一、废旧金刚石绳索取心钻进
绳索取心钻进是金属不提钻取心(钻进)方法之一,即在钻进过程中,当岩心管装满岩心或岩心堵塞时,不需要把孔内的全部钻杆柱提升到地面,而借助专用的打捞工具从钻杆柱内把内岩心管取上来;只有当钻头磨损失需要检查或更换时才提升全部钻杆柱的钻进方法。它是回收当代地质钻探的一种新方法;在我国发展十分迅速。以绳索取心为主体的做金做金刚石钻探,已成为地质钻探三大技术体系之一。
(一)金刚石绳索取心钻探的属回收特点和功能
图2-1绳索取心钻探示意图
1—金刚石钻头;2—扩孔器;3—内管总成;4—外管;5—打捞器;6—钻杆柱;7—绞车;8—钢丝绳
金刚石绳索取心钻探是指在钻探施工过程中提取岩心时不用提升全套钻柱,而是通过绞车和钢丝绳把打捞器下放到孔内,将容纳岩心的内管连同岩心一同提至地表;然后再将空的内管投放孔内(自重投入,干孔用钢丝绳送入,仰孔和水平孔用泵送入),继续钻进,如此重复进行(图21)的取心钻探方法。
1.绳索取心钻探的废旧特点
在钻探施工过程的回次钻进中,不用提出全套钻柱(包括外管)、而借助绳索打捞器打捞内管取心,金属可实现长孔段连续钻进。
2.绳索取心钻探的回收主要功能
1)减少升降钻具时间,增长纯钻进时间,大幅度提高钻探效率,降低每米钻探成本。
2)有效提高岩矿心采取数量与品质。做金做
3)明显提高金刚石钻头寿命。属回收
4)增加钻孔的废旧稳定性,减少坍塌掉块现象。
5)减少钻杆连接螺纹的金属磨损,延长钻杆寿命。
6)减少钻机升降作业系统的回收磨损与动力消耗。
7)便于根据岩层变化更换内管类型或更换无岩心钻进。做金做
8)绳索取心钻具可兼用于下封隔器进行地层渗透性试验,属回收输送聚合物混合液以护孔堵漏。
9)减轻现场操作人员劳动强度。
(二)金刚石钻进采用绳索取心的意义
1.普通金刚石双管的缺憾
普通金刚石双管钻进小时效率高、进尺快;但突出存在以下两方面问题:
(1)回次钻进时间短
其原因是:
1)岩心容纳管的长度有限。
2)在破碎地层钻进或由于操作使用问题容易造成岩心堵塞,必须提钻。
(2)提、下钻辅助时间长
据统计,岩心钻探的纯钻进与升降工序时间各占计入台月时间的30%～40%。辅助时间主要部分是升降钻具时间,孔愈深所占比例愈大。
随着资源开发利用程度的提高,地质勘探钻孔的深度有增加趋势;如何缩短辅助时间,研究认为:关键在升降工序。
减少升降工序时间的途径有以下几个方面:
1)改进升降设备及操作,减少升降钻具时间。这是过去一直强调的一个方面,但效果有限;并且在金刚石钻进中,如果提下钻速度过快则会产生较大的抽吸及压力激动,不利于保持孔壁稳定;甚至还容易产生事故。
2)采用绳索取心。采用绳索打捞岩心容纳管(内管)而不提出钻杆的方法,能大大节约升降钻具时间,这种方法简单、易行,适用范围广,有利于推广应用。
3)柔杆钻探。实施有一定难度,我国只进行过阶段性试验,适用孔深亦有限。
4)反循环连续取心。岩心随钻进被反循环冲洗介质携带到地表,不需专门捞取,能获得实时样品且更大程度地节约了升降工序的时间。但反循环连续取心对设备及工艺的要求较高,目前应用的钻孔深度也有限。
2.绳索取心钻进的优点
绳索取心能大幅度减少提下钻次数,提高钻进效率,同时能减少钻头与孔壁碰撞及扫孔造成的消耗;岩心堵塞能及时打捞,既能保证岩心、矿心质量,也能提高纯钻小时效率和钻头寿命。此外,钻杆与孔壁间隙小,有一定屏蔽作用;钻杆升降次数少则有利于保护孔壁和快速穿透复杂孔段;打捞通道还有利用于钻孔弯曲测量及其他孔底监测等。绳索取心的优点可概括为“三高”、“两低”、“一优”。
1)“三高”即钻速及钻头寿命高,纯钻进时间利用率高,岩(矿)心采取率高。
2)“两低”即工人劳动强度低,钻探成本低。
3)“一优”即岩心矿心品质优良,结构清晰,完整度好,纯洁性高。
(三)金刚石绳索取心钻具结构
1.实现绳索取心钻进对钻具结构的基本要求
绳索取心钻进要求必须具有既能取心又能在钻杆内升降内管的钻具。因此,与普通金刚石小口径钻具相比,绳索取心钻具除了能够实现单动和卡取容纳岩心外,还必须完成下列主要动作:
1)内管必须从钻杆内通过。采取途径:①增大钻杆内径,使用薄壁、大径钻杆并要求内外平整。②适当缩小内管外径、增加钻头底唇面厚度。
2)内、外管相对独立(打捞时能分离)。
3)内管总成能悬挂在外管总成内的座环上。并使卡簧座端部离钻头内台阶有一定的间隙,保证钻具良好的单动性和底部的通水性。
4)内管总成到达外管总成中预定位置时,能及时反馈信号。
5)打捞器在一定速度范围内能从钻杆中下到内管总成上端,并把装有岩心的内管总成捞取上来。
6)钻进时内、外管有固定的相对位置。即需要限位装置,限位装置有上、下之分:①定位机构。防止内管总成在岩心推力及冲洗液上举力作用下上行,形成“打单管”现象。②悬挂机构。防止内管总成底端直接座在钻头内台阶上,堵水,摩擦或破坏单动性能。
7)需要有能抓住内管总成,且能取消限位,释放内管总成的打捞机构装置。
8)需要有安全解脱内管装置。
在打捞器捕捉住内管总成提拉不动或提升过程中遇阻时,能够安全解脱内管总成,以防止损坏钢丝绳。
此外,绳索取心钻具还应具有内管总成长度能够调节、内管受到保护、岩心堵塞报信等要求。
2.绳索取心钻具组成
根据绳索取心钻进的技术要求,为了使钻具结构简单,动作灵活,经久耐用,以达到提高钻进效率、减轻劳动强度、降低钻探成本之目的,我国在绳索取心钻进技术生产试验、扩大应用的同时,不断总结经验,研制、采用了多种形式的绳索取心钻具。随着使用经验的积累和应用领域的拓宽,绳索取心钻具的结构(部件)还在不断改进和完善,并且派生出新的钻具。但其基本结构原理和形式仍未发生变化。
它们虽然都有着各自的特点,但在钻具结构上,与世界各国的金刚石绳索取心钻具大致相似。
下面以我国研制、常用的S75型绳索取心钻具为例作介绍。绳索取心钻具可分为单动双层岩心管总成、打捞器总成、钻杆和钻头4个部分。随着钻探条件、取心要求、钻孔角度、深度以及孔内岩层、孔壁稳定和漏失情况的不同,局部结构会有变化。
