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稀土的基本知识

2019-03-12   
【概述】

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)。

【稀土的分类】

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,是因为矿藏经别离得到的稀土混合物中,常以铈或钇份额多的而得名。

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表明。它们的称号和化学符号是钪(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)。

【称号由来】

    稀土一词是前史遗留下来的称号。稀土元素是从18世纪末叶开端连续发现,其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况别离出来的,又很稀疏,因此得名为稀土。一般把镧、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。也有的依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),划分红三组,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)别离出钇到1947年美国人马林斯基(J.A.Marinsky)等制得钷,历时150多年。其间大部分稀土元素是欧洲的一些矿藏学家、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)用离子交换别离,在铀裂变产品的稀土元素中取得的。曩昔以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。

【稀土元素的性质与使用】

    大多数稀土金属出现顺磁性。钆在0℃时比铁具更强的铁磁性。铽、镝、钬、铒等在低温下也出现铁磁性,镧、铈的低熔点和钐、铕、镱的高蒸气压表现出稀土金属的物理性质有极大差异。钐、铕、钇的热中子吸收截面比广泛用于核反应堆操控材料的镉、硼还大。稀土金属具有可塑性,以钐和镱为最好。除镱外,钇组稀土较铈组稀土具有更高的硬度。

    稀土金属已广泛使用于电子、石油化工、冶金、机械、动力、轻工、环境保护、农业等范畴。使用稀土可生产荧光材料、稀土金属氢化物电池材料、电光源材料、永磁材料、储氢材料、催化材料、精细陶瓷材料、激光材料、超导材料、磁致弹性材料、磁致冷材料、磁光存储材料、光导纤维材料等。

    我国具有丰厚的稀土矿产资源,成矿条件优胜,可谓得天独厚,探明的储量居国际之首,为开展我国稀土工业供给了坚实的根底。

【稀土矿藏的主要特色】

    稀土元素在地壳中均匀含量为165.35×10-6(黎彤,1976)。在自然界中稀土元素主要以单矿藏方式存在,现在国际上已发现的稀土矿藏和含稀土元素的矿藏有250多种,其间稀土含量ΣREE>5.8%的有50~65种,可视为稀土独立的矿藏。重要的稀土矿藏主要为氟碳酸盐和磷酸盐。稀土矿藏总的特色:一是短少硫化物和硫酸盐(只要极单个的),这说明稀土元素具有亲氧性;二是稀土的硅酸盐主要是岛状,没有层状、架状和链状结构;三是部分稀土矿藏(特别是杂乱的氧化物及硅酸盐)出现非晶质状况;四是稀土矿藏的散布,在岩浆岩及伟晶岩中以硅酸盐及氧化物为主,在热液矿床及风化壳矿床中以氟碳酸盐、磷酸盐为主。富钇的矿藏大部分都赋存在花岗岩类岩石和与其有关的伟晶岩、气成热液矿床及热液矿床中;五是稀土元素因为其原子结构、化学和晶体化学性质附近而常常共生在同一个矿藏中,即铈族稀土和钇族稀土元素常共存在一个矿藏中,但这类元素并非等量共存,有些矿藏以含铈族稀土为主,有些矿藏则以钇族为主。

    在现在已发现的250多种稀土矿藏和含稀土元素的矿藏,合适如今选冶条件的工业矿藏仅有10余种:
    1)含铈族稀土(镧、铈、钕)的矿藏:氟碳铈矿、氟碳钙铈矿、氟碳铈钙矿、氟碳铈矿和独居石。
    2)富钐及钆的矿藏:硅铍钇矿、铌钇矿、黑稀金矿。
    3)含钇族稀土(钇、镝、铒、铥等)的矿藏:磷钇矿、氟碳钙钇矿、钇易解石、褐钇铌矿、黑稀金矿。

    稀散元素在自然界里主要以涣散状况赋存在有关的金属矿藏中,如闪锌矿一般都富含镉、锗、镓、铟等,单个还含有、硒与碲;黄铜矿、黝铜矿和硫砷铜矿常常富含、硒及碲,单个的还富含铟与锗;方铅矿也常富含铟、、硒及碲;辉钼矿和斑铜矿富含铼,单个的还富含硒;黄铁矿常富含、镓、硒、碲等。

    现在,尽管已发现有近200种稀散元素矿藏,但因为稀疏而未富集成具有工业挖掘的独立矿床,迄今只发现有很少见的独立锗矿、硒矿、碲矿,但矿床规划都不大。

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