问题描述
稀土元素因其特殊的4f亚层电子结构，呈现出丰富而独特的磁、光、电、催化等功能性质，被誉为“现代工业维生素”和“21世纪新材料宝库”，已成为全球公认的重要战略资源。高纯稀土材料作为稀土功能材料的基础物质保障，可以确保从原子、电子层次研究稀土材料组织结构与性能关系，体现稀土元素本征性质。随着稀土在高科技领域的开发应用研究不断取得重大突破，稀土功能材料对稀土材料的纯度提出了更高的要求。例如大功率光纤激光器要求镱等稀土化合物纯度达到5N-6N；闪烁晶体要求镧、铈等稀土卤化物纯度大于4N且水、氧含量<50ppm；集成电路、5G通信等用高纯稀土金属靶材要求稀土金属纯度达到4N5以上。另外，不同应用对高纯稀土材料中的痕量杂质要求提出特殊要求。
稀土元素之间结构、物化性能相似，分离系数小；且碱土、过渡族金属与稀土某些性质非常相似，提纯难度大。国外以日本、美国、英国为主，掌握了高纯稀土材料制备核心技术，稀土化合物纯度达到5N~6N，稀土金属提纯达到4N5~5N级，并实现稳定批量，但其技术和超高纯稀土产品均对我国严格封锁。目前，我国在高纯稀土制备方面与国外还存在较大差距。例如，在稀土化合物方面，国内可以大规模生产3N-4N稀土氧化物，但5N稀土氧化物仅少数厂家生产，大部分杂质元素如Fe、Al、Ca、Si等含量难以控制到1ppm以下；国内高纯稀土卤化物尚处于产业化起步阶段，仅基本掌握4N级高纯无水稀土卤化物制备技术，产品种类少，水、氧杂质含量难以控制到50ppm以下，敏感放射性杂质含量缺乏有效控制手段；在稀土金属方面，我国近年来实现了16种4N级超高纯稀土金属提纯技术的突破，并开展4N5级高纯稀土金属的提纯技术研究，但对于高端应用场景，现有的技术手段对于ppb级的痕量杂质去除效果差，生产效率低、成本高，4N5级高纯稀土金属难以批量化生产。为保障我国高端装备、电子信息、国防军工等领域关键核心材料的自主可控，针对目前高纯稀土提纯工艺流程复杂，装备规模小、提纯效率低、制备周期长等问题，如何解决稀土基体中痕量杂质的高效分离问题，突破5N~6N超高纯稀土化合物、4N5~5N级高纯稀土金属工程化制备技术和关键敏感杂质痕量去除技术，开发精准控制的大型高效提纯新装备是亟待解决的重大工程技术难题。稀土元素之间结构、物化性能相似，分离系数小；碱土、过渡族金属与稀土某些性质非常相似，提纯难度大。国外以日本、美国、英国为主，掌握了高纯稀土材料制备技术，且对我国严格封锁，稀土化合物纯度达到5N~6N，稀土金属提纯达到4N5~5N级，并实现稳定批量。国产稀土化合物及金属产品纯度及规模化制备水平仍低于国外。为保障我国高端装备、电子信息、国防军工等领域关键核心材料的自主可控，针对目前高纯稀土提纯工艺流程复杂，装备规模小、提纯效率低、制备周期长等问题，开发5N~6N超高纯稀土化合物、4N5~5N级高纯稀土金属批量稳定制备技术和关键敏感杂质痕量去除技术，开发精准控制的大型高效提纯新装备是亟待解决的重大工程技术难题。问题背景
我国的稀土研究开发始于上世纪50年代，经过七十余年的发展，建立了包头混合型稀土矿、四川氟碳铈矿、南方离子型稀土矿三大资源地和生产基地，以北京、包头、长春、赣州、宁波等地科研院所为主要研发基地的完整采选冶和材料加工与应用工业体系，实现了从稀土资源大国到生产大国、出口大国及应用大国的跨越，稀土提取分离技术处于世界领先地位。随着我国5G通讯、集成电路、高端显示、医疗装备、核工业等领域快速发展，对稀土化合物及金属材料等基础材料的需求量及产品质量提出了更高的要求。
