稀土元素

稀土元素

以氧化物狀态分離出來的化合物
稀土元素是重要的戰略資源,廣泛應用于國防工業、電子行業、環境保護、新能源行業等領域,是高新技術産業發展中必需的重要原料。開發綠色、高效的稀土元素分離與提純技術對中國稀土資源的高效綜合利用具有重要意義。[1]
    中文名:稀土元素 外文名:Rare Earth Element 别名: 化學式: 分子量: CAS登錄号: EINECS登錄号: 熔點: 沸點: 水溶性: 密度: 外觀: 閃點: 應用: 安全性描述: 危險性符号: 危險性描述: UN危險貨物編号: CN危險貨物編号: 簡稱:RE或R 現存程度:儲量不豐富且空間分布不均 曆時:1150年 發現時間:18世紀末

簡介

稀土元素是17種特殊的元素的統稱,它的得名是因為瑞典科學家在提取稀土元素時應用了稀土化合物,所以得名稀土元素。

然而稀土是曆史遺留下來的名稱。稀土是從18世紀末開始陸續發現,當時人們常把不溶于水的固體氧化物稱為土,例如,将氧化鋁稱為“陶土”,氧化鈣稱為”堿土“等。稀土一般是以氧化物狀态分離出來的,當時比較稀少,因而得名為稀土(RareEarth,簡稱RE或R)。

發現

這些稀土元素的發現,從1794年芬蘭人加多林(J。Gadolin)分離出钇到1947年美國人馬林斯基(J。A。Marinsky)等制得钷,曆時150多年。其中大部分稀土元素是歐洲的一些礦物學家、化學家、冶金學家等發現制取的。钷是美國人馬林斯基、格蘭德甯(L。E。Glendenin)和科列爾(C。D。Coryell)用離子交換分離,在鈾裂變産物的稀土元素中獲得的。過去認為自然界中不存在钷,直到1965年,芬蘭一家磷酸鹽工廠在處理磷灰石時發現了痕量的钷。

元素組成

稀土就是化學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),以及與镧系的15個元素密切相關的元素—钇(Y)和钪(Sc)共17種元素,稱為稀土元素。

周期系ⅢB族中原子序數為21、39和57~71的17種化學元素的統稱。其中原子序數為57~71的15種化學元素又統稱為镧系元素。

稀土元素的共性是:

①它們的原子結構相似;

②離子半徑相近(RE3+離子半徑1.06×10-10m~0.84×10-10m,Y3+為0.89×10-10m);

③它們在自然界密切共生。

稀土元素有多種分組方法,目前最常用的有兩種:

兩分法:铈族稀土,La-Eu,亦稱輕稀土(LREE)

钇族稀土,Gd-Lu+Y+Sc,亦稱重稀土(HREE)

兩分法分組以Gd劃界的原因是:從Gd開始在4f亞層上新增加電子的自旋方向改變了。而Y歸入重稀土組主要是由于Y3+離子半徑與重稀土相近,化學性質與重稀土相似,它們在自然界密切共生。

也有的根據稀土元素物理化學性質的相似性和差異性,除钪之外(有的将钪劃歸稀散元素),劃分成三組,即輕稀土組為镧、铈、镨、钕、钷;中稀土組為钐、铕、钆、铽、镝;重稀土組為钬、铒、铥、镱、镥、钇。

三分法:輕稀土為La~Nd;中稀土為Pm~Ho;重稀土為Er~Lu+Y。重稀土元素(heavyrareearthelements,HREE),包括钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥,它們具有較高的原子序數的較大質量,有人将化學性質與重稀土元素相近的钇也列入重稀土亞族,因此重稀土元素也稱為钇族(yttriumgroup)稀土。

結構

含量

特性

稀土元素是周期表中IIIB族钇和镧系元素之總稱。其中钷是人造放射性元素。他們都是很活潑的金屬,性質極為相似,常見化合價+3,其水合離子大多有顔色,易形成穩定的配化合物。稀土金屬,由于熔點較低,在電解過程可呈熔融狀态在陰極上析出,故一般均采用電解法制取。可用氯化物和氟化物兩種鹽系,前者以稀土氯化物為原料加入電解槽,後者則以氧化物的形式加入。

稀土礦物

在自然界中主要礦物有獨居石、铈矽石、铈鋁石、黑稀金礦和磷酸钇礦。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。

已經發現的稀土礦物有250種以上,最重要的有氟碳铈镧礦[(Ce,La)FCO3]、獨居石[CePO4,Th3(PO44]、磷钇石(YPO4)、黑稀金礦[(Y,Ce,Ca)(Nb,Ta,Ti)2O6]、矽铍钇礦(Y2FeBe2Si2O10)、褐簾石[(Ca,Ce)2(Al,Fe)3Si3O12]、铈矽石[(Ce,Y,Pr)2Si2O7·H2O]。

現已查明,稀土元素并不稀少,特别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。

用途

大多數稀土元素呈現順磁性。钆在0℃時比鐵具更強的鐵磁性。铽、镝、钬、铒等在低溫下也呈現鐵磁性,镧、铈的低熔點和钐、铕、镱的高蒸氣壓表現出稀土金屬的物理性質有極大差異。钐、铕、钇的熱中子吸收截面比廣泛用于核反應堆控制材料的镉、硼還大。稀土金屬具有可塑性,以钐和镱為最好。除镱外,钇組稀土較铈組稀土具有更高的硬度。

稀土元素已廣泛應用于電子、石油化工、冶金、機械、能源、輕工、環境保護、農業等領域。應用稀土可生産熒光材料、稀土金屬氫化物電池材料、電光源材料、永磁材料、儲氫材料、催化材料、精密陶瓷材料、激光材料、超導材料、磁緻伸縮材料、磁緻冷材料、磁光存儲材料、光導纖維材料等。

常用的氯化物體系為KCl-RECl3他們在工農業生産和科研中有廣泛的用途,在鋼鐵、鑄鐵和合金中加入少量稀土能大大改善性能。用稀土制得的磁性材料其磁性極強,用途廣泛。在化學工業中廣泛用作催化劑。稀土氧化物是重要的發光材料、激光材料。

中國擁有豐富的稀土礦産資源,成礦條件優越,堪稱得天獨厚,探明的儲量居世界之首,為發展中國稀土工業提供了堅實的基礎。

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