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稀土元素作为猪饲料添加剂的应用
重庆市畜牧科学院 景绍红 402460
摘要：稀土元素由17种元素组成，稀土元素及其化合物具有特殊的物理化学性质。在我国，一些稀土元素中的盐份和镧系元素（如其中的镧和铈等）被作为饲料添加剂应用于畜禽生产已经有四十多年的历史，有大量文献表明添加微量稀土元素混合物的饲料不仅能提高猪、牛、羊、鸡等的体重，而且还能增加奶类和蛋类的产量。近五年，很多西方国家从我国进口稀土元素作为饲料添加剂应用于猪的研究。结果表明：稀土元素可增加猪的日增重和提高饲料转化率，是一种新型、安全并且实惠的新型促生长剂。本文综述了稀土元素主要是镧系元素在国内外农业特别是养猪业的应用研究成果并解释了其潜在机理，为以后相关研究提供参考依据。
关键词：稀土元素，镧系元素，猪，体增重，饲料转化率
1． 前言
50多年来，抗生素作为饲料添加剂有效地预防和控制了畜禽疾病的发生和流行，但同时也带来了诸多不良后果：如肉类的药物残留；粪便给环境造成的污染；过度使用使动物产生对抗生素的依赖性甚至抗药性等。从2005年底开始，抗生素作为饲料添加剂在欧盟已经被全面禁止。目前全球人口不断增加，动物蛋白需求量不断增加，唯一的方法是增加肉类生产。而全面禁止抗生素会严重影响动物断奶后的健康和产量。这样一来，建立动物卫生保健战略和发展新型饲料已迫在眉睫，人们需要新的促生长素替代品作为饲料添加剂，这些添加剂必须有效、安全并且有助于环境保护。比如说益生菌、益生素、酶类、有机酸还有中草药提取物等。
目前引起人们注意的是一种新型的稀土元素或稀土元素混合物添加剂，包括钪、钇和镧系中从镧到镥等元素。稀土元素在地壳中并不是非常罕见，但数量有限。特别是镧（La，57号元素）、铈（Ce，58号元素）、还有镨（Pr，59号元素）。镧和铈主要存在于地质浓度类似于重要微量元素钴的地质区，因而不算太稀有。由于世界上80%的稀土元素存在于我国，我国成为了这些元素的主要供应方，它们主要以浓缩品、氧化物、合金的形式出口给其他国家。稀土元素主要应用于冶金、化工、电子工业和农业。其中，大约25%的镧矿石被用来制作碳弧灯；25%被用于镧、铈合金的生产，这些合金可以用在火石打火机、镁合金和某些合金铁生产；25%用于玻璃工业：如钕镨混合物、铈盐和其他的镧系元素在玻璃上色和脱色工艺上有重要用途。最后还有25%的镧产品被应用于其他行业，比如电视器件、催化剂、激光器和饲料添加剂。
2．稀土元素在国内农业的应用
2．1．在种植业的应用
在我国，稀土元素，通常是铈、镧和镨的混合物，在农业种植中作为肥料增强剂已经被应用了40余年，并且卓有成效。促进生长和增产的原因至今不清楚，但据推测可能是由于稀土元素与钙元素的相互作用对细胞质膜的结构和功能产生的影响增强了光合作用和酶的活性。
这些效果已被其他国家所证实。在澳大利亚和英国，科学家发现施有稀土元素的土壤可以提高15%的农作物产量 ，而且不会残留于农产品。在水溶性的研究中，Tucher等证明了培养基中的镧系元素对植物中的矿物质产生强烈影响，但由于稀土元素的盐是水溶性的，土壤浓度不会有大幅度增加。
2．2．在养殖业的应用
国内还进行了许多养殖业研究，诸多结果被报道。这些报道指出，添加少量稀土元素的饲料不仅能增加牛、猪、鸡、鱼和兔的体重，还能增加牛奶和鸡蛋的产量。此外，饲料转化率在以上物种都有提高。
稀土元素可加强猪生长性能。何若钢等（1998）发现，饲喂补充了稀土元素日粮的平均体重为7千克（5-9千克）组小猪，体重可增加5%到23%[1]；饲料转化率可提高4%到19%。在体重13-17千克组，体重可增加11%到20%，饲料转化率提高5%到9% [2]。陈樵等（1994）研究发现，生长肥育猪（30—50千克），稀土元素添加剂可使体重增加9%--13%，饲料转化率提高6%--8%[3]。王和许（2003）发表的最新文章，提出体重可增加13%，饲料转化率提高7%。
