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稀土是怎樣形成的

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稀土是怎樣形成的

  稀土(rare earth)有“工業(yè)維生素”的美稱?,F(xiàn)如今已成為極其重要的戰(zhàn)略資源。我們大部分人只知道稀土價(jià)格昂貴,卻不知道它的實(shí)際用途。下面由學(xué)習(xí)啦小編為你詳細(xì)解稀土的相關(guān)知識(shí)。

  稀土是怎么形成的:

  稀土一詞是歷史遺留下來(lái)的名稱。稀土元素是從18世紀(jì)末葉開(kāi)始陸續(xù)發(fā)現(xiàn),當(dāng)時(shí)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(lái)的,又很稀少,因而得名為稀土。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。也有的根據(jù)稀土元素物理化學(xué)性質(zhì)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。

  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。

  稀土的常見(jiàn)類型:

  原礦

  獨(dú)居石

  獨(dú)居石(Monazite)又名磷鈰鑭礦。

  化學(xué)成分及性質(zhì):(Ce,La,Y,Th)[PO4]。成分變化很大。礦物成分中稀土氧化物含量可達(dá)50~68%。類質(zhì)同象混入物有Y、Th、Ca、[SiO4]和[SO4]。獨(dú)居石溶于H3PO4、HClO4、H2SO4中。

  晶體結(jié)構(gòu)及形態(tài):?jiǎn)涡本?,斜方柱晶類。晶體成板狀,晶面常有條紋,有時(shí)為柱、錐、粒狀。

  物理性質(zhì):呈黃褐色、棕色、紅色,間或有綠色。半透明至透明。條痕白色或淺紅黃色。具有強(qiáng)玻璃光澤。硬度5.0~5.5。性脆。比重4.9~5.5。電磁性中弱。在X射線下發(fā)綠光。在陰極射線下不發(fā)光。

  生成狀態(tài):產(chǎn)在花崗巖及花崗偉晶巖中;稀有金屬碳酸巖中;云英巖與石英巖中;云霞正長(zhǎng)巖、長(zhǎng)霓巖與堿性正長(zhǎng)偉晶巖中;阿爾卑斯型脈中;混合巖中;及風(fēng)化殼與砂礦中。

  用途:主要用來(lái)提取稀土元素。

  產(chǎn)地:具有經(jīng)濟(jì)開(kāi)采價(jià)值的獨(dú)居石主要資源是沖積型或海濱砂礦床。最重要的海濱砂礦床是在澳大利亞沿海、巴西以及印度等沿海。此外,斯里蘭卡、馬達(dá)加斯加、南非、馬來(lái)西亞、中國(guó)、泰國(guó)、韓國(guó)、朝鮮等地都含有獨(dú)居石的重砂礦床。

  獨(dú)居石的生產(chǎn)近幾年呈下降趨勢(shì),主要原因是由于礦石中釷元素具有放射性,對(duì)環(huán)境有害。

  氟碳鈰礦

  化學(xué)成分性質(zhì):(Ce,La)[CO3]F。機(jī)械混入物有SiO2、Al2O3、P2O5。氟碳鈰礦易溶于稀HCl、HNO3、H2SO4、H3PO4。

  晶體結(jié)構(gòu)及形態(tài):

  六方晶系。復(fù)三方雙錐晶類。晶體呈六方柱狀或板狀。細(xì)粒狀集合體。

  物理性質(zhì):黃色、紅褐色、淺綠或褐色。玻璃光澤、油脂光澤,條痕呈白色、黃色,透明至半透明。硬度4~4.5,性脆,比重4.72~5.12,有時(shí)具放射性、具弱磁性。在薄片中透明,在透射光下無(wú)色或淡黃色,在陰極射線下不發(fā)光。

  生成狀態(tài):產(chǎn)于稀有金屬碳酸巖中;花崗巖及花崗偉晶巖中;與花崗正長(zhǎng)巖有關(guān)的石英脈中;石英─鐵錳碳酸鹽巖脈中;砂礦中。[3]

  用途:它是提取鈰族稀土元素的重要礦物原料。鈰族元素可用于制作合金,提高金屬的彈性、韌性和強(qiáng)度,是制作噴氣式飛機(jī)、導(dǎo)彈、發(fā)動(dòng)機(jī)及耐熱機(jī)械的重要零件。亦可用作防輻射線的防護(hù)外殼等。此外,鈰族元素還用于制作各種有色玻璃。

