稀土金屬冶金學課件

第七章稀土金屬冶金學——2學時第一節(jié)概述

稀土：稀土包括鑭系（

)

稀土分類：釓及釓以前的為輕稀土或鈰組稀土，釔及釓以后的為重稀土或釔組稀土。

“稀土”名稱的由來：稀就是指在自然界分布少，發(fā)現和使用較晚的的意思；土是以前習慣把不溶于水的固體氧化物稱為“土”。

稀土的英文名稱：為Rareearth，我國是用RE表示稀土。

其實稀土并不稀，它在自然界的分布十分廣泛，含量也不少，17種稀土元素的總量在地殼中占0.0153%，即153克/噸。大大超過了銅(100)，鋅（50）；它們也不是“土”，而是典型的金屬元素。

我國稀土資源：我國稀土資源十分豐富，教科書上說可開發(fā)的估計有3600萬噸，占世界稀土資源約80～90%。2010年商務部部長陳德銘說，據美國國家地質調查局統(tǒng)計，中國稀土儲量占世界比重已從1996年的43%下降到2009年31%。與一些同樣擁有豐富稀土資源卻不開采的國家相比，中國現在是以31%的儲量提供了全球90%以上的稀土供應。

陳德銘說，2010年，中國稀土生產從2009年12.9萬噸削減到8.9萬噸，下降了31%，與出口配額下降的幅度相當。

稀土元素的分離：稀土元素化學性質非常相似，很難分離，常用的分離方法有溶劑萃取法和離子交換法等。

0.26%-1.07%的稀土鈰，鋁線的強度、硬度分別提高8-16%和4-16%，抗腐蝕性提高4倍，耐磨性提高10倍以上，力學性質的提高，可以減少電線桿數目；另一方面，因稀土鈰與硅作用生成Ce5Si3，在晶界析出，抑制了硅的影響，使硅的允許量放寬到0.14-0.16%。

在磁性材料中應用：

永磁材料：常見的永磁材料是鐵氧體，但它磁性小，在1983年后，美、日開發(fā)的釹鐵硼（NdFeB）永磁體，使稀土永磁進入了一個新紀元。每1cm3磁體吸收鐵的最大重量，對鐵氧體說為0.6公斤,對釹鐵硼說為4.7公斤。第二節(jié)稀土提取冶金稀土金屬的提取冶金一般包括：

精礦分解；凈化與分離；

稀土金屬制?。?/p>

稀土金屬提純。第三節(jié)稀土礦物原料及其分解浸出

一.稀土礦物原料稀土礦物：稀土礦物有200多種，其中輕稀土的主要礦物有：氟碳鈰礦Ce(CO3)F和獨居石（CePO4）。重稀土的主要礦物有：磷釔礦（YPO4），褐釔鈮礦（YNbO4）。

氟碳鈰礦是目前世界上生產稀土最主要的原料，其次為獨居石、氟碳鈰-獨居石混合礦和磷釔礦。稀土礦物經選礦富集得精礦，精礦一般含稀土60~65％（以稀土氧化物計）。2）工藝流程2.氟碳鈰礦—獨居石混合精礦的硫酸分解法

目前工業(yè)上用硫酸法分解氟碳鈰礦—獨居石混合物，采用的是高溫硫酸化焙燒法，也可以用苛性鈉溶液分解。

1）焙燒分解反應硫酸化焙燒分解精礦是在溫度3000C下進行的。

稀土分解反應：2RE(CO3)F+H2SO4=RE2(SO4)3+2HF+2H2O+2CO22REPO4+3H2SO4=RE2(SO4)3+3H3PO4

雜質（釷、鈣、鐵、硅）分解反應：Th3(PO4)4+6H2SO4=3Th(SO4)2+4H2PO4

CaF2+H2SO4=CaSO4+2HFFe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2OCa3(PO4)2+3H2SO4=3CaSO4+3H3PO44HF+SiO2=SiF4+2H2O該法優(yōu)點是受礦石品位影響較小，缺點是產生了大量有毒氣體，處理復雜。

