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因为其广泛应用于钢铁、玻璃、陶瓷、电子、石油等各种行业,被称为"工业味精"。
稀土被人们称为新材料的"宝库",是各国科学家,尤其是材料专家最关注的一组元素,被美国、日本等国家有关部门列为发展高技术产业的关键元素。有人认为,随着稀土元素的开发,将会引发一场新的技术革命。
稀土元素最初是从瑞典产的比较稀少的矿物中发现的,"土"是按当时的习惯,称不溶于水的物质,故称稀土。稀土的英文是RareEarth,意即"稀少的土"。人类第一次从天然矿物中发现稀土是1794年。稀土元素之间的性质相近,在自然界中往往共生在一起,1794年首次发现的是混合稀土。由于当时科学技术水平的限制,人们只能制得一些不纯净的、像土一样的氧化物,故人们便给这组元素留下了这么一个别致有趣的名字。随着科技的进步,以后才逐渐将它们彼此分离出来。从发现稀土到将17个稀土元素找齐最后一个稀土元素是1947年发现的,共经历了150多年。
根据国际纯粹与应用化学联合会对稀土元素的定义,稀土类元素是门捷列夫元素周期表第三副族中原子序数从57至71的15个镧系元素,即镧57、铈58、镨59、钕60、钷61、钐62、铕63、钆64、铽65、镝66、钬67、铒68、铥69、镱70、镥71,再加上与其电子结构和化学性质相近的钪21和钇39,共计17个元素。除钪与钷外,其余15个元素往往共生。
稀土元素在元素周期表中的位置十分特殊,17个元素同处在第ⅢB族,钪、钇、镧、分别为第四、五、六、长周期中过渡元素系列的第一个元素。镧与其后的14个元素性质十分相似,化学家们只能把它们放入一个格子内,难怪有人把它们当成"同位素"对待,然而由于其原子序数不同,还不能算作真正的同位素。就是说,它们性质十分相似,又不完全一样,这就造成了这组元素分离的困难,但也表明只要利用其微小的差别,分离又是可能的。
稀土元素是典型的金属元素。它们的金属活泼性仅次于碱金属和碱土金属元素,而比其他金属元素活泼。在17个稀土元素当中,按金属的活泼次序排列,由钪,钇、镧递增,由镧到镥递减,即镧元素最活泼。稀土元素能形成化学稳定的氧化物、卤化物、硫化物。稀土元素可以和氮、氢、碳、磷发生反应,易溶于盐酸、硫酸和硝酸中。
稀土易和氧、硫、铅等元素化合生成熔点高的化合物,因此在钢水中加入稀土,可以起到净化钢的效果。由于稀土元素的金属原子半径比铁的原子半径大,很容易填补在其晶粒及缺陷中,并生成能阻碍晶粒继续生长的膜,从而使晶粒细化而提高钢的性能。
稀土元素具有未充满的4f电子层结构,并由此而产生多种多样的电子能级。因此,稀土可以作为优良的荧光,激光和电光源材料以及彩色玻璃、陶瓷的釉料。稀土离子与羟基、偶氮基或磺酸基等形成结合物,使稀土广泛用于印染行业。而某些稀土元素具有中子俘获截面积大的特性,如钐、铕、钆、镝和铒,可用作原子能反应堆的控制材料和减速剂。而铈、钇的中子俘获截面积小,则可作为反应堆燃料的稀释剂。
稀土具有类似微量元素的性质,可以促进农作物的种子萌发,促进根系生长,促进植物的光合作用。
根据稀土元素间物理化学性质和地球化学性质的某些差异和分离工艺的要求,学者们往往把稀土类元素分为轻、重两组或者 轻、中、重三组。两组的分法以钆为界,钆以前的镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕7个元素为轻稀土元素,亦称铈组稀土元素;钆及钆以后的铽、钬、铒、铥、镱、镥和钇等9个元素称为重稀土元素,亦称钇组稀土元素。尽管钇的原子量仅为89,但由于其离子半径在其它重稀土元素的离子半径链环之中,其化学性质更接近重稀土元素。在自然界也与其它重稀土元素共生。故它被归为重稀土组。轻中重三组稀土的分类法没有一定之规,如按稀土硫酸复盐溶解度大小可分为:难溶性铈组即轻稀土组,包括镧、铈、镨、钕、钐;微溶性铽组即中稀土组,包括铕、钆、铽、镝;较易溶性的钇组即重稀土组,包括钇、钬、铒、铥、镱、镥。然而各组之间相邻元素间的溶解度差别很小,用这种方法是分不净的。多用萃取法分组,例如用二2乙基已基磷酸即P204可在钕/钐间分组,然后再在钆/铽间分组等。这们,镧、铈、镨、钕称为轻稀土,钐、铕、钆称为中稀土,铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥再加上钇称为重稀土。
稀土是镧系元素系稀土类元素群的总称,包含钪Sc、钇Y及镧系中的镧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,共17个元素。稀土...
稀土元素:学者们往往把稀土类元素分为轻、重两组或者轻、中、重三组。两组的分法以钆为界,钆以前的镧、镝、铈、镨、钕、钷、钐、铕7个元素为轻稀土元素,亦称铈组稀土元素;钆及钆以后的铽、镝、钬、铒、铥、镱、...
稀土被人们称为新材料的“宝库”,是各国科学家,尤其是材料专家最关注的一组元素,被美国、日本等国家有关部门列为发展高技术产业的关键元素。有人认为,随着稀土元素的开发,将会引发一场新的技术革命。 &nbs...
