稀土的简单介绍.ppt

①稀土元素介绍②稀土的制备与分离③稀土发光的特点④稀土材料的应用⑤稀土的市场情况及其他用途*稀 土 元 素稀土元素的介绍稀土一词是历史遗留下来的名称稀土元素（Rare Earth Element）是从18世纪末叶开始陆续发现，当时人们常把不溶于 水的固体氧化物称为土稀土一般是以氧化物状态分离出来的， 又很稀少，因而得名为稀土(Rare Earth，简称RE或R)稀土元素的电子结构稀土元素组成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，称为稀土元素通常把镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕称为轻稀土元素 （铈组稀土），钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇称为重稀土元素 （钇组稀土）也有的根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)，划分成三组，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。

稀土矿物 在自然界中主要矿物有独居石、铈硅石、铈铝石、黑稀金矿和磷酸钇矿因其天然丰度小，又以氧化物或含氧酸盐矿物共生形式存在，故得名 已经发现的稀土矿物有250种以上，最重要的有氟碳铈镧矿[（Ce，La）FCO3]、独居石[CePO4，Th3（PO4）4]、磷钇石（YPO4）、黑稀金矿[(Y，Ce，Ca) (Nb，Ta，Ti)2O6]、硅铍钇矿（Y2FeBe2Si2O10）、褐帘石[（Ca，Ce）2(Al，Fe)3Si3O12]、铈硅石[（Ce，Y，Pr）2Si2O7·H2O] 现已查明，稀土元素并不稀少，特别是中国的稀土资源十分丰富，有开采价值的储量占世界第一位从1794年芬兰J加多林从瑞典斯德哥尔摩附近的于特比镇发现钇开始，一直到1947年美国JA马林斯基从铀的裂变产物中分离出钷，共经历150多年稀土的制备与分离由稀土精矿分解后所得到的混合稀土化合物中，分离提取出单一纯稀土元素，在化学工艺上是比较复杂和困难的其主要原因有二个，一是镧系元素之间的物理性质和化学性质十分相似，多数稀土离子半径居于相邻两元素之间，非常相近，在水溶液中都是稳定的三价态稀土离子与水的亲和力大，因受水合物的保护，其化学性质非常相似，分离提纯极为困难。

二是稀土精矿分解后所得到的混合稀土化合物中伴生的杂质元素较多(如铀、钍、铌、钽、钛、锆、铁、钙、硅、氟、磷等)因此，在分离稀土元素的工艺流程中，不但要考虑这十几个化学性质极其相近的稀土元素之间的分离，而且还必须考虑稀土元素同伴生的杂质元素之间的分离分步法分步法是利用化合物在溶剂中溶解的难易程度(溶解度)上的差 别来进行分离和提纯的方法的操作程序是：将含有两种稀土元素 的化合物先以适宜的溶剂溶解后，加热浓缩，溶液中一部分元素化 合物析出来(结晶或沉淀)析出物中，溶解度较小的稀土元素得到 富集，溶解度较大点的稀土元素在溶液中也得到富集因为稀土元 素之间的溶解度差别很小，必须重复操作多次才能将这两种稀土元 素分离开来，因而这是一件非常困难的工作从1794年发现的钇(Y)到1905年发现的镥(Lu)为止，所有天然 存在的稀土元素间的单一分离，还有居里夫妇发现的镭，都是用这 种方法分离的全部稀土元素的单一分离耗费了100多年，一次分离重复操作 竟达2万次，对于化学工作者而言，其艰辛的程度，可想而知因 此用这样的方法不能大量生产单一稀土离子交换法首先将阳离子交换树脂填充于柱子内，再将待分离的混合稀土吸附在柱子入口处的那一端，然后让淋洗液从上到下流经柱子。

形成了络合物的稀土就脱离离子交换树脂而随淋洗液一起向下流动流动的过程中稀土络合物分解，再吸附于树脂上就这样，稀土离子一边吸附、脱离树脂，一边随着淋洗液向柱子的出口端流动由于稀土离子与络合剂形成的络合物的稳定性不同，因此各种稀土离子向下移动的速度不一样，亲和力大的稀土向下流动快，结果先到达出口端溶剂萃取法利用有机溶剂从与其不相混溶的水溶液中把被萃取物提取分离出来的方法称之为有机溶剂液-液液萃取法，简称溶剂萃取法，它是一种把物质从一个液相转移到另一个液相的传质过程溶剂萃取法其萃取过程与分级沉淀、分级结晶、离子交换等分离方法相比，具有分离效果好、生产能力大、便于快速连续生产、易于实现自动控制等一系列优点，因而逐渐变成分离大量稀土的主要方法稀土金属的生产稀土金属一般分为混合稀土金属和单一 稀土金属混合稀土金属的组成与矿石中原 有的稀土成份接近，单一金属是各稀土分离 精制的金属以稀土氧化物(除钐、铕、镱及 铥的氧化物外)为原料用一般冶金方法很难还 原成单一金属，因其生成热很大、稳定性 高因此目前生产稀土金属常用的原料是它 们的氯化物和氟化物主要有如下两种方法： (1)熔盐电解法(2)真空热还原法熔盐电解法工业上大批量生产混合稀土金属一般 使用熔盐电解法。