(1)单动双层岩心管总成部分(图2-2)
图2-2 S75绳索取心钻具双管总成结构图
1—弹卡挡头;2—捞矛头;3—弹簧销;4—回收管;5—张簧;6—弹卡室;7—弹卡钳;8—弹簧销;9—弹卡座;10—弹簧销;11—弹卡架;12—内接头;13—锁;14—碟形弹簧;15—垫圈;16—螺母;17—开口销;18—弹簧座;19—黄油嘴;20—螺母;21—垫圈;22—阀堵;23—轴承;24—调节螺母;25—接头;26—下轴;27—外管;28—内管;29—扩孔器;30—内管接头;31—卡簧;32—卡簧座;33—钻头;34—悬挂座环;35—悬挂肩套;36—扶正环
单动双层岩心管总成又分为外管总成和内管总成。
1)外管总成。由弹卡挡头—弹卡室—上扩孔器—外管—下扩孔器—钻头组成并按序连接。
2)内管总成。由捞矛头—弹卡装置—到位报信机构—岩心堵塞报警机构—单动机构—内管保护机构—调节机构—内管—卡心装置组成并连接。
绳索取心钻具单动双层岩心管总成是实现绳索取心的核心部分。其中弹卡钳又称定位机构,在钻进时防止内管上移。阀体及其有关组合部件又称到位报讯机构,这种机构国外大部分钻具没有,但生产实践中十分需要。该机构采用液压差报讯原理,其阀堵可以自动实现3个不同位置(内管下降、钻进状态、打捞状态),钻具到位报讯灵敏准确,可使钻探人员准确掌握开始钻进的时间。蝶形弹簧及其有关组合部件又称岩心堵塞报讯机构,当岩心充满内管或发生堵塞压缩弹簧,推动内管上移,使水眼三分之二面积被阻塞而泵压骤升,既防止了烧钻,又可使钻探人员及时中止钻进。扶正环又称扶正机构,固定在扩孔器与外管螺纹连接处,对内管起扶正定中心作用。内管和外管的长度可以根据具体需要情况作同步增长或缩短。内管通过上部轴承实现单动,其内壁宜光滑以减少岩心进入阻力。很多派生绳索取心钻具产品,都是从变化内管总成结构,增加若干功能机构来实现的。
(2)打捞器总成部分(图2-3)
图2-3 S75绳索取心钻具打捞器
1—打捞钩;2—弹性圆柱销;3—捞钩架;4—弹簧;5—铆钉;6—脱卡管;7—重锤;8—弹性圆柱销;9—安全销;10—圆柱销;11—接头;12—油杯;13—开口销;14—螺母;15—垫圈;16—轴承;17—压盖;18—连杆;19—索卡套;20—绳卡芯;21—圆柱销;22—定位销套
打捞器总成由接头—单动防扭轴承—安全销—重锤—脱卡管—打捞钩组成并连接。
在钻探取心过程中,通过专用的地表绞车和钢丝绳下入或提升打捞器来安放和提取内管总成。只有在孔内充满冲洗液并且在不会造成损伤的前提下,内管总成才自由投入而不用打捞器送入孔底。在大斜度孔和水平孔钻进时,打捞器要通过泵送的方法才能到达孔内预定位置。打捞器能实现安全脱钩。当捞取岩心遇阻时,绳索取心绞车用力向上提拉,直至将安全销拉断。如不见效,则拉紧钢丝绳,由孔口沿钢丝绳投入脱卡管,当脱卡管到达打捞钩上端时,放松钢丝绳,打捞钩头部斜面沿捞矛头的圆锥体向下滑移并逐渐张开;与此同时,打捞钩尾部向内收缩;这样,脱卡管便可罩住打捞钩尾部,使打捞钩与内管总成脱开而提出钻孔,然后在地表处理。
整套钻具必须具有如下机构:
图2-4弹卡定位机构
1—弹卡挡头;2—捞矛头;3—弹簧销;4—回收管;5—张簧;6—弹卡室;7—弹卡;8—弹簧销;9—弹卡座
1)定位机构。其主要作用是钻进过程中固定内岩心管在工作位置,它是钻具结构的关键部分。采取的结构形式各不相同,大体上分为弹卡和球卡两种类型,其中弹卡型应用较多,中国、瑞典、美国等均采用这种形式。图2-4所示为弹卡定位机构,它主要由弹卡架、弹卡、张簧等零部件组成。内管总成投入钻杆内后,弹卡借助张簧的弹力张开一定角度,并沿钻杆内壁下滑,到达外管总成中的预定位置时,弹卡两翼进一步张开,并贴在弹卡室的内壁上,其上端有较小内径的弹卡挡头,钻进过程中可以防止内管总成左右摆动和向上串动,同时,弹卡室内壁上所镶焊的合金或弹卡挡头上的拨叉带动内管轴承上部机构和外管总成一起旋转,以减少弹卡的磨损。
2)悬挂机构(见图2-2所示)。由内管总成上的悬挂环与外管总成中的座环组成,可使卡簧座与钻头内台阶保持2～4mm间隙。
3)打捞机构。它由打捞器的打捞钩、内管总成的捞矛头及回收管组成(见图2-2和图2-3)。打捞钩与重锤下行,冲击捞矛头后张开,继续下行至捞矛头颈部,弹簧使之复位收拢,抓住捞矛头。开动绞车上提,回收管上行迫使弹卡钳收拢,使内管总成从定位机构中释放出来(图2-5)。
图2-5打捞示意图
1—回收管;2—弹卡;3—弹卡挡头;4—打捞钩
4)单动机构。由轴、轴承、轴承座,及蝶簧座组成(图2-2)。
5)内管保护机构。见图2-2所示,它是由轴,轴承座、弹簧、弹簧套组成的缓冲机构。采心时,外管带动轴上行压缩弹簧,卡簧座坐在钻头内台阶上,可以避免内管承受大的拉力而损坏。
6)调节机构。见图2-2所示,它由调节螺母及调节接头组成,可调节卡簧座与钻头内台阶的间隙。
7)扶正机构。在外管下端近钻头处装置扶正环。扶正环用以扶正内管,保证内外管同心和便于岩心进入。扶正环常用黄铜或尼龙制作并开有通水槽。
8)安全脱卡机构。在打捞受阻时,为避免拉断钢丝绳,有两种安全脱卡形式:①打捞器上有安全销,其抗拉强度小于钢丝绳;②稍放松钢丝绳,使打捞钩顺捞矛头的锥面向下并张开。顺钢丝绳投入脱卡管罩住打捞钩尾部,打捞钩无法收拢而与内管总成脱离接触。
9)干孔送入机构。干孔或孔内液面低时,内管总成高速下落可能造成钻具损坏。因此应用钢丝绳送入。但要求到位后能自动脱离、回收。干孔送入机构可与打捞器设计为一体(如YS-60可拆除),亦可另附装置。S75钻具可利用已有的附加装置,该装置亦可用于安全脱卡。
