操作。

这个过程就很简单也很日常了。打个比方，如果我们要冲一杯咖啡，通常会把咖啡豆磨成粉，然后放在咖啡机或者滤纸上用水通过咖啡粉块，这时候通过咖啡粉的水溶解了咖啡的风味物质就成了咖啡液——这个过程就是典型的“萃取”过程。如何分离萃取物呢？蒸发掉萃取液保留溶质就可以了。例如把咖啡液经过喷雾器喷到空气中，水分蒸发咖啡粉下降，这样收集出来的咖啡粉就是速溶咖啡了。

稀土也是这样的原理，不过，分离的时候通常利用溶液的温度差来进行，在萃取阶段加热溶液更多的溶解目标矿物、在析出阶段冷却溶液析出溶质。反复的做就可以得到越来越纯的稀土（氧化物、稀土盐）

如果还达不到目标纯度和分离度怎么办？离子交换！

其实离子交换法用于稀土元素的提取要比前面说的溶萃法历史更早，在上世纪40年代就开始这样处理稀土元素的提纯了。其实，我们用来在反应堆核材料中分离铀和钚也是用的离子交换法。甚至现在一些比较时髦的家庭里用的软水机也是利用离子交换法来降低水的硬度的。

在矿物质提取方面，离子交换法也叫做湿法冶金。就是利用不同的离子交换素树脂来吸收溶液中特定离子成分来做的一种矿物质富集的操作。

举个简单的例子，大家家里喝的自来水中都含有一定的钙和镁。过多高溶解钙和镁的水叫做硬水。

在我们烧水的时候会在水壶里面留下水垢，一般的来说，成分就是碳酸钙或者碳酸镁。到这里你已经发现了现代矿业的一个最核心秘密——溶液萃取法。你看之前关于溶液萃取法的描写后再来对比家中烧水的过程。自来水流经很多地区，溶解了岩石、土壤中的钙和镁，到家里的水壶中加热，水分蒸发，析出了碳酸钙和碳酸镁，在壶底形成水垢，如果水垢是目标矿物的话，那么你就发达了。

如果装了软水机会怎样呢？

在离子交换树脂的作用下，钙镁离子被溶液中的钠离子交换，水中溶解的钙镁离子降低、钠离子增加。由于碳酸钠的溶解度很高，因此就不会在水壶中留下水垢了——这就是软水的过程。那么这个过程中的钙镁离子哪里去了呢？都被富集到了离子交换树脂中。这是一个比溶液萃取法更高效的富集过程。用在选矿上不就是一种高效的且有目标指向性的矿物提取方式吗？这就是“湿法冶金”的基础，只不过工业生产的时候的规模更大。

到这里，你已经知道了稀土从选矿到最终精炼出成品的全部过程。

那么咱们来说下“纯度”

在冶炼过程中，我们都在精炼的过程中提高了产品的纯度，但也不可避免的引入了更多杂质。其实纯度就是一个均衡的过程。如果真的要不断的提纯那么最好的方式就是利用高能耗的卡流管分离法——这个方法是目前唯一不会引入额外杂质而不断提高成品纯度的方式。6N甚至9N都可以做得到。

但是纯度对于稀土重要吗？答案是——根本不重要！

惊喜吗？意外吗？

这就得说到稀土的应用了，或许你听过“钕磁铁”，但是你不会听到“纯钕磁铁”的存在；或许你听过“铕激光器”，但你绝对不会听到“纯铕激光器”。对了，你还听过“盐焗鸡”，但是如果你点这道菜的时候，厨子给你端上来一盘盐而没有鸡——这时候你一定会掀桌开骂！

稀土的关键在于功能性：它是作为磁性、催化、发光等材料的“参数修正器”，纯稀土元素构成的器件其实是完全没有任何意义的。

例如你要做一块“钕磁铁”，如果强调钕的纯度做到了6N，那么在这块磁铁里的铁的纯度也得做到至少6N，否则6N的钕就没有了任何意义。那么6N的铁有没有呢？很遗憾目前我们的科研部门经过了多年攻关，铁的纯度只做到了5N也就是99.9992%，还真没有6N的铁。