这一方法是把稀土氯化 物等稀土化合物加热熔融，然后进行电解 ，在阴极上析出稀土金属电解法有氯化 物电解和氧化物电解两种方法单一稀土 金属的制备方法因元素不同而异钐、 铕、镱、铥因蒸气压高，不适于电解法制 备，而使用还原蒸馏法其它元素可用电 解法或金属热还原法制备 氯化物电解是生产金属最普通的方法 ，特别是混合稀土金属工艺简单，成本便 宜，投资小，但最大缺点是氯气放出，污 染环境 氧化物电解没有有害气体放出，但成 本稍高些，一般生产价格较高的单一稀土 如钕、镨等都用氧化物电解真空热还原法电解法只能制备一般工业级的稀土金属 ，如要制备杂质较低，纯度高的金属，一般 用真空热还原的方法来制取一般是把稀土 氧化物先制成氟化稀土，在真空感应炉内用 金属钙进行还原，制得粗金属，然后再经过 重熔和蒸馏获得较纯的金属，这一方法可以 生产所有的单一稀土金属，但钐、铕、镱、 铥不能用这种方法 钐、铕、镱、铥与钙的 氧化还原电位仅使氟化稀土产生部分还原 一般制备这些金属，是利用这些金属的高蒸 汽压和镧金属的低蒸气压的原理，将这四种 稀土的氧化物与镧金属的碎屑混合压块，在 真空炉中进行还原，镧比较活泼，钐、铕、 镱、铥被镧还原成金属后收集在冷凝上，与 渣很容易分开。

稀土发光的特点物质发光现象大致分为 两类:一类是物质受热,产生 热辐射而发光 ,另一类是物 体受激发吸收能量而跃迁至 激发态 (非稳定态) 在返回到 基态的过程中,以光的形式放 出能量因为稀土元素原子的电 子构型中存在 4f轨道 ,当 4f 电子从高的能级以辐射驰骋 的方式跃迁至低能级时就发 出不同波长的光稀土元素 原子具有丰富的电子能级,为 多种能级跃迁创造了条件 , 从而获得多种发光性能稀土发光制品稀土是一个巨大的发光材料宝库 ,稀土元素无论被用作发光 荧光 材料 的基质成分,还是被用作激活剂 ,共激活剂 ,敏化剂或掺杂剂 ,所制成的发 光材料 ,一般统称为稀土发光材料或稀土荧光材料稀土材料的应用稀土发光材料的应用领域包括电光源照明、大屏幕显示器材料、夜明材料、电视机显色材料、X射线荧光粉与闪烁体等等其中,电光源照明是其应用的最主要方面 ,灯用荧光粉的产量在所有荧光粉中占据首位其中，主要有以下几种：1 稀土长余辉发光材料的应用2 在农用光转换膜方面的应用3 在军事方面的应用4 在增感屏用荧光体方面的应用稀土长余辉发光材料的应用稀土长余辉发光材料是一类光致储能功能材料 ,又称为“夜光粉 ”, 广泛应用于弱光照明、应急指示、建筑装饰和工艺美术等领域。

在农用光转换膜方面的应用将发光材料作为太阳光的转光剂 ,加入到农用塑料薄膜中制成农膜或 大棚 ,改善光合作用的光质 ,提高光能利用率 ,促进农作物、蔬菜早熟和 增产在军事方面的应用稀土发光材料制作的各种显示器已用于歼击机、强击机和武装直升机 中,提高其功能和性能长余辉夜光粉制品用于舰艇等方面我国有关单 位在这一领域有很长足的发展在增感屏用荧光体方面的应用许多稀土荧光体可以用作 X 射线增感屏 ,对于诊断人类疾病 ,保障人 们医疗健康起重要作用我国稀土发光材料生产现状我国拥有发展稀土应用的得天独厚的资源优势,在现已查明的世界稀 土资源中, 80%的稀土资源在我国,并且品种齐全从 1986年起 ,我国稀土 产量已跃居世界第一位 ,使我国从稀土资源大国成为稀土生产大国目前 ,无论是储存、产量 ,还是出口量 ,我国在世界稀土市场上占有举足轻重的 地位现已形成三大主流产品:信息显示用荧光粉、灯用三基色荧光粉、 长余辉荧光粉在我国稀土事业迅速发展的同时,应该清醒的看到,我国在 稀土深加工方面 ,在稀土功能材料的开发和应用技术方面并不站在世界前 列,与世界先进水平还有相当的差距 ,需要我们奋起赶上。

目前我国稀土资 源利用的特点是 ,一方面出口原料和粗产品;另一方面却在进口产品和精 制品因些 ,在我国开展稀土精细加工和稀土功能材料的研究,具有独特的 意义 ,这是我国 21世纪化学化工的重大课题 ,而稀土发光材料的研究将是 它的主攻方向。