稀土的簡單介紹.ppt

1、稀土元素介紹 稀土的制備與分離 稀土發(fā)光的特點 稀土材料的應用 稀土的市場情況及其他用途,稀 土 元 素,稀土元素的介紹,稀土一詞是歷史遺留下來的名稱。稀土元素（Rare Earth Element）是從18世紀末葉開始陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，當時人們常把不溶于水的固體氧化物稱為土。稀土一般是以氧化物狀態(tài)分離出來的，又很稀少，因而得名為稀土(Rare Earth，簡稱RE或R)。,稀土元素的電子結構,稀土元素組成,稀土就是化學元素周期表中鑭系元素鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb

2、)、镥(Lu)，以及與鑭系的15個元素密切相關的兩個元素鈧(Sc)和釔(Y)共17種元素，稱為稀土元素。 通常把鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪稱為輕稀土元素 （鈰組稀土），釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔稱為重稀土元素 （釔組稀土）。 也有的根據(jù)稀土元素物理化學性質的相似性和差異性，除鈧之外(有的將鈧劃歸稀散元素)，劃分成三組，即輕稀土組為鑭、鈰、鐠、釹、钷；中稀土組為釤、銪、釓、鋱、鏑；重稀土組為鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔。,稀土礦物,在自然界中主要礦物有獨居石、鈰硅石、鈰鋁石、黑稀金礦和磷酸釔礦。因其天然豐度小，又以氧化物或含氧酸鹽礦物共生形式存在，故得名。 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的稀土礦物有250種以上，最

3、重要的有氟碳鈰鑭礦（Ce，La）FCO3、獨居石CePO4，Th3（PO4）4、磷釔石（YPO4）、黑稀金礦(Y，Ce，Ca) (Nb，Ta，Ti)2O6、硅鈹釔礦（Y2FeBe2Si2O10）、褐簾石（Ca，Ce）2(Al，F(xiàn)e)3Si3O12、鈰硅石（Ce，Y，Pr）2Si2O7H2O。 現(xiàn)已查明，稀土元素并不稀少，特別是中國的稀土資源十分豐富，有開采價值的儲量占世界第一位。從1794年芬蘭J加多林從瑞典斯德哥爾摩附近的于特比鎮(zhèn)發(fā)現(xiàn)釔開始，一直到1947年美國JA馬林斯基從鈾的裂變產(chǎn)物中分離出钷，共經(jīng)歷150多年。,稀土的制備與分離,由稀土精礦分解后所得到的混合稀土化合物中，分離提取出單一

4、純稀土元素，在化學工藝上是比較復雜和困難的。其主要原因有二個，一是鑭系元素之間的物理性質和化學性質十分相似，多數(shù)稀土離子半徑居于相鄰兩元素之間，非常相近，在水溶液中都是穩(wěn)定的三價態(tài)。稀土離子與水的親和力大，因受水合物的保護，其化學性質非常相似，分離提純極為困難。二是稀土精礦分解后所得到的混合稀土化合物中伴生的雜質元素較多(如鈾、釷、鈮、鉭、鈦、鋯、鐵、鈣、硅、氟、磷等)。因此，在分離稀土元素的工藝流程中，不但要考慮這十幾個化學性質極其相近的稀土元素之間的分離，而且還必須考慮稀土元素同伴生的雜質元素之間的分離。,分步法,分步法是利用化合物在溶劑中溶解的難易程度(溶解度)上的差別來進行分離和提純的

5、。方法的操作程序是：將含有兩種稀土元素的化合物先以適宜的溶劑溶解后，加熱濃縮，溶液中一部分元素化合物析出來(結晶或沉淀)。析出物中，溶解度較小的稀土元素得到富集，溶解度較大點的稀土元素在溶液中也得到富集。因為稀土元素之間的溶解度差別很小，必須重復操作多次才能將這兩種稀土元素分離開來，因而這是一件非常困難的工作。 從1794年發(fā)現(xiàn)的釔(Y)到1905年發(fā)現(xiàn)的镥(Lu)為止，所有天然存在的稀土元素間的單一分離，還有居里夫婦發(fā)現(xiàn)的鐳，都是用這種方法分離的。 全部稀土元素的單一分離耗費了100多年，一次分離重復操作竟達2萬次，對于化學工作者而言，其艱辛的程度，可想而知。因此用這樣的方法不能大量生產(chǎn)單一

6、稀土。,離子交換法,首先將陽離子交換樹脂填充于柱子內，再將待分離的混合稀土吸附在柱子入口處的那一端，然后讓淋洗液從上到下流經(jīng)柱子。形成了絡合物的稀土就脫離離子交換樹脂而隨淋洗液一起向下流動。流動的過程中稀土絡合物分解，再吸附于樹脂上。就這樣，稀土離子一邊吸附、脫離樹脂，一邊隨著淋洗液向柱子的出口端流動。由于稀土離子與絡合劑形成的絡合物的穩(wěn)定性不同，因此各種稀土離子向下移動的速度不一樣，親和力大的稀土向下流動快，結果先到達出口端。,溶劑萃取法,利用有機溶劑從與其不相混溶的水溶液中把被萃取物提取分離出來的方法稱之為有機溶劑液-液液萃取法，簡稱溶劑萃取法，它是一種把物質從一個液相轉移到另一個液相的傳