总的来说，并不是某些特定的稀土元素添加到饲料中，而是以铈 、镧、镨 为主和其他一些镧系元素中某些成分组成的混合物。早期的研究主要采用添加这些稀土元素的硝酸盐和氯化物，而最近的研究主要采用添加有机盐类象柠檬酸和葡萄糖之类，有时再辅以氨基酸的蛋氨酸、赖氨酸、谷氨酰胺之类。
不同研究采用不同浓度。在国内，猪饲料一般采用100 -600毫克/千克浓度。较大的浓度差异导致研究数据缺乏可比性，从而使对稀土元素的作用机制的理解更困难。
3．稀土元素在国外饲养研究应用
欧美国家的饲养条件明显不同于国内，他们更注重家畜品种的选育和饲料的优化，家畜对生长促进剂和增强剂易感性较低。
1999年，Rambeck 等首先进行了一系列猪的饲养试验。用稀土元素盐饲养72只德意志和皮特兰仔猪，平均体重7千克，分为两组，对照组饲喂纯氯化镧（99.7% LaCl3.6H2O），试验组38.0% LaCl3.6H2O + 52.1% CeCl3.6H2O + 3%C rCl3.6H2O，以75毫克/千克和150毫克/千克添加到全价日粮（能量：13兆焦耳/千克；52.7% 大麦,20% 小麦,18.8% 豆类）饲喂五周。结果表明，饲喂了稀土元素混合物的试验组效果最好。体重增加了5%，饲料转化率提高了7%（P〈0.05〉[4]。在He（2001）等进行的另一个试验中，体重17.5千克的杂交仔猪饲喂 300毫克/千克含稀土元素配方。一个月以后，试验组体重明显增加了19%，饲料转化率提高了11%。继续添加一个月后，体重比对照组高了12%，饲料转化率高3%。在瑞士进行的猪场实验把猪分为两组，一组97头仔猪 （初始重11.2千克）,一组176头仔猪(初始重8.3千克)(Schweizer Edelschwein，2003)。分别饲喂16天和30天，与对照组比较，添加了200毫克/千克稀土元素混合物的实验组体重增加3%-10%，饲料转化率提高2%-9%。这是第一次猪场实验证明稀土元素作为添加剂是有效的。
由于负离子的存在，稀土元素盐的生物利用率会受到影响，稀土元素中柠檬酸盐的影响也被考虑。Halle等（2003）发现，柠檬酸盐可以显著提高鸡的体重达7%。但Schuller等（2002）发现，在同样条件下，氯化盐既不能提高体重也不能提高饲料转化率，因此柠檬酸盐被广泛应用于仔猪饲养试验。另外因为柠檬酸盐比氯化盐的吸湿度要小，作为饲料添加剂比较容易置放。在一项持续了六周的饲养试验中，50、100和200毫克的柠檬酸盐添加给28只仔猪（每组7只，体重8.6千克）。按照剂量比例计算，体重增加高达22%，饲料转化率达19%。2004年，Kessler研究发现，柠檬酸盐对整个育肥期有显著的促进作用，以250毫克/千克的浓度添加到饲料中，对照组达104千克需102天；而实验组只需93天；日增重分别是782克/天VS.851克/天；饲料转化率分别为2.5 VS 2.4；差异特别显著。
稀土元素对家畜的健康和肉产品的质量和安全性没有影响。对胴体和肉的质量检测数据显示，所有被测家畜肉是E或U级（两个最高等级，EUROP等级制）。其他有关肉质参数也没有受到稀土元素的影响，例如，PH1和PH24，肉色和瘦肉率均很正常。从试验猪采取的肌肉、肝脏和肾脏样品中，实验组和对照组的稀土元素含量都很低。尽管实验组镧的含量比对照组高，但所有试验猪的镧沉积速度都很低，接近检测极限。
也有研究发现稀土元素添加剂对体重和饲料转化率没有影响。例如，Halle(2003)等做的一项有关猪的肥育试验，在饲料中添加不同稀土元素负离子氧化物，浓度为100毫克/千克，却没有表现出促生长效应，也许是本试验的浓度太低所致。在另一个实验中，稀土元素氯化物（300毫克/千克饲料）几乎对体增重（-4.7% 对比对照组）和饲料转化率(+1.3%对比对照组) 没有作用。
4．结论
稀土元素对猪生产性能产生显著影响的机理目前尚不十分清楚。据分析，虽然胃肠道对稀土元素的吸收很少，但可影响胃肠道微生物的组成，从而促进日粮中营养成分的消化和利用。高浓度的镧系元素通常可以抑制细菌的生长，低浓度的镧系元素可能促进细菌生长。