钇基重稀土球墨铸铁电焊条第三次攻关会在建阳召开
为进一步提高钇基重稀土球墨铸铁焊条质量和批量转厂生产,10月20日—31日在福建省建阳县召开了钇基重稀土球墨铸铁电焊条第三次攻关会。会议由钇球铁电焊条研究课题组组长哈尔滨焊接研究所和武汉内燃机厂负责召集。参加单位有山东工学院、建阳焊条厂、冶金部有色院、长春稀土合金厂、吉林工大、潍坊发动机厂、大连造船厂等25个单位、33名代表。会议分两个阶段进行:第一阶段是在建阳焊条厂,确定了钇球铁焊条配方,进行了批量
包头稀土院开发稀土PVC稳定剂
包头稀土院成功研发出具有无毒、环保、长期稳定性好等优点的新型稀土PVC稳定剂。该稀土PVC稳定剂中试生产线正在建设,预计年内投产。
正是稀土元素原子量和电离系统的变化造成了稀土元素在地质地球化学过程中出现了轻稀土(LREE:La~Eu)与重稀土(HREE:Gd~Lu)行为的差异,导致轻稀土与重稀土元素发生分馏。岩浆的分离结晶作用是造成岩浆演化过程中稀土元素分馏的重要方式。分离结晶相的矿物组合、岩浆结晶程度和母岩性质等,是控制残留岩浆稀土元素分馏的主要因素。岩浆的混合作用、围岩的混染作用以及岩浆的液态分离作用等,但其规模和影响相对较小。此外,花岗岩中的稀土矿物在地表条件下的稳定性极大地影响离子吸附型稀土矿床能否形成;稀土矿物的稳定性除了
受其晶体结构和晶格能控制外,其变生程度也是重要的制约因素。
根据稀土元素原子电子层结构和物理化学性质,以及它们在矿物中共生情况和不同的离子半径可产生不同性质的特征,十七种稀土元素通常分为二组:
轻稀土包括:镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、。
重稀土包括:钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇。
按矿物特点分类:
铈组(轻稀土)-镧、铈、镨、钕、钷、钐和铕;
钇组(重稀土)-钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥和钪。
按萃取分离分类: 轻稀土(P204弱酸度萃取)-镧、铈、镨、钕;
中稀土(P204低酸度萃取)-钐、铕、钆、铽和镝;
重稀土(P204中酸度萃取)-钬、铒、铥、镱、镥、钇。
储量分布高度集中
中国稀土矿产虽然在华北、东北、华东、中南、西南、西北等六大区均有分布,但主要集中在华北区的内蒙古白云鄂博铁-铌、稀土矿区,其稀土储量占全国稀土总储量的90%以上,是中国轻稀土主要生产基地。
北轻南重
即轻稀土主要分布在北方地区,重稀土则主要分布在南方地区,尤其是在南岭地区分布可观的离子吸附型中稀土、重稀土矿,易采、易提取,已成为中国重要的中、重稀土生产基地。此外,在南方地区还有风化壳型和海滨沉积型砂矿,有的富含磷钇矿(重稀土矿物原料);在赣南一些脉钨矿床(如西华山、荡坪等)伴生磷钇矿、硅铍钇矿、钇萤石、氟碳钙钇矿、褐钇铌矿等重稀土矿物,在钨矿选冶过程中可综合回收,综合利用。
共伴生稀土矿床多,综合利用价值大
在已发现的数百处矿产地中,2/3以上为共伴生矿产,颇有综合利用价值。但多数矿床物质成分复杂,矿石嵌布粒度细,多为难选矿石,如白云鄂博矿床中有70余种元素,170多种矿物,其中稀土、铌钽储量巨大,为世界罕见的大型稀土、稀有金属矿床。在铁矿石中共生的独居石、氟碳铈矿、氟碳钡铈矿、黄河矿等稀土矿物,虽然矿石结构构造复杂,嵌布粒度细微。但经过不断选冶试验研究,精矿品位和冶炼提取及回收率已有很大提高,成为中国轻稀土主要原料基地。
矿产资源储量多、品种全
现已探明的稀土储量达1亿t以上,而且还有较大的资源潜力。品种全,17种稀土元素除钷尚未发现天然矿物,其余16种稀土元素均已发现矿物、矿石。在所勘查和开发的矿床中,通过选冶工艺从矿石矿物中提取出16种稀土金属,现已生产出几百个品种和上千个规格的稀土产品,不仅满足了国内需求,而且已大量出口,成为中国出口创汇的主要矿产品及加工产品之一。
重要研究意义
自然界的稀土元素除了赋存在各种稀土矿中外, 还有相当大的一部分与磷灰石和磷块岩矿共生。由于稀土的离子半径(0. 848~0. 106 nm)与Ca2 (0. 106 nm)很接近,稀土以类质同象方式赋存于磷矿岩中, 而且随着磷矿中P2O5品位的增加,稀土元素含量也增加,两者呈正消长关系。俄罗斯磷矿储量丰富,而且品位高, 其稀土含量也较高,其中以科拉半岛(Kola)磷矿资源最具代表性, 其稀土含量接近1. 0%。世界磷矿总储量约为1000亿吨,稀土平均含量为 0. 5‰, 估计世界磷矿中伴生的稀土总量为5000万吨。中国滇、黔、川、湘等地磷矿资源相对丰富,如云南和贵州磷矿是一个特大型中低品位沉积矿床,磷矿储量约16亿吨以上, 伴生的稀土储量70多万吨 (稀土含量0. 5‰~1‰),钇占稀土配分 35%左右, 镨钕约占20%,铽镝占2%~5%,其配分接近价值最高的中钇富铕离子型矿, 是继离子型矿后的中重稀土后备资源