这是去年11月的科技成果，已经让大家弹冠相庆了。W君没接触过5N铁，但是4N5的接触过，也就是99.995%的铁材料，目前普通 99.9% 的成品纯铁，也就是工业上常说的“电解纯铁”，市场价约 3000 元一吨，换算下来一公斤才 3 块多。但是当年购买的那个4N5的铁价格是248元一公斤。

这还没有完，钕磁铁其实叫做“钕铁硼磁铁”，其中还得含有硼。钕和铁都得6N的情况下里面的硼也得6N，有一份2014年被提交的6N硼制备方法的专利，至今没有驳回也没有通过。原因很简单，在制作过程中利用石英玻璃作为高温下高纯度硼的收集载体。当温度上升到几百度甚至上千度时，硼原子会与二氧化硅发生反应，生成硅化硼或硼氧化物。于是，本来要制备“超高纯硼”，结果反倒被自己的收集器“污染”了。当时专利审查的时候权利人根本说不清楚自己做的高纯度硼到底会不会被污染。

这件事到了2020年才被我们的一家企业攻破，在实施方式上采用了气相沉积法。

采用的方式是在钛探针上沉积硼晶体，收集外层的硼颗粒来做到的——制作这个堪比钻石。

但问题来了——6N的钕+6N的铁+6N的硼放在一起的话……所谓的纯度就成了笑话，他们互为杂质。

无法保证最后生成的Nd₂Fe₁₄B是纯净的Nd₂Fe₁₄B，那么讨论所谓的纯度就成了笑话

为什么W君拿钕铁硼磁体做例子呢？这就是稀土工业里面的“盐焗鸡”，用盐（稀土：钕）量极大。

一块完全反应并合格的钕磁体，理论上有26.7%的钕（质量分数），这个事情我们算一下原子量就可以知道了：

Nd：144.24

Fe：55.85

B：10.81

目前这使用量最大的一个案例。而其他的应用中稀土也就真跟做菜放盐一样，通常的用了在1%甚至是0.01%的量级上。在这些量级上，稀土本身的纯度只要不是低的过分基本上不会造成任何影响。

比如在典型的 稀土掺杂荧光粉（如YAG:Ce³⁺） 或 钕玻璃激光材料 里，稀土含量通常在 1% 或更低。我们就以放进去的稀土材料的纯度为99.99%和99.9999%的稀土做一个对比：

例如一块成品质量为100克的材料，假设其中掺入1克纯度为99.99%的稀土，那么整个成品中由稀土带入的杂质含量仅为 0.0001%——也就是百万分之一。

如果把稀土纯度再拔高到99.9999%，那么整个成品的杂质比例将进一步降到 0.000001%，也就是亿分之一。

听起来很“纯”，对吧？

但别忘了——这只是100克材料中的一亿分之一。

在工程意义上，这样的“纯度提升”几乎等价于零，可以说是毫无价值。

这就好比往清水里滴一滴更纯的水——你当然能写论文，但没人能喝出区别。

如果大妈吹嘘自己的“万足金”是所谓的99.9999%，那至少还能带来一点情绪价值，毕竟那是首饰、是炫耀、是面子工程。

可咱们现在讨论的“6N稀土”，说白了——也就只剩下类似的情绪价值了。

在实验室里追求6N、9N当然没错，那是科研的对极限的挑战；

但一旦进入工程领域，能量消耗、成本、应用容忍度，这些现实因素会毫不留情地碾碎那点“纯度情怀”。工业界关心的从来不是“多纯”，而是“够用”；而6N稀土——顶多能让论文更亮，却不会提升任何可感知的性能。

例如你听了某总在发布会ppt上讲经过了多少小时的研究、集合了多少名科研专家、给新车配备了6N级别的钕铁硼磁铁电动机，卖了新车，一脚油门踩下去后你会有4N到6N提升后的感知吗？

其实——目前鼓吹6N稀土的各种自媒体小文章……

已经开始逐步污染了我们的AI系统，不仅仅骗了很多吃瓜群众，就连AI都被骗了

而真正的情况是：无论是在知网、万方甚至是维普的论文平台中我们都找不到任何关于6N稀土工业化生产的论文。