目前，我国在高纯稀土制备方面与国外还存在较大差距。例如，在稀土化合物方面，国内可以大规模生产3N-4N稀土氧化物，但5N稀土氧化物仅少数厂家生产，大部分杂质元素如Fe、Al、Ca、Si等含量难以控制到1ppm以下；国内高纯稀土卤化物尚处于产业化起步阶段，仅基本掌握4N级高纯无水稀土卤化物制备技术，产品种类少，水、氧杂质含量难以控制到50ppm以下，敏感放射性杂质含量缺乏有效控制手段，尚不能完全满足高科技领域的需求；在稀土金属方面，我国近年来实现了16种4N级超高纯稀土金属提纯技术的突破，并开展4N5级高纯稀土金属的提纯技术研究，但对于高端应用场景，现有的技术手段对于ppb级的痕量杂质去除效果差，部分提纯手段已经到达杂质分离的热力学极限，特定用途的高纯稀土金属对部分关键敏感杂质的要求严苛，现有技术手段往往需多次提纯，造成生产效率低、成本高，4N5级高纯稀土金属难以批量化生产。最新进展（截止问题发布年度）
近十年来，在国家科技攻关、973计划、863计划、国家科技支撑计划、国家自然基金和重点专项等项目支持下，我国的高纯稀土材料制备技术取得了一定进展，产出了一些重要研究成果，部分成果已在稀土企业获得应用。目前，我国少数厂家生产具备批量化生产5N高纯稀土化合物的技术及装备，年产量百吨左右；掌握了16种4N级稀土金属制备技术及装备，部分稀土金属的实验室纯度达到4N5级，几种易提纯金属的产能单炉可达10公斤级，但多数产品单次提纯能力均在公斤级以下。目前，高纯稀土产品的批量化及产品稳定性还难以支撑高端靶材、芯片、光纤等中下游产品的生产，且光电应用产品还需与下游企业共同合作研究特定关键敏感杂质的影响机制，进一步提高稀土化合物及金属的纯度水平。
国外，日美英等国在高纯稀土金属的应用需求及前沿应用开发走在世界前列，稀土化合物纯度达到5N~6N，稀土金属提纯达到4N5~5N级，并实现了规模化制备与应用，但具体制备技术及应用细节对我国完全保密。重要意义
目前，稀土已成为国内外关注的焦点之一，美国和日本等发达国家均将除Pm以外的16种稀土元素列为“稀土世纪的战略元素”，加以战略储备和重点研究；欧盟发布的《欧盟危急原材料》、《用于国防技术的原材料：欧盟也将稀土列为对欧洲军事防务、经济发展至关重要的材料；稀土被广泛应用于十大重点制造业领域，是支撑强国战略不可或缺的关键材料。2023年内蒙古、江西、福建、甘肃、四川、广西、山东、湖南等13个省二十多个市的政府工作报告中均对“稀土”的相关内容表达出高度关注。
因此，发展稀土化合物、金属超高纯提纯工程化技术及装备，将推动超导材料、储氢材料、新型荧光粉、OLED用镀膜材料、闪烁晶体、大功率激光晶体和光纤材料等稀土功能材料发展。一方面，可以进一步提高我国稀土提纯技术水平和稀土产业国际竞争能力，使我国高纯稀土材料实现从跟跑到并领跑的跨越，促进我国磁、光、电等功能材料产业创新，直接经济效益达百亿，带动下游产业规模达万亿，巩固我国在世界稀土冶炼分离领域的领先地位；另一方面，有助于实现稀土高值化应用，拓宽稀土高端应用，增强原始创新底层支撑，解决受制于人的难题，为相关应用提供关键核心材料，对我国的国家安全经济社会发展具有重要作用。