10)到位报信机构。由弹卡架、复位簧、阀体、定位簧、弹簧、调节螺堵、阀堵等组成。投放内管时阀堵关闭,液流从内管与钻杆的间隙中流通。到位后悬挂坐落在座环上,环隙被堵塞,冲洗液压力升高,克服张簧的张力使阀堵下移,阀门打开,阀堵的粗径移出定位簧后、定位簧即限制其复位,泵压下降。因此泵压的变化即到位信号。捞取岩心时,提捞矛,阀体及阀堵随之上行,直至阀堵越过堵水位置,不阻碍冲洗液下泄。内管总成提出地表后,复位簧使阀堵自动回到关闭位置。
11)岩心堵塞报警机构。由滑套、蝶簧、调节螺母等组成。内管打捞或岩心堵塞时顶起内管,压缩蝶簧,使滑套向上运动,直至堵塞悬挂接头上的通水眼,使泵压升高(图2-6)。
图2-6岩心堵塞报警示意图
1—通水眼;2—滑套;3—碟簧;4—外管;5—调节螺栓
悬挂接头通水眼处有限位台阶,滑套只能堵塞通水面积的2/3,这样在报警的同时不致造成烧钻事故。
(3)绳索取心钻杆
其与常规金刚石岩心钻探用钻杆的不同点是,地质岩心钻探用的绳索取心钻杆一般要求内平和外平,以便在钻杆内升降内管总成;并尽量减少钻头壁厚,采取较粗的岩心。
(4)绳索取心金刚石钻头
绳索取心钻探效果在很大程度取决于正确地选择金刚石钻头。通常把金刚石钻头有一定寿命作为某一工矿区采用绳索取心技术的先决条件之一。例如金刚石钻头寿命要是回次进尺长度的5～10倍,通常不低于30m;只有最坚硬岩层才降低到15～30m。而大量情况下为30～300m,少数条件下高达500～1000m。
绳索取心钻头因克取环面较宽,特别讲究钻头唇面造型与水路冲洗冷却条件。
根据岩层情况,分别选用天然金刚石表镶钻头、聚晶钻头、复合片钻头和人造金刚石孕镶钻头。
(四)绳索取心钻具规格系列
金刚石绳索取心钻具的规格系列标准,随着推广应用的经验积累和应用范围的扩大而不断完善。
我国原地质矿产部于1976年完成第一种规格S56绳索取心钻具的试验、技术鉴定并批量生产,迄今已开发、形成S46,S59,S75,S91四种口径标准系列绳索取心钻具。同时还开发了专门用于煤田钻探、坑道钻探、水文地质钻探、深孔和复杂条件下用的增强型绳索取心钻具,派生出内管为半合管型的,带三层管的(第三层为塑料管,可与岩心一齐储存)、内管超前的、兼能采集气体的以及孔底局部反循环绳索取心钻具,专门应用于松软、脆碎、易被冲蚀的岩矿层钻探取心,或者用于采取非挠动岩矿心样品。并成功开发了带液动锤的绳索取心钻具和不提钻换钻头的绳索取心钻具,进一步扩大了绳索取心钻探应用领域与效果.特别是用于若干复杂地层和硬岩层钻进更为有利。
我国地质系统研制和采用的绳索取心钻具规格系列。按用途分为如下六类:
1)常规绳索取心钻具规格有46mm,59mm,75mm,91(95)mm。
2)坑道内水平孔用绳索取心钻具规格有46mm,59mm。
3)带液动冲击器的绳索取心钻具规格有59mm,75mm,91mm。
4)增强型绳索取心钻具(用于复杂地层和深孔)规格目前有75mm。
5)不提钻换钻头绳索取心钻具规格有75mm,91(95)mm。
6)水文钻探用绳索取心钻具规格目前有135mm。
在国内,除原地质矿产部研制采用的绳索取心钻具外,其他部门和地方省市地勘单位亦研制了若干品种系列的绳索取心钻具:如原冶金部门和有色金属总公司系统的YS系列和TK系列,原煤炭部门的SQ系列,原四川省地矿局的SM系列;原北京市地矿局的JS系列;原河北省地矿局SZG系列;以及原黄河水利委员会设计院的SG型绳索取心钻具等。上述绳索取心钻具包括带液动锤的、在坑道内使用的、带三层管和半合管的,以及增强型绳索取心钻具等类型,都有各自特点,并在生产中推广应用。
(五)绳索取心钻探技术的应用领域
随着地质勘探事业的发展,绳索取心钻探技术的进步,在世界范围内其应用领域亦不断拓宽。已经应用的领域有:固体矿产钻探、砂矿钻探、石油、天然气钻探、工程地质钻探、地热钻探、水域钻探、冰层钻探、科学深孔钻探、坑道钻探。
(六)金刚石绳索取心钻探工艺
在进行绳索取心钻探施工之前,现场操作人员必须经过技术培训,要求熟悉绳索取心钻具结构原理和使用维护规程,能熟练根据钻探施工条件,合理掌握钻进参数,充分发挥金刚石绳索取心钻探优越性,减少各类事故,保证绳索取心顺利进行。
1.钻探准备工作
1)钻探设备的选择包括钻机(最好能实现机上捞心,采用大通孔立轴钻机或动力头钻机)、泥浆泵、绳索取心绞车等设备以及拧卸、提引工具等进行合理选择,性能可靠。
2)钻孔结构设计通常情况下当钻孔不超过1000m时,宜用一径或两径到底的钻孔设计。只有在地层复杂,孔深较大时,才采取多径成孔的钻孔结构。金属矿多用69mm孔径,煤田多用75mm,95(91)mm孔径。
3)钻具选择根据所钻探的岩、矿层情况,合理选择取心管的类型。例如采用常规结构、带半合管或三层管结构等。
4)钻杆选择根据岩层复杂程度和孔深情况,合理选用常规绳索取心钻杆或增强型钻杆。
5)钻头选择按照钻探所遇岩层和矿层,合理选择不同结构和磨料的钻头,达到保证质量、提高效率、降低成本的目的。
6)冲洗液的选择根据地层稳定性和完整程度,合理选择冲洗液类型。如果使用泥浆,要保证泥浆性能,防止钻探过程中出现各类孔内事故和钻杆内结泥皮现象。
2.绳索取心钻具的组装、检查与调整
新采用的绳索取心钻具下孔前,应按照说明书对内、外管和打捞器总成进行认真检查,然后将内管总成装入外管总成,调整内外管长度配合,并用打捞器试捞内管总成,确认符合技术要求后方能下孔使用。
1)外管总成的组装和检查外管总成由钻头、扩孔器、稳定器(上部),外管、弹卡室、弹卡挡头、座环及扶正环组成。检查时注意:①外管每米弯曲度不大于0.3mm;②扶正环无变形;③稳定器之外径宜略小于扩孔器;④所有螺纹处要涂丝扣油,以增强密封性能,方便拧卸。
2)内管总成的检查内管总成由捞矛头、弹卡、单动轴承、内管、卡管座等组成。检查时注意:①各部件丝扣拧紧,尤其要防止卡簧座倒扣(有用反扣设计);②装入弹卡动作应灵活,两翼张开间距应大于弹卡室内径;③钻具有到位报信机构时,宜根据孔深调节工作弹簧预压力,单位机构灵活,轴承套内注满黄油;④内管平直无弯曲现象和凹坑;⑤卡簧内径与钻头内径相匹配,比钻头内径小0.5mm为宜。