稀土元素既有微量元素的特征，可划为营养类添加剂；又可以增加胃肠道消化率和稳定有益菌丛，可被视为益生类添加剂。从目前在国内外养猪业的应用效果来看，稀土元素是一种高效、低价、安全的新型饲料添加剂。
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稀土矿加工方法有两种，即湿法冶金和火法冶金。
湿法冶金属化工冶金方式，全流程大多处于溶液、溶剂之中，如稀土精矿的分解、稀土氧化物、稀土化合物、单一稀土金属的分离和提取过程就是采用沉淀、结晶、氧化还原、溶剂萃取、离子交换等化学分离工艺过程。
现应用较普遍的是有机溶剂萃取法，它是工业分离高纯单一稀土元素的通用工艺。湿法冶金流程复杂，产品纯度高，该法生产成品应用面广阔。
火法冶金工艺过程简单，生产率较高。稀土火法冶炼主要包括硅热还原法制取稀土合金，熔盐电解法制取稀土金属或合金，金属热还原法制取稀土合金等。火法冶金的共同特点是在高温条件下生产。
稀土矿在地壳中主要以矿物形式存在，其主要有三种：作为矿物的基本组成元素，稀土以离子化合物形式赋存于矿物晶格中，构成矿物的必不可少的成分‘这类矿物通常称为稀土矿物。
稀土矿作为矿物的杂质元素，以类质同象置换的形式，分散于造岩矿物和稀有金属矿物中，这类矿物可称为含有稀土元素的矿物，如磷灰石、萤石等，呈离子状态被吸附于某些矿物的表面或颗粒间。
扩展资料：
稀土是化学元素周期表中镧系（镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥）15个元素和21号元素钪、39号元素钇（共17个元素）的总称。
据其物理化学性质的差异性和相似性，可分成三个组：轻稀土组（镧～钷）、中稀土组钐～镝）、重稀土组（钬～镥加上钪和钇）。
已发现的稀土矿物有250种以上，其中具有工业价值的约50～60种，最重要的稀土矿物有氟碳铈（镧）矿、独居石、磷钇矿、离子吸附型稀土矿、褐钇铌矿等。
参考资料来源：百度百科-稀土矿加工方法
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稀土发光材料
自古以来，人类就喜欢光明而害怕黑暗，梦想能随意地控制光，现在我们已开发出很多实用的发光材料。在这些发光材料中，稀土元素起的作用很大，稀土的作用远远超过其它元素。
一、稀土发光材料
��物质发光现象大致分为两类：一类是物质受热，产生热辐射而发光，另一类是物体受激发吸收能量而跃迁至激发态（非稳定态）在反回到基态的过程中，以光的形式放出能量。以稀土化合物为基质和以稀土元素为激活剂的发光材料多属于后一类，即稀土荧光粉。稀土元素原子具有丰富的电子能级，因为稀土元素原子的电子构型中存在4f轨道，为多种能级跃迁创造了条件，从而获得多种发光性能。稀土是一个巨大的发光材料宝库，在人类开发的各种发光材料中，稀土元素发挥着非常重要的作用。
��自1973年世界发生能源危机以来，各国纷纷致力于研制节能发光材料，于是利用稀土三基色荧光材料制作荧光灯的研究应运而生。1979年荷兰菲利浦公司首先研制成功，随后投放市场，从此，各种品种规格的稀土三基色荧光灯先后问世。随着人类生活水平的不断提高，彩电已开始向大屏幕和高清晰度方向发展。稀土荧光粉在这些方面显示自己十分优越的性能，从而为人类实现彩电的大屏幕化和高清晰度提供了理想的发光材料。
��稀土荧光材料与相应的非稀土荧光材料相比，其发光效率及光色等性能都更胜一筹。因此近几年稀土荧光材料的用途越来越广泛，年用量增长较快。
��根据激发源的不同，稀土发光材料可分为光致发光（以紫外光或可见光激发）、阴极射线发光（以电子束激发）、X射线发光（以X射线激发）以及电致发光（以电场激发）材料等。
二、光致发光材料—灯用荧光粉
��灯用发光材料自70年代末实用化以来，促使稀土节能荧光灯、金属卤化物灯向大功率、小型化、低光衰、高光效、高显色、无污染、无频闪、实用化、智能化、艺术化方向发展。主要用于各类不同用途的光源，如照明、复印机光源、光化学光源等。其中三基色荧光粉（由红、绿、蓝三种稀土的荧光粉按一定比例混合而成）制成的节能灯，由于光效高于白炽灯二倍以上，光色也好，受到世界各国的重视。稀土发光材料的质量提高和应用技术的发展，推动了新一代节能光源的科研、生产、应用，并带动了许多相关行业的发展，配套能力不断增强。
