稀土金属定义稀土金属(rareearthmetals)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。
在目前已探明的稀土储量中,中国第一,约占世界总储量21000万吨的43%,独联体达4000万吨,世界储量的19.5%,位居第二,美国为2700万吨,占世界12.86%,位居第三。其次巴西、澳大利亚、越南、加拿大和印度等国的拥有量也相当可观。
目前中国控制世界稀土市场98%的份额。
从中国进口稀土的主要三个国家有:日本、韩国、美国。其中,日本、韩国没有稀土资源,而美国拥有稀土资源但禁止开采。如果中国一直保持着这样的出口量,20年后,中国可能成为稀土小国或稀土无国。
稀土是历史遗留的名称。稀土金属是从18世纪末叶开始陆续发现。
稀土在地壳中占0.0153%,其中铈的地壳丰度最大(0.0046%)。
1980年全世界稀土产品的生产量约为34000吨(以氧化物计),主要用于冶金、石油化工、玻璃陶瓷、荧光和电子材料等工业。世界历年消费分配比(不包括中国)。
根据矿石类型而定:
RPO4+3NaOH─→R(OH)3+Na3PO4和
Th3(PO4)4+12NaOH─→3Th(OH)4+4Na3PO4
,稀土用盐酸溶解并控制酸度后进入溶液,
R(OH)3+3HCl─→RCl3+3H2O
与钍及其他杂质分离,稀土溶液浓缩结晶得氯化稀土。独居石矿还可采用硫酸法处理。
从氟碳铈镧矿-独居石混合型稀土精矿提取稀土可采用酸法、碱法、氯化法。硫酸强化焙烧-溶剂萃取法是将含约60%稀土氧化物的混合型精矿在回转窑内用浓硫酸进行高温分解,使精矿中的铁、磷、钍、钙、钡等转化为难溶性物质,焙烧后的固体料经水浸除去杂质,得到纯净的稀土硫酸盐溶液,再经有机溶剂萃取和盐酸反萃,最后得到混合氯化稀土溶液。浓缩结晶,可得混合氯化稀土;或直接进行分组分离,制取单一稀土化合物。
分离高纯单一稀土的有效方法。利用稀土络合物稳定常数之间的微小差异,使稀土离子在树脂床上进行交换反应,产生不间断的解吸-吸附过程,从而在树脂床的不同部位展开不同富集程度的稀土带,最后达到互相分离的目的。将混合稀土离子荷载在装有磺化聚苯乙烯-二乙烯苯树脂的离子交换柱上,用氨羧络合剂淋洗。为使被分离的稀土离子在树脂床上有足够的交换次数,防止稀土络合离子迅速穿过树脂床,必须使用延缓离子(它能使稀土带的上端被解吸出来的稀土离子再次吸附在树脂上),起到阻滞作用,保证分离有效进行。常用的延缓离子有Cu2+-H+、H+等。由于各种稀土元素性质极其相似,树脂对相邻3价稀土离子的选择性极小,不能像简单盐那样进行置换分离,因此必须使用氨羧络合剂作淋洗剂。常用的氨羧络合剂有乙二胺四乙酸(EDTA)、羟乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)、氨三乙酸(NTA)等。
稀土金属
电解法也可用于制取稀土和铝、镁乃至过渡族金属的合金。按作用原理分为两种方法:①以液态金属如铝或镁为阴极,在YF3-LiF或在YCl3-KCl体系中电解Y2O3或YCl3,使Y3+在液态铝或镁阴极上还原析出,生成Y-Al或Y-Mg合金,钇含量分别可达20%和48%;②共同析出电解合金组元制取Y-Al及Y-Mg合金。电解制取Y-Al合金时,使用摩尔比LiF:YF3=1:4的电解质,在电解温度为1025℃和阴极电流密度为0.6安/厘米2工艺条件下,电解含量为14~17%的Al2O3和Y2O3混料,则Y3+及Al3+在阴极上共同还原析出,形成Y-Al合金。电解制取Y-Mg合金时,用YCl3-MgCl2-KCl体系的电解质在900℃条件下进行电解,则Y3+和Mg2+离子在阴极上共同还原析出,形成Y-Mg合金。
工业上大量使用的是工业纯稀土金属,较高纯度的稀土金属主要供测定物理化学性能之用。目前主要有四种提纯方法在试验室中使用,即真空熔融,真空蒸馏或升华,电迁移和区域熔炼。
将稀土金属棒在超高真空或惰性气氛中通上直流电,在比金属熔点低100~200℃下保持1~3周。在高温和直流电场作用下,各种杂质元素因为有效电荷、扩散系数和迁移率不同,便沿试棒向两端富集。切去试棒两端,中段可再次进行电迁移提纯。在试验室中用电迁移法对镧、铈、镨、钕、钆、铽、钇、镥进行提纯,去除碳、氧和氮这些杂质的效果显著。
稀散金属具有极为重要的用途,是当代高科技新材料的重要组成部分。由稀散金属与有色金属组成的一系列化合物半导体、电子光学材料、特殊合金、新型功能材料及有机金属化合物等,均需使用独特性能的稀散金属。用量虽说不大,但至关重要,缺它不可。因而广泛用于当代通讯技术、电子计算机、宇航开发、医药卫生、感光材料、光电材料、能源材料和催化剂材料等。我国稀散金属矿产丰富,为发展稀散金属工业提供了较好的资源条件。