3)打捞器检查将打捞器与绳索取心绞车的钢丝绳相连接,并注意检查:①打捞钩安装周正,无偏斜;②尾部弹簧灵活可靠,头部张开距离以8～12mm为宜;③脱卡管能确保安全脱卡作用。
4)内外管总成装配和调整装配时注意检查:①弹卡与弹卡挡头的顶面应保持一定距离,一般为3～4mm;②卡簧座与钻头内台阶保持合理间隙,一般为2～4mm。该间隙可通过内管总成调节螺母进行调整;③内管总成在外管总成卡装牢固,捞取方便灵活。
3.金刚石绳索取心钻进工艺参数
绳索取心钻进和常规金刚石岩心钻探一样,必须根据岩层特性、钻头类型、钻孔深度、钻孔倾角、钻孔直径,冲洗液类型和所用设备和钻具性能等因素选择优化钻进工艺参数,主要指钻压、转速和冲洗液量。上述参数的合理选择,是决定取心质量、钻速、钻头寿命、回次进尺长度、提钻间隔等技术经济指标的主要因素。
1)钻压绳索取心钻进环状克取面积比常规取心钻进要大,因此钻进时所用钻压亦相应增大。绳索取心一般用于中硬至硬(6～11级)的岩层中钻进,当用常规表镶和孕镶金刚石钻头时的钻压范围,推荐值如表2-1所示。实际采用钻压应按具体岩层条件、钻头类型、钻头实际尺寸(如超径钻头)等,通过实践合理确定。为减少钻孔弯曲,降低钻压,绳索取心钻进宜选用底唇面接触面积小的钻头,如多水口、交错唇面和齿形结构的钻头,可以明显降低钻进时所需的钻压,利于防止孔斜。
表2-1绳索取心钻进用钻压推荐值
2)转速和常规金刚石取心钻探一样,在孔径、孔深、冲洗润滑条件、孔壁稳定性、岩层研磨性、钻杆坚固性以及设备等条件允许下,尽量取较高转速钻进。当用孕镶钻头时,平均钻头的线速度一般为1.5～3.0m/s;当用表镶钻头时则为1～2m/s。上述转速亦宜根据具体施工条件确定。
3)冲洗液和冲洗液量。绳索取心钻进在条件许可时宜用无固相和低固相并加有润滑剂的冲洗液。当用泥浆时宜用优质搬土做原料,防止在钻杆内结泥皮现象。确定冲洗液量的要素有两种:①保持环状间隙上返流速在0.45m/s至1.0～1.5m/s范围内。②保持钻头唇面单位面积(cm2)冲洗液量在3～5L/min(中硬至硬岩)或2.4～4.0L/min(硬至坚硬岩)。根据后者用不同直径的绳索取心孕镶金刚石钻头,钻进时所需冲洗液量推荐值见表2-2所示。上述冲洗液量亦宜根据具体施工条件合理确定。
表2-2绳索取心钻进冲洗液量推荐值
4.绳索取心操作要领
(1)投放内管
将检查合格的内管总成,由机上或孔口投入孔内。遇漏失层孔内无冲洗液时不用投放内管,应用打捞器干孔送入机构送入孔内,亦可泵入适量冲洗液后迅速投入内管总成。
(2)开始钻进
当在孔口投入内管并确认内管已下降到位后,才能开始扫孔钻进。钻进过程中如发现岩心堵死.或者当进尺已接近岩心容纳管长度时,应停止钻进,并适当冲洗钻孔。
(3)捞取岩心
捞取岩心根据所用设备采用孔口下打捞器捞取法或机上下打捞器捞取法。
1)孔口打捞法。操作程序包括提断岩心、提升主动钻杆、卸开主动钻杆、钻机移离孔口、下放打捞器、开动绳索绞车提升内管总成、将备用内管总成二次投入。
2)机上打捞法。操作程序包括提断岩心,钻具不离开孔底,卸开机上捞取岩心专用水龙头压盖(图2-7),打捞器通过水龙头下入机上钻杆而到达孔底,开动绳索绞车,提升内管总成。尤其在采用机上打捞法时宜用回水漏斗(图2-8)将溢出的冲洗液引向水源箱。
(4)大斜度和水平孔绳索取心钻进
在钻进大斜度和水平孔用绳索取心时,钻杆柱有专门机构进行起下钻。投放内管和打捞岩心时则由专门设计的安全输送装置进行(图2-9)。操作程序是:①投放内管。将内管塞入钻杆。再塞入安全输送器,接上封接头,启动水泵,借泵压将内管送下,到位后提出输送器,进行钻进。②捞取内管。回次终了,将卸去加重杆的打捞器接在输送器上塞入钻杆,接上密封接头,启动水泵,借泵压将打捞器送抵孔底内管总成顶部,捞住矛头,拉出内管总成并取心。
图2-7机上捞取岩心专用水龙头
1—压盖;2—三通接头;3—轴承;4—内套;5—异径接头胶管
图2-8回水漏斗
1—漏斗;2—接头;3—胶管;4—卡盘
图2-9绳索取心内管和打捞器安全输送装置
1—内管总成;2—打捞器;3—输送器;4—密封接头
图2-10所示为专门设计用于水平孔的水龙头结构图。其上部带中心孔的塞堵是泵送内管和打捞器用的。钻进时则更换实心塞堵。水龙头内孔能通过打捞器和内管总成。
图2-10水平孔用水龙头结构图
5.钻具的维护保养
为了保证绳索取心钻具的正常使用,防止钻具零部件失灵。捞取岩心失效而导致提钻处理甚至发生孔内事故,必须经常检查钻具,作好维护保养工作。重点检查项目是:
1)弹卡磨损情况和张簧是否变形,并经常注油润滑。
2)单动轴承是否灵活,并定期清洗注入黄油。
3)内管有无弯曲和凹坑变形,发现不合用时宜修理或更换。
4)卡簧及卡簧座有无变形和过磨损,卡簧座水口深度不小于4mm。
5)每次提钻要检查弹卡挡头拨叉磨损断裂情况,发现磨出圆角要用锉修平。
6)悬挂环和座环磨损情况,发现吻合面已磨成圆锥面时要及时更换。
7)每次捞取岩心前检查打捞钩头部和尾部弹簧磨损情况,如有明显磨损变形要及时更换。
8)钢丝绳有无损伤断股情况,并注意涂油保养。
9)全套钻具、钻杆螺纹磨损情况,并经常涂丝扣油保护。平常应平整堆放,防止锈蚀。
6.常见故障及排除方法
1)打捞器捕捞不住内管总成。其原因是捞矛头损坏,打捞器钩挂不住,岩粉沉淀或有实物覆盖矛头,打捞钩损坏或尾部弹簧断而失灵等。其处理方法是反复提放打捞器数次,如无效,提出打捞器,然后提钻检查处理。
2)打捞器捕捞住内管总成后提拉不动。其原因是岩心堵死或卡簧倒扣,使内管总成在钻头内台阶和弹卡挡头间顶死,岩心下端呈倒蘑菇头状并卡在钻头底部;弹卡的弹性轴销脱出卡住回收管,卡簧座下端和内管螺纹部分因岩心堵死变形,通不过外管总成座环,悬挂环和座环严重损坏相互卡死,弹卡挡头拨叉折断,内管总成被卡等。其处理方法是使用安全脱卡机构使打捞器脱钩。如确认是岩心蘑菇头造成的,则将钻具放到孔底研磨片刻,再下打捞器试捞。如无效,提钻处理。