2）浸出

在帶攪拌的耐酸槽中用冷水浸出，得稀土硫酸鹽溶液。用冷水浸出的原因是稀土硫酸鹽的溶解度隨溫度升高而降低。濾出液除含稀土外，還含有硫酸、磷酸、釷、鐵、硅、鈣、鎂、鋁等雜質。

3）從硫酸鹽溶液中分離稀土

稀土硫酸鹽溶液可以用萃取法分離，離子交換法分離，或用硫酸復鹽法分離。下面重點介紹萃取法和離子交換法。以上實例經歷了以下過程：

萃取和反萃取是萃取分離必須同時進行的二個過程，經這二個過程，混合組分進行了分離、純化和富集（也是萃取分離的作用或目的），有機萃取劑得到了循環(huán)或再生利用。1.什么是有機溶劑萃取分離法就是利用各種物質在幾乎互不相溶的有機相和水溶液構成的兩相之間的平衡分配比不同而進行分離的方法叫萃取分離法。

2.分配定律

A.能斯特分配定律就是在兩種互不相溶的溶劑之間分配的物質，如果以同等大小的質點存在，則在平衡條件下，被分配物在兩相中的濃度比值是恒定不變的。即A有機A水

(A)有機和(A)水分別是物質A在有機相和水中的濃度；kD分配常數。kD是近似的，只適合低濃度時的情形，因為它沒有考慮被分配物在兩相中的活度系數。

3.分配比上述分配定律是在理想狀態(tài)下，即被分配物不離解、不締合不發(fā)生化學反應等條件下才成立，但實際過程中很難避免離解、締合等現象的發(fā)生。再之分配定律是平衡狀態(tài)才成立，但實際過程或多或少偏離平衡態(tài)，所以實際過程中用分配比表示，分配比為：D==D不是一個常數，但在實際應用過程中，將D近似看作一個常數。

4.分離因素（或分離系數）前面討論分配比時是單一物質在兩相間的分配。對多組分體系來說，它們之間的分離效果可以用分離因素來表示。分離因素是兩物質在兩相間分配比之比。設D1D2，則分離因素為：

=D1÷D2一般講大，分離效果就好。但不是絕對的，是相對的，因與體積無關，當兩相體積相比，有機相的體積要小得多時，即使很大，分離效果也不會好。5.萃取百分率（萃取率）

二.萃取劑常用工業(yè)金屬萃取劑有：酸性萃取劑，中性萃取劑，胺類萃取劑，螯合萃取劑等。

三.萃取方法萃取一般采取多級萃取，萃取方法主要有：錯流萃取；逆流萃?。环逐s萃取等。下面只介紹逆流萃取。

2）求解組分的萃取率和萃余率與萃取級數n的關系也可以說是分析逆流萃取效果。假設萃取比為定值，下面導出和與級數的關系：設逆流萃取為二級萃取，則：萃余率：

2=VF(A)2/VF(A)F=(A)2/(A)F（1）萃取比：

=VS(A)1/VF(A)1=VS(A)2/VF(A)2=相比×D（2）

根據第一級物料平衡：VF(A)F+VS(A)2=VS(A)1+VF(A)1（3）（2）代入（3），得：VF(A)F+VF(A)2=VF(A)1+VF(A)1

(A)F+(A)2=（+1）(A)1（4）

又第二級物料平衡：VF(A)1=VS(A)2+VF(A)2（5）（2）代入（5），得：VF(A)1=VF(A)2+VF(A)2

(A)1=(A)2(1+)（6）（6）代入（4），得：(A)F=(A)2(1+)2-(A)2=(A)2(2++1)(A)2/(A)F=1/(2++1)=(-1)/(3-1)代入（1）式，得：

萃余率：2=(-1)/(3-1)

萃取率：2=1—2=1—(-1)/(3-1)假設逆流萃取級數為三級，同理可得（同學們推導）：

3=1-3=1-(-1)/(3+1-1)

假設為n級逆流萃取，則萃余率：n=(-1)/(n+1-1)

萃取率：n=1-n=1-(-1)/(n+1-1)

四.有機溶劑萃取分離稀土

有機溶劑萃取分離法用于多種稀土混合物的分組，其分離效果比用化學法有更大的選擇性。因稀土離子間的