稀土及稀土的應用

摘 要：稀土是自然界中含量稀少金屬的統稱，在元素周期表上的鑭系元素，共17種。這些自然界存量稀少的元素，其作用卻不可忽視，其應用范圍極其廣泛。未來世界的發展離不開稀土，我們一定要正確的認識稀土，使之為人類服務。

關鍵詞：稀土；生產；分離；應用

1、稀土

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）、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。

2、稀土分類

通常把鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪稱為輕稀土或鈰組稀土；把釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥釔稱為重稀土或釔組稀土。

3、稀土的生產

3.1 選礦

選礦是利用組成礦石的各種礦物之間的物理化學性質的差異，采用不同的選礦方法，借助不同的選礦工藝，不同的選礦設備，把礦石中的有用礦物富集起來，除去有害雜質，并使之與脈石礦物分離的機械加工過程。

稀土選礦一般采用浮選法，并常輔以重選、磁選組成多種組合的選礦工藝流程。

3.2 冶煉

（1）濕法冶金

濕法冶金屬于化工冶金方式，全流程稀土礦大多處于溶液、溶劑之中，如稀土精礦的分解、稀土氧化物、稀土化合物、單一稀土金屬的分離和提取過程就是采用沉淀、結晶、氧化還原、溶劑萃取、離子交換等化學分離工藝過程。現應用較普遍的是有機溶劑萃取法，它是工業分離高純單一稀土元素的通用工藝。濕法冶金流程復雜，產品純度高，生產成品應用面廣闊。

（2）火法冶金

火法冶金工藝過程簡單，生產率較高。稀土火法冶煉主要包括硅熱還原法制取稀土合金，熔鹽電解法制取稀土金屬或合金，金屬熱還原法制取稀土合金等。火法冶金的共同特點是在高溫條件下生產。

3.3 稀土精礦的分解

稀土精礦的分解有很多方法，總的來說可分為三類，即酸法、堿法和氯化分解。酸法分解又分為鹽酸分解、硫酸分解和氫氟酸分解法等。堿法分解又分為氫氧化鈉分解或氫氧化鈉熔融或蘇打焙燒法等。

3.4 稀土元素的分離

（1）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。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，因此用這樣的方法不能大量生產單一稀土。

（2）離子交換法

離子交換法的原理是：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。

（3）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質過程。

4、稀土金屬的生產

（1）熔鹽電解法

工業上大批量生產混合稀土金屬一般使用熔鹽電解法。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。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。電解法只能制備一般工業級的稀土金屬。

（2）真空熱還原法

真空熱還原的方法是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，然后再經過重熔和蒸餾獲得較純的金屬，這一方法可以生產所有的單一稀土金屬，但制備釤、銪、鐿、銩等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。

5、稀土的應用

5.1軍事方面

稀土有工業“黃金”之稱，由于其具有優良的光電磁等物理特性，能與其他材料組成性能各異、品種繁多的新型材料，其最顯著的功能就是大幅度提高其他產品的質量和性能。稀土一旦用于軍事，必然帶來軍事科技的躍升。

5.2石油化工方面

用稀土制成的分子篩催化劑，具有活性高、選擇性好、抗重金屬中毒能力強的優點，因而取代了硅酸鋁催化劑用于石油催化裂化過程。

5.3 玻璃陶瓷方面

稀土氧化物或經過加工處理的稀土精礦，可作為拋光粉廣泛用于光學玻璃、顯象管、塑料及金屬餐具等的拋光；

5.4 在新材料方面

稀土鈷及釹、鐵、硼永磁材料，具有高剩磁、高矯頑力和高磁能積，被廣泛用于電子及航天工業；純稀土氧化物和三氧化二鐵化合而成的石榴石型鐵氧體單晶及多晶，可用于微波與電子工業；用高純氧化釹制作的釔鋁石榴石和釹玻璃，可作為固體激光材料；稀土六硼化物可用于制作電子發射的陰極材料；近年來，世界各國采用鋇釔銅氧元素改進的鋇基氧化物制作的超導材料，可在液氮溫區獲得超導體，使超導材料的研制取得了突破性進展。