3)打捞途中遇阻提拉不上来。其原因是钻杆螺纹变形,阻挡内管通过,内管严重弯曲变形,通不过钻杆,所用泥浆低劣,杂质多,在钻杆内结成泥皮,阻碍内管等。其处理方法是:首先使用安全脱卡机构提出打捞器,继而提升钻具检查原因,并更换不合格的钻杆或内管;调整泥浆性能,并有效采用循环沉淀系统,增设除砂器和除泥器。
4)打捞出的内管缺失岩心或无岩心。其原因是岩心直径与卡簧不匹配,造成没有拔断岩心或未卡紧中途脱落;弹卡不起作用,钻进时内管上窜,形成“单管”钻进,内管总成因各种原因下放未到位,钻进时形成“单管”钻进;岩心松软(如煤层)未采取合理结构的钻具和钻进规程等。其处理办法是检查卡簧是否合格,弹卡是否磨损失灵,以及造成打“单管”之原因;如因地层松软宜更换合理结构的(内管超前、带半合管、用底喷式钻头和带孔底反循环的)钻具等。
5)钻进效率低。其原因是岩层致密坚硬,超过10级,钻头金刚石质量差或胎体性能与岩层不匹配;钻头内径过度磨损,岩心变粗,进不去卡簧,形成堵塞;卡簧已损坏,岩心受阻,内管有损伤、阻碍岩心顺利进入等。其处理办法是将内管总成提出并检查卡簧、卡簧座和内管,采用与岩层性能匹配的钻头和钻进规程,必要时换常规钻进或用带液动锤的绳索取心钻具。
6)钻孔偏斜严重。其原因与处理方法与普通金刚石钻进类似,不再赘述。
二、铂金有什么成份
铂的最常见氧化态为+2和+4。铂的+1和+3较少见，双金属（或多金属）化合物中的金属键可以提高其稳定性。
物理性质
纯铂为带光泽、有可延展性的银白色金属。它的可延展性是所有纯金属中最高的，胜过金、银和铜，但其可锻铸性却比金低。
铂金属的抗腐蚀性极强，在高温下非常稳定，电性能亦很稳定。它在任何温度下都不会氧化，但可被各种卤素、氰化物、硫和苛性碱侵蚀。铂不可溶于氢氯酸和硝酸，但会在热王水中溶解，形成氯铂酸（H2PtCl6）。
这些物理性质都使铂成为了工业上应用广泛的金属。由于能够抵抗侵蚀和保留光泽，所以铂还可以用于制首饰。
化学性质
铂的最常见氧化态为+2和+4。铂的+1和+3较少见，双金属（或多金属）化合物中的金属键可以提高其稳定性。四配位铂(II)化合物通常具有由16个电子形成的平面四边形结构。
单质铂金属的反应性很低，但它会在热王水中溶解，产生氯铂酸（H2PtCl6）：Pt+ 4 HNO3+ 6 HCl→ H2PtCl6+ 4 NO2+ 4 H2O
铂属于软酸，所以铂和硫有化学亲和性，例如和二甲基亚砜（DMSO）；科学家已发现多种DMSO配合物。
应用
在 2014年销售的 218吨铂金中，98吨用于汽车排放控制装置（45%），74.7吨用于珠宝（34%），20.0吨用于化工生产和石油精炼（9.2%），5.85吨用于制造硬盘驱动器等电气应用（2.7%）。
剩余的 28.9吨用于其他各种次要应用，例如医药和生物医学、玻璃制造设备、投资、电极、抗癌药物、氧传感器、火花塞和涡轮发动机。
1、催化剂
铂最常见的用途是作为化学反应的催化剂，通常作为铂黑。自 19世纪初起，铂粉就被用作催化剂，当时铂粉用于催化氢气的点燃。其最重要的应用是在汽车中作为催化转化器，使尾气中的低浓度未燃烧碳氢化合物完全燃烧成二氧化碳和水蒸气。
在石油工业中，铂还用作许多单独工艺的催化剂，尤其是在将直馏石脑油催化重整为富含芳烃化合物的高辛烷值汽油中。
2、贵金属投资
铂金是一种贵金属商品；其金银的ISO货币代码为 XPT。硬币、金条和锭被交易或收集。由于其惰性，铂金可用于珠宝，通常作为 90-95%的合金。
它用于此目的是因为它的声望和固有的金银价值。珠宝贸易出版物建议珠宝商将微小的表面划痕（他们称之为“铜锈”）作为一种理想的特征，以试图提高铂金产品的价值。
以上内容参考百度百科-铂金
三、稀土具体是指哪些金属
稀土就是化学元素周期表中镧系元素——镧（La）、铈（Ce）、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)，以及与镧系的15个元素密切相关的两个元素——钪（Sc）和钇（Y）共17种元素，称为稀土元素（Rare Earth）。简称稀土（RE或R）。1）轻稀土（又称铈组）：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆。
2）重稀土（又称钇组）：铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇。
铈组与钇组之别，是因为矿物经分离得到的稀土混合物中，常以铈或钇比例多的而得名。
稀土金属(rare earth metals)又称稀土元素，是元素周期表ⅢB族中钪、钇、镧系17种元素的总称，常用R或RE表示。它们的名称和化学符号是钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)。它们的原子序数是21(Sc)、39(Y)、57(La)到71(Lu)。
17种稀土元素名称的由来及用途
镧(La)��"镧"这个元素是1839年被命名的，当时有个叫"莫桑德"的瑞典人发现铈土中含有其它元素，他借用希腊语中"隐藏"一词把这种元素取名为"镧"。镧的应用非常广泛，如应用于压电材料、电热材料、热电材料、磁阻材料、发光材料（兰粉）、贮氢材料、光学玻璃、激光材料、各种合金材料等。她也应用到制备许多有机化工产品的催化剂中，光转换农用薄膜也用到镧，在国外，科学家把镧对作物的作用赋与"超级钙"的美称。
铈（Ce）"铈"这个元素是由德国人克劳普罗斯，瑞典人乌斯伯齐力、希生格尔于1803年发现并命名的，以纪念1801年发现的小行星--谷神星。
铈的广泛应用:
（1）铈作为玻璃添加剂，能吸收紫外线与红外线，现已被大量应用于汽车玻璃。不仅
能防紫外线，还可降低车内温度，从而节约空调用电。从1997年起，日本汽车玻
璃全加入氧化铈，1996年用于汽车玻璃的氧化铈至少有2000吨，美国约1000多吨.