��典型的热阴极荧光灯是在玻璃管内壁涂有荧光粉，在紫外线激发下发出可见光。当灯通电时，封装在灯两端的钨丝电极之间放电。主要是通过荧光粉将短波辐射转变成可见光而发光。稀土三基色荧光灯，它含有钇、铕和铽稀土荧光粉，能发出更亮的光，比标准荧光灯更接近太阳光谱。同时这种光可以节省50%的能耗，三基色荧光粉是将三种发射窄带红（611nm）、绿（545nm）和兰（450nm）色光谱的三种荧光粉混合而成。灯管先涂一薄层卤磷酸盐荧光粉，然后再涂一薄层三基色荧光粉。每支三基色荧光灯管平均含4.5克荧光粉，其中包括60%Eu3+掺杂的氧化钇（红粉）、30%Tb3+激活的铈镁铝酸盐（绿粉）和10%Eu2+激活的钡镁铝盐（蓝粉）。
��三基色荧光粉常用的稀土激活荧光体有：
红粉：铕（Eu3+）激活的氧化钇、有时用Bi3+共掺杂
蓝粉：铕（Eu2+）激活的硅酸盐基质
铕（Eu2+）激活的铝酸盐基质
铕（Eu2+）激活的氯磷酸盐基质
铕（Eu2+）激活的钡镁铝酸盐
绿粉：铽（Tb3+）、铋（Bi3+）和铈（Ce3
+）激活的镁铝酸盐
铽（Tb3+）和钆（Gd3+）激活的镁钡铝酸盐
1．稀土节能灯
��稀土荧光粉主要应用于办公室、百货商店和工厂中的高性能荧光灯。80年代中期以来，随着含铽较少的较便宜的荧光粉开发成功，这种节能灯的应用迅速增长。90年代中期，国际上推出了TMT2直管型荧光灯，管径仅7mm，功率为6W～13W，光效为621m/W。T5直管型荧光灯管径为16mm，功率14W～35W，28W荧光灯光效可达104m/W，寿命大于16000h。我国新开发的大功率强光型55W～120W适用于室外照明的稀土紧凑型节能荧光灯管，光效801m/W以上。
��新一代高频环保节能灯管T5荧光灯管，是理想的节能照明光源。灯管的特点是涂敷稀土三基色荧光粉为发光体，采用固态汞减少二次污染及高频电点灯的新技术，光效高、光色好、无频闪、提高了光的质量、缩短了工序、降低了能耗、减少了汞污染、净化了生产环境、提高了生产效率，是今后几年大力推广的产品，市场前景优于当前的紧凑型节能荧光灯。
��近年国际上又推出加强型T5高频节能荧光灯管，提高了单位面积的光通量，充分发挥了细管径高光通的作用。
��上海东利照明电器有限公司、江南节能灯厂、华星光电实业公司等单位近日以推出大功率、高光通、高显色、强光型紧凑型节能荧光灯。华星光电实业公司研制生产的T5管径55W～85W E40、E27灯头，体积与功率250W以下的高压汞灯、高压钠灯大致相同，显色指数Ra>80，适用于室外照明。
��节能灯是绿色照明工程的重要组成部分，推广使用稀土三基色节能灯是节约能源、保护环境的有效措施之一。
2．稀土荧光粉用其它类型灯
（1）汞灯
��稀土荧光粉用于高压汞灯中已有多年。这种灯的原理是利用氩气和汞蒸汽中的放电作用，它的光强度高于荧光灯。所用铕激活的钡酸钇荧光粉起改善光色作用。高压汞灯的主要应用是街道和工厂照明，这种场合需要强的白光。但是，近年来钠放电灯和金属卤化物HQT灯已代替了高压汞灯，它的市场已衰落。钠放电灯和金属卤化物HQT灯比汞灯的颜色再现性好，发天然白光。美国通用电报电话公司麻省实验室的研究人员已经研究出一种改良型低色温用的汞灯。将铈激活的钡酸钇荧光粉混入，制成400W的暖色汞灯，照明度25500流明，色温3350K，比普通汞灯的稳定性好、效率高。
（2）碳弧灯
��稀土氟化物加入到棒芯中，使弧光强度提高到10倍，同时弧光颜色由浅黄色变为接近日光色。这种碳弧灯用作探照灯以及彩色电影摄像和放映。
（3）高压钠灯
��高压钠灯中用半透明氧化铝作弧型管材料，氧化铝中添加少量氧化镁和氧化钇作烧结助剂来改善材料的光学性质，为了增强氧化铝的半透明度，氧化钇的粒径应在25微米左右。若粒径太大则会降低强度。目前高压钠灯中存在的问题是稀土杂质偏析导致钠浸蚀氧化铝管。