7、質過程。 溶劑萃取法其萃取過程與分級沉淀、分級結晶、離子交換等分離方法相比，具有分離效果好、生產(chǎn)能力大、便于快速連續(xù)生產(chǎn)、易于實現(xiàn)自動控制等一系列優(yōu)點，因而逐漸變成分離大量稀土的主要方法。,稀土金屬的生產(chǎn),稀土金屬一般分為混合稀土金屬和單一稀土金屬?；旌舷⊥两饘俚慕M成與礦石中原有的稀土成份接近，單一金屬是各稀土分離精制的金屬。以稀土氧化物(除釤、銪、鐿及銩的氧化物外)為原料用一般冶金方法很難還原成單一金屬，因其生成熱很大、穩(wěn)定性高。因此目前生產(chǎn)稀土金屬常用的原料是它們的氯化物和氟化物。 主要有如下兩種方法： (1)熔鹽電解法 (2)真空熱還原法,熔鹽電解法,工業(yè)上大批量生產(chǎn)混合稀土金屬一般使用

8、熔鹽電解法。這一方法是把稀土氯化物等稀土化合物加熱熔融，然后進行電解，在陰極上析出稀土金屬。電解法有氯化物電解和氧化物電解兩種方法。單一稀土金屬的制備方法因元素不同而異。釤、銪、鐿、銩因蒸氣壓高，不適于電解法制備，而使用還原蒸餾法。其它元素可用電解法或金屬熱還原法制備。 氯化物電解是生產(chǎn)金屬最普通的方法，特別是混合稀土金屬工藝簡單，成本便宜，投資小，但最大缺點是氯氣放出，污染環(huán)境。 氧化物電解沒有有害氣體放出，但成本稍高些，一般生產(chǎn)價格較高的單一稀土如釹、鐠等都用氧化物電解。,真空熱還原法,電解法只能制備一般工業(yè)級的稀土金屬，如要制備雜質較低，純度高的金屬，一般用真空熱還原的方法來制取。一般是

9、把稀土氧化物先制成氟化稀土，在真空感應爐內用金屬鈣進行還原，制得粗金屬，然后再經(jīng)過重熔和蒸餾獲得較純的金屬，這一方法可以生產(chǎn)所有的單一稀土金屬，但釤、銪、鐿、銩不能用這種方法。 釤、銪、鐿、銩與鈣的氧化還原電位僅使氟化稀土產(chǎn)生部分還原。一般制備這些金屬，是利用這些金屬的高蒸汽壓和鑭金屬的低蒸氣壓的原理，將這四種稀土的氧化物與鑭金屬的碎屑混合壓塊，在真空爐中進行還原，鑭比較活潑，釤、銪、鐿、銩被鑭還原成金屬后收集在冷凝上，與渣很容易分開。,稀土發(fā)光的特點,物質發(fā)光現(xiàn)象大致分為兩類:一類是物質受熱,產(chǎn)生熱輻射而發(fā)光 ,另一類是物體受激發(fā)吸收能量而躍遷至激發(fā)態(tài) (非穩(wěn)定態(tài)) 在返回到基態(tài)的過程中,以

10、光的形式放出能量。 因為稀土元素原子的電子構型中存在 4f軌道 ,當 4f 電子從高的能級以輻射馳騁的方式躍遷至低能級時就發(fā)出不同波長的光。稀土元素原子具有豐富的電子能級,為多種能級躍遷創(chuàng)造了條件 ,從而獲得多種發(fā)光性能。,稀土發(fā)光制品,稀土是一個巨大的發(fā)光材料寶庫 ,稀土元素無論被用作發(fā)光 熒光 材料的基質成分,還是被用作激活劑 ,共激活劑 ,敏化劑或摻雜劑 ,所制成的發(fā)光材料 ,一般統(tǒng)稱為稀土發(fā)光材料或稀土熒光材料。,稀土材料的應用,稀土發(fā)光材料的應用領域包括電光源照明、大屏幕顯示器材料、夜明材料、電視機顯色材料、X射線熒光粉與閃爍體等等。其中,電光源照明是其應用的最主要方面 ,燈用熒光粉

11、的產(chǎn)量在所有熒光粉中占據(jù)首位。 其中，主要有以下幾種： 1稀土長余輝發(fā)光材料的應用。 2在農用光轉換膜方面的應用。 3在軍事方面的應用。 4在增感屏用熒光體方面的應用。,稀土長余輝發(fā)光材料的應用,稀土長余輝發(fā)光材料是一類光致儲能功能材料 ,又稱為“夜光粉 ”,廣泛應用于弱光照明、應急指示、建筑裝飾和工藝美術等領域。,在農用光轉換膜方面的應用,將發(fā)光材料作為太陽光的轉光劑 ,加入到農用塑料薄膜中制成農膜或大棚 ,改善光合作用的光質 ,提高光能利用率 ,促進農作物、蔬菜早熟和增產(chǎn)。,在軍事方面的應用,稀土發(fā)光材料制作的各種顯示器已用于殲擊機、強擊機和武裝直升機中,提高其功能和性能。長余輝夜光粉制品用于艦艇等方面。我國有關單位在這一領域有很長足的發(fā)展。,在增感屏用熒光體方面的應用,許多稀土熒光體可以用作 X 射線增感屏 ,對于診斷人類疾病 ,保障人們醫(yī)療健康起重要作用。,我國稀土發(fā)光材料生產(chǎn)現(xiàn)狀,我國擁有發(fā)展稀土應用的得天獨厚的資源優(yōu)勢,在現(xiàn)已查明的世界稀土資源中, 80%的稀土資源在我國,并且品種齊全。從 1986年起 ,我國稀土產(chǎn)量已躍居世界第一位 ,使我國從稀土資源大國成為稀土生產(chǎn)大國。目前 ,無論是儲存、產(chǎn)量 ,還是出口量 ,我國在世界稀土市場上占有舉足輕重的地位?，F(xiàn)已形成三大主流產(chǎn)品:信息顯示用熒光粉、燈用三基色熒光粉、長余輝熒光粉。在我國稀土事業(yè)迅速發(fā)展的同時,