（2）目前正将铈应用到汽车尾气净化催化剂中，可有效防止大量汽车废气排到空气中
美国在这方面的消费量占稀土总消费量的三分之一强。
（3）硫化铈可以取代铅、镉等对环境和人类有害的金属应用到颜料中，可对塑料着色
，也可用于涂料、油墨和纸张等行业。目前领先的是法国罗纳普朗克公司。
（4）Ce:LiSAF激光系统是美国研制出来的固体激光器，通过监测色氨酸浓度可用
于探查生物武器，还可用于医学。铈应用领域非常广泛，几乎所有的稀土应用领
域中都含有铈。如抛光粉、储氢材料、热电材料、铈钨电极、陶瓷电容器、压电
陶瓷、铈碳化硅磨料、燃料电池原料、汽油催化剂、某些永磁材料、各种合金钢
及有色金属等。
镨(Pr)��大约160年前，瑞典人莫桑德从镧中发现了一种新的元素，但它不是单一元素，莫桑德发现这种元素的性质与镧非常相似，便将其定名为"镨钕"。"镨钕"希腊语为"双生子"之意。大约又过了40多年，也就是发明汽灯纱罩的1885年，奥地利人韦尔斯巴赫成功地从"镨钕"中分离出了两个元素，一个取名为"钕"，另一个则命名为"镨"。这种"双生子"被分隔开了，镨元素也有了自己施展才华的广阔天地。镨是用量较大的稀土元素，其用于玻璃、陶瓷和磁性材料中。
镨的广泛应用:
（1）镨被广泛应用于建筑陶瓷和日用陶瓷中，其与陶瓷釉混合制成色釉，也可单独作
釉下颜料，制成的颜料呈淡黄色，色调纯正、淡雅。
（2）用于制造永磁体。选用廉价的镨钕金属代替纯钕金属制造永磁材料，其抗氧性能
和机械性能明显提高，可加工成各种形状的磁体。广泛应用于各类电子器件和马
达上。
（3）用于石油催化裂化。以镨钕富集物的形式加入Y型沸石分子筛中制备石油裂化催
化剂，可提高催化剂的活性、选择性和稳定性。我国70年代开始投入工业使用，
用量不断增大。
(4)镨还可用于磨料抛光。另外，镨在光纤领域的用途也越来越广。
钕(Nd)��伴随着镨元素的诞生，钕元素也应运而生，钕元素的到来活跃了稀土领域，在稀土领域中扮演着重要角色，并且左右着稀土市场。�
钕元素凭借其在稀土领域中的独特地位，多年来成为市场关注的热点。金属钕的最大用户是钕铁硼永磁材料。钕铁硼永磁体的问世，为稀土高科技领域注入了新的生机与活力。钕铁硼磁体磁能积高，被称作当代"永磁之王"，以其优异的性能广泛用于电子、机械等行业。阿尔法磁谱仪的研制成功，标志着我国钕铁硼磁体的各项磁性能已跨入世界一流水平。钕还应用于有色金属材料。在镁或铝合金中添加1.5～2.5%钕，可提高合金的高温性能、气密性和耐腐蚀性，广泛用作航空航天材料。另外，掺钕的钇铝石榴石产生短波激光束，在工业上广泛用于厚度在10mm以下薄型材料的焊接和切削。在医疗上，掺钕钇铝石榴石激光器代替手术刀用于摘除手术或消毒创伤口。钕也用于玻璃和陶瓷材料的着色以及橡胶制品的添加剂。随着科学技术的发展，稀土科技领域的拓展和延伸，钕元素将会有更广阔的利用空间。
钷(Pm)��1947年，马林斯基（J.A.Marinsky）、格伦丹宁（L.E.Glendenin）和科里尔（C.E.Coryell）从原子能反应堆用过的铀燃料中成功地分离出61号元素，用希腊神话中的神名普罗米修斯（Prometheus）命名为钷（Promethium）。钷为核反应堆生产的人造放射性元素。
钷的主要用途有:
（1）可作热源。为真空探测和人造卫星提供辅助能量。
（2）Pm147放出能量低的β射线，用于制造钷电池。作为导弹制导仪器及钟表的电
源。此种电池体积小，能连续使用数年之久。此外，钷还用于便携式X-射线仪、
制备荧光粉、度量厚度以及航标灯中。
钐（Sm）��1879年，波依斯包德莱从铌钇矿得到的"镨钕"中发现了新的稀土元素，并根据这种矿石的名称命名为钐。��钐呈浅黄色，是做钐钴系永磁体的原料，钐钴磁体是最早得到工业应用的稀土磁体。这种永磁体有SmCo5系和Sm2Co17系两类。70年代前期发明了SmCo5系，后期发明了Sm2Co17系。现在是以后者的需求为主。钐钴磁体所用的氧化钐的纯度不需太高，从成本方面考虑，主要使用95%左右的产品。此外，氧化钐还用于陶瓷电容器和催化剂方面。另外，钐还具有核性质，可用作原子能反应堆的结构材料，屏敝材料和控制材料，使核裂变产生巨大的能量得以安全利用。
铕（Eu）��1901年，德马凯（Eugene-Antole Demarcay）从"钐"中发现了新元素，取名为铕（Europium）。这大概是根据欧洲（Europe）一词命名的。氧化铕大部分用于荧光粉。Eu3+用于红色荧光粉的激活剂，Eu2+用于蓝色荧光粉。现在Y2O2S:Eu3+是发光效率、涂敷稳定性、回收成本等最好的荧光粉。再加上对提高发光效率和对比度等技术的改进，故正在被广泛应用。近年氧化铕还用于新型X射线医疗诊断系统的受激发射荧光粉。氧化铕还可用于制造有色镜片和光学滤光片，用于磁泡贮存器件，在原子反应堆的控制材料、屏敝材料和结构材料中也能一展身手。
钆(Gd)��1880年，瑞士的马里格纳克（G.de Marignac）将"钐"分离成两个元素，其中一个由索里特证实是钐元素，另一个元素得到波依斯包德莱的研究确认，1886年，马里格纳克为了纪念钇元素的发现者研究稀土的先驱荷兰化学家加多林（Gado Linium），将这个新元素命名为钆。��钆在现代技革新中将起重要作用。
它的主要用途有：
（1）其水溶性顺磁络合物在医疗上可提高人体的核磁共振（NMR）成像信号。
（2）其硫氧化物可用作特殊亮度的示波管和x射线荧光屏的基质栅网。
（3）在钆镓石榴石中的钆对于磁泡记忆存储器是理想的单基片。
（4）在无Camot循环限制时，可用作固态磁致冷介质。
（5）用作控制核电站的连锁反应级别的抑制剂，以保证核反应的安全。
（6）用作钐钴磁体的添加剂，以保证性能不随温度而变化。
另外，氧化钆与镧一起使用，有助于玻璃化区域的变化和提高玻璃的热稳定性。氧化钆还可用于制造电容器、x射线增感屏。在世界上目前正在努力开发钆及其合金在磁致冷方面的应用，现已取得突破性进展，室温下采用超导磁体、金属钆或其合金为致冷介质的磁冰箱已经问世。
铽(Tb)��1843年瑞典的莫桑德（Karl G.Mosander）通过对钇土的研究，发现铽元素（Terbium）。铽的应用大多涉及高技术领域，是技术密集、知识密集型的尖端项目，又是具有显著经济效益的项目，有着诱人的发展前景。
主要应用领域有：
（1）荧光粉用于三基色荧光粉中的绿粉的激活剂，如铽激活的磷酸盐基质、铽激活
的硅酸盐基质、铽激活的铈镁铝酸盐基质，在激发状态下均发出绿色光。
（2）磁光贮存材料，近年来铽系磁光材料已达到大量生产的规模，用Tb-Fe非晶态
薄膜研制的磁光光盘，作计算机存储元件，存储能力提高10～15倍。
(3）磁光玻璃，含铽的法拉第旋光玻璃是制造在激光技术中广泛应用的旋转器、隔离
器和环形器的关键材料。特别是铽镝铁磁致伸缩合金（TerFenol）的开发研制，
更是开辟了铽的新用途，Terfenol是70年代才发现的新型材料，该合金中有一半
成份为铽和镝，有时加入钬，其余为铁，该合金由美国依阿华州阿姆斯实验室首
先研制，当Terfenol置于一个磁场中时，其尺寸的变化比一般磁性材料变化大这
种变化可以使一些精密机械运动得以实现。铽镝铁开始主要用于声纳，目前已广
泛应用于多种领域，从燃料喷射系统、液体阀门控制、微定位到机械致动器、机
构和飞机太空望远镜的调节机翼调节器等领域。
镝（Dy）�� 1886年，法国人波依斯包德莱成功地将钬分离成两个元素，一个仍称为钬，而另一个根据从钬中"难以得到"的意思取名为镝（dysprosium）。镝目前在许多高技术领域起着越来越重要的作用.
镝的最主要用途是:
（1）作为钕铁硼系永磁体的添加剂使用，在这种磁体中添加2~3%左右的镝，可提
高其矫顽力，过去镝的需求量不大，但随着钕铁硼磁体需求的增加，它成为
必要的添加元素，品位必须在95～99.9%左右，需求也在迅速增加。
（2）镝用作荧光粉激活剂，三价镝是一种有前途的单发光中心三基色发光材料的
激活离子，它主要由两个发射带组成，一为黄光发射，另一为蓝光发射，掺
镝的发光材料可作为三基色荧光粉。
（3）镝是制备大磁致伸缩合金铽镝铁（Terfenol）合金的必要的金属原料，能使
一些机械运动的精密活动得以实现。
(4）镝金属可用做磁光存贮材料，具有较高的记录速度和读数敏感度。
（5）用于镝灯的制备，在镝灯中采用的工作物质是碘化镝，这种灯具有亮度大、
颜色好、色温高、体积小、电弧稳定等优点，已用于电影、印刷等照明光源。
（6）由于镝元素具有中子俘获截面积大的特性，在原子能工业中用来测定中子能
谱或做中子吸收剂。
（7）Dy3Al5O12还可用作磁致冷用磁性工作物质。随着科学技术的发展，镝的应
用领域将会不断的拓展和延伸。
钬(Ho)��十九世纪后半叶，由于光谱分析法的发现和元素周期表的发表，再加上稀土元素电化学分离工艺的进展，更加促进了新的稀土元素的发现。1879年，瑞典人克利夫发现了钬元素并以瑞典首都斯德哥尔摩地名命名为钬（holmium）。�
�钬的应用领域目前还有待于进一步开发，用量不是很大，最近，包钢稀土研究院采用高温高真空蒸馏提纯技术，研制出非稀土杂质含量很低的高纯金属钬Ho/∑RE>99.9%。
目前钬的主要用途有：
(1)用作金属卤素灯添加剂，金属卤素灯是一种气体放电灯，它是在高压汞灯基础上
发展起来的，其特点是在灯泡里充有各种不同的稀土卤化物。目前主要使用的
是稀土碘化物，在气体放电时发出不同的谱线光色。在钬灯中采用的工作物质
是碘化钬，在电弧区可以获得较高的金属原子浓度，从而大大提高了辐射效能。
(2)钬可以用作钇铁或钇铝石榴石的添加剂；
(3)掺钬的钇铝石榴石（Ho:YAG）可发射2μm激光，人体组织对2μm激光吸收率高，
几乎比Hd:YAG高3个数量级。所以用Ho:YAG激光器进行医疗手术时，不但可以
提高手术效率和精度，而且可使热损伤区域减至更小。钬晶体产生的自由光
束可消除脂肪而不会产生过大的热量，从而减少对健康组织产生的热损伤，据
报道美国用钬激光治疗青光眼，可以减少患者手术的痛苦。我国2μm激光晶体
的水平已达到国际水平，应大力开发生产这种激光晶体。
(4)在磁致伸缩合金Terfenol-D中，也可以加入少量的钬，从而降低合金饱和磁化
所需的外场。
(5)另外用掺钬的光纤可以制作光纤激光器、光纤放大器、光纤传感器等等光通讯器
件在光纤通信迅猛的今天将发挥更重要的作用。
铒（Er）��1843年，瑞典的莫桑德发现了铒元素（Erbium）。铒的光学性质非常突出，一直是人们关注的问题：
（1）Er3+在1550nm处的光发射具有特殊意义，因为该波长正好位于光纤通讯的光学
纤维的最低损失，铒离子（Er3+）受到波长980nm、1480nm的光激发后，从基态
4I15/2跃迁至高能态4I13/2，当处于高能态的Er3+再跃迁回至基态时发射出
1550nm波长的光，石英光纤可传送各种不同波长的光，但不同的光光衰率不同，
1550nm频带的光在石英光纤中传输时光衰减率最低（0.15分贝/公里），几乎为
下限极限衰减率。因此，光纤通信在1550nm处作信号光时，光损失最小。这样，
如果把适当浓度的铒掺入合适的基质中，可依据激光原理作用，放大器能够补
偿通讯系统中的损耗，因此在需要放大波长1550nm光信号的电讯网络中，掺铒
光纤放大器是必不可少的光学器件，目前掺铒的二氧化硅纤维放大器已实现商业
化。据报道，为避免无用的吸收，光纤中铒的掺杂量几十至几百ppm。光纤通信的
迅猛发展，将开辟铒的应用新领域。
（2）另外掺铒的激光晶体及其输出的1730nm激光和1550nm激光对人的眼睛安全，大
气传输性能较好，对战场的硝烟穿透能力较强，保密性好，不易被敌人探测，照
射军事目标的对比度较大，已制成军事上用的对人眼安全的便携式激光测距仪。
（3）Er3+加入到玻璃中可制成稀土玻璃激光材料，是目前输出脉冲能量最大，输出
功率最高的固体激光材料。
（4）Er3+还可做稀土上转换激光材料的激活离子。
(5）另外铒也可应用于眼镜片玻璃、结晶玻璃的脱色和着色等。
铥（Tm）��铥元素是1879年瑞典的克利夫发现的，并以斯堪迪那维亚（Scandinavia）的旧名Thule命名为铥（Thulium）。�
�铥的主要用途有以下几个方面：
（1）铥用作医用轻便X光机射线源，铥在核反应堆内辐照后产生一种能发射X射线的同位素，可用来制造便携式血液辐照仪上，这种辐射仪能使铥-169受到高中子束的作用转变为铥-170，放射出X射线照射血液并使白血细胞下降，而正是这些白细胞引起器官移植排异反应的，从而减少器官的早期排异反应。
（2）铥元素还可以应用于临床诊断和治疗肿瘤，因为它对肿瘤组织具有较高亲合性，重稀土比轻稀土亲合性更大，尤其以铥元素的亲合力最大。
（3）铥在X射线增感屏用荧光粉中做激活剂LaOBr:Br（蓝色），达到增强光学灵敏度，因而降低了X射线对人的照射和危害，与以前钨酸钙增感屏相比可降低X射线剂量50%，这在医学应用具有重要现实的意义。
（4）铥还可在新型照明光源金属卤素灯做添加剂。
（5）Tm3+加入到玻璃中可制成稀土玻璃激光材料，这是目前输出脉冲量最大，输出功率最高的固体激光材料。Tm3+也可做稀土上转换激光材料的激活离子。
镱（Yb）��1878年，查尔斯（Jean Charles）和马利格纳克（G.de Marignac）在"铒"中发现了新的稀土元素，这个元素由伊特必（Ytterby）命名为镱（Ytterbium）。�
�镱的主要用途有（1）作热屏蔽涂层材料。镱能明显地改善电沉积锌层的耐蚀性，而且含镱镀层比不含镱镀层晶粒细小，均匀致密。（2）作磁致伸缩材料。这种材料具有超磁致伸缩性即在磁场中膨胀的特性。该合金主要由镱/铁氧体合金及镝/铁氧体合金构成，并加入一定比例的锰，以便产生超磁致伸缩性。（3）用于测定压力的镱元件，试验证明，镱元件在标定的压力范围内灵敏度高，同时为镱在压力测定应用方面开辟了一个新途径。（4）磨牙空洞的树脂基填料，以替换过去普遍使用银汞合金。（5）日本学者成功地完成了掺镱钆镓石榴石埋置线路波导激光器的制备工作，这一工作的完成对激光技术的进一步发展很有意义。另外，镱还用于荧光粉激活剂、无线电陶瓷、电子计算机记忆元件（磁泡）添加剂、和玻璃纤维助熔剂以及光学玻璃添加剂等。
镥（Lu）��1907年，韦尔斯巴赫和尤贝恩（G.Urbain）各自进行研究，用不同的分离方法从"镱"中又发现了一个新元素，韦尔斯巴赫把这个元素取名为Cp(Cassiopeium)，尤贝恩根据巴黎的旧名lutece将其命名为Lu(Lutetium)。后来发现Cp和Lu是同一元素，便统一称为镥。�
�镥的主要用途有（1）制造某些特殊合金。例如镥铝合金可用于中子活化分析。（2）稳定的镥核素在石油裂化、烷基化、氢化和聚合反应中起催化作用。（3）钇铁或钇铝石榴石的添加元素，改善某些性能。（4）磁泡贮存器的原料。（5）一种复合功能晶体掺镥四硼酸铝钇钕，属于盐溶液冷却生长晶体的技术领域，实验证明，掺镥NYAB晶体在光学均匀性和激光性能方面均优于NYAB晶体。（6）经国外有关部门研究发现，镥在电致变色显示和低维分子半导体中具有潜在的用途。此外，镥还用于能源电池技术以及荧光粉的激活剂等。
钇(Y)�� 1788年，一位以研究化学和矿物学、收集矿石的业余爱好者瑞典军官卡尔·阿雷尼乌斯（Karl Arrhenius）在斯德哥尔摩湾外的伊特必村（Ytterby），发现了外观象沥青和煤一样的黑色矿物，按当地的地名命名为伊特必矿（Ytterbite）。1794年芬兰化学家约翰·加多林分析了这种伊特必矿样品。发现其中除铍、硅、铁的氧化物外，还含有38%的未知元素的氧化物枣"新土"。1797年，瑞典化学家埃克贝格（Anders Gustaf Ekeberg）确认了这种"新土"，命名为钇土（Yttria,钇的氧化物之意）。��
钇是一种用途广泛的金属，主要用途有:（1）钢铁及有色合金的添加剂。FeCr合金通常含0.5-4%钇，钇能够增强这些不锈钢的抗氧化性和延展性；MB26合金中添加适量的富钇混合稀土后，合金的综合性能得到明显的改善，可以替代部分中强铝合金用于飞机的受力构件上；在Al-Zr合金中加入少量富钇稀土，可提高合金导电率；该合金已为国内大多数电线厂采用；在铜合金中加入钇，提高了导电性和机械强度。
（2）含钇6%和铝2%的氮化硅陶瓷材料，可用来研制发动机部件。（3）用功率400瓦的钕钇铝石榴石激光束来对大型构件进行钻孔、切削和焊接等机械加工。（4）由Y-Al石榴石单晶片构成的电子显微镜荧光屏，荧光亮度高，对散射光的吸收低，抗高温和抗机械磨损性能好。（5）含钇达90%的高钇结构合金，可以应用于航空和其它要求低密度和高熔点的场合。
（6）目前倍受人们关注的掺钇SrZrO3高温质子传导材料，对燃料电池、电解池和要求氢溶解度高的气敏元件的生产具有重要的意义。此外，钇还用于耐高温喷涂材料、原子能反应堆燃料的稀释剂、永磁材料添加剂以及电子工业中作吸气剂等。
钪(Sc)��1879年，瑞典的化学教授尼尔森（L.F.Nilson, 1840~1899）和克莱夫（P.T.Cleve, 1840~1905）差不多同时在稀有的矿物硅铍钇矿和黑稀金矿中找到了一种新元素。他们给这一元素定名为"Scandium"（钪），钪就是门捷列夫当初所预言的"类硼"元素。他们的发现再次证明了元素周期律的正确性和门捷列夫的远见卓识。��钪比起钇和镧系元素来，由于离子半径特别小，氢氧化物的碱性也特别弱，因此，钪和稀土元素混在一起时，用氨（或极稀的碱）处理，钪将首先析出，故应用"分级沉淀"法可比较容易地把它从稀土元素中分离出来。另一种方法是利用硝酸盐的分极分解进行分离，由于硝酸钪最容易分解，从而达到分离的目的。�
�用电解的方法可制得金属钪，在炼钪时将ScCl3、KCl、LiCl共熔，以熔融的锌为阴极电解之，使钪在锌极上析出，然后将锌蒸去可得金属钪。另外，在加工矿石生产铀、钍和镧系元素时易回收钪。钨、锡矿中综合回收伴生的钪也是钪的重要来源之一。钪在化合物中主要呈3价态，在空气中容易氧化成Sc2O3而失去金属光泽变成暗灰色。��
钪能与热水作用放出氢，也易溶于酸，是一种强还原剂。��钪的氧化物及氢氧化物只显碱性，但其盐灰几乎不能水解。钪的氯化物为白色结晶，易溶于水并能在空气中潮解。��在冶金工业中，钪常用于制造合金（合金的添加剂），以改善合金的强度、硬度和耐热和性能。如，在铁水中加入少量的钪，可显著改善铸铁的性能，少量的钪加入铝中，可改善其强度和耐热性。��在电子工业中，钪可用作各种半导体器件，如钪的亚硫酸盐在半导体中的应用已引起了国内外的注意，含钪的铁氧体在计算机磁芯中也颇有前途。��在化学工业上，用钪化合物作酒精脱氢及脱水剂，生产乙烯和用废盐酸生产氯时的高效催化剂。��在玻璃工业中，可以制造含钪的特种玻璃。��在电光源工业中，含钪和钠制成的钪钠灯，具有效率高和光色正的优点。��
自然界中钪均以45Sc形式存在，另外，钪还有9种放射性同位素，即40～44Sc和46～49Sc。其中，46Sc作为示踪剂，已在化工、冶金及海洋学等方面使用。在医学上，国外还有人研究用46Sc来医治癌症稀土资源。
稀土一词是历史遗留下来的名称。稀土元素是从18世纪末叶开始陆续发现，当时人们常把不溶于水的固体氧化物称为土。稀土一般是以氧化物状态分离出来的，又很稀少，因而得名为稀土。通常把镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕称为轻稀土或铈组稀土；把钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥钇称为重稀土或钇组稀土。也有的根据稀土元素物理化学性质的相似性和差异性，除钪之外(有的将钪划归稀散元素)，划分成三组，即轻稀土组为镧、铈、镨、钕、钷；中稀土组为钐、铕、钆、铽、镝；重稀土组为钬、铒、铥、镱、镥、钇。
这些稀土元素的发现，从1794年芬兰人加多林(J.Gadolin)分离出钇到1947年美国人马林斯基(J.A.Marinsky)等制得钷，历时150多年。其中大部分稀土元素是欧洲的一些矿物学家、化学家、冶金学家等发现制取的。钷是美国人马林斯基、格兰德宁(L.E.Glendenin)和科列尔(C.D.Coryell)用离子交换分离，在铀裂变产物的稀土元素中获得的。过去认为自然界中不存在钷，直到1965年，芬兰一家磷酸盐工厂在处理磷灰石时发现了痕量的钷。
参考资料:选矿优化控制