  磷釔礦

  化學(xué)成分及性質(zhì):Y[PO4]。成分中Y2O361.4%,P2O538.6%。有釔族稀土元素混入,其中以鐿、鉺、鏑、釓為主。尚有鋯、鈾、釷等元素代替釔,同時(shí)伴隨有硅代替磷。一般來(lái)說(shuō),磷釔礦中鈾的含量大于釷。磷釔礦化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。晶體結(jié)構(gòu)及形態(tài):四方晶系、復(fù)四方雙錐晶類、呈粒狀及塊狀。

  物理性質(zhì):黃色、紅褐色,有時(shí)呈黃綠色,亦呈棕色或淡褐色。條痕淡褐色。玻璃光澤,油脂光澤。硬度4~5,比重4.4~5.1,具有弱的多色性和放射性。

  生成狀態(tài):主要產(chǎn)于花崗巖、花崗偉晶巖中。亦產(chǎn)于堿性花崗巖以及有關(guān)的礦床中。在砂礦中亦有產(chǎn)出。 用途:大量富集時(shí),用作提煉稀土元素的礦物原料。

  鑭釩褐簾石

  日本山口大學(xué)、愛(ài)媛大學(xué)和東京大學(xué)的聯(lián)合研究小組發(fā)表一份公報(bào)說(shuō),他們?cè)谌乜h發(fā)現(xiàn)了一種含有稀土的新品種礦物。稀土在改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和發(fā)展高新技術(shù)領(lǐng)域當(dāng)中具有“點(diǎn)石成金”的作用。而新礦物是2011年4月在三重縣伊勢(shì)市的山中發(fā)現(xiàn)的,它是含有稀土鑭和稀有金屬釩的一種特殊褐簾石。2013年3月1日,這種礦物被國(guó)際礦物學(xué)協(xié)會(huì)認(rèn)定為新礦物,并被命名為“鑭釩褐簾石”。

  成品

  碳酸氯化稀土

  這是稀土工業(yè)中最主要的兩種初級(jí)產(chǎn)品,一般地說(shuō),當(dāng)前有兩個(gè)主要工藝生產(chǎn)這兩種產(chǎn)品。

  一個(gè)工藝是濃硫酸焙燒工藝,即把稀土精礦與硫酸混合在回轉(zhuǎn)窯中焙燒。經(jīng)過(guò)焙燒的礦用水浸出,則可溶性的稀土硫酸鹽就進(jìn)入水溶液,稱之為浸出液。然后往浸出液中加入碳酸氫銨,則稀土呈碳酸鹽沉淀下來(lái),過(guò)濾后即得碳酸稀土。

  另一種工藝叫燒堿法工藝,簡(jiǎn)稱堿法工藝。一般是將60%的稀土精礦與濃堿液攪勻,在高溫下熔融反應(yīng),稀土精礦即被分解,稀土變?yōu)闅溲趸⊥?,把堿餅經(jīng)水洗除去鈉鹽和多余的堿,然后把水洗過(guò)的氫氧化稀土再用鹽酸溶解,稀土被溶解為氯化稀土溶液,調(diào)酸度除去雜質(zhì),過(guò)濾后的氯化稀土溶液經(jīng)濃縮結(jié)晶即制得固體的氯化稀土。

  磷礦稀土

  自然界的稀土元素除了賦存在各種稀土礦中外, 還有相當(dāng)大的一部分與磷灰石和磷塊巖礦共生。由于稀土的離子半徑(0. 848~0. 106 nm)與 Ca2+(0. 106 nm)很接近,稀土以類質(zhì)同象方式賦存于磷礦巖中。世界磷礦總儲(chǔ)量約為 1000億噸,稀土平均含量為 0. 5‰,估計(jì)世界磷礦中伴生的稀土總量為5000萬(wàn)噸。

  針對(duì)礦中稀土含量低及其賦存狀態(tài)特殊等特點(diǎn),國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)展了多種回收工藝研究,可分為濕法和熱法:

  濕法中,根據(jù)分解酸不同又可分為硝酸法、鹽酸法、硫酸法。從磷化工過(guò)程回收稀土有多種,均和磷礦加工方式密切相關(guān)。

  熱法生產(chǎn)過(guò)程中, 稀土主要進(jìn)入硅酸鹽熔渣中,可采用大量鹽酸或硝酸分解浸出, 過(guò)濾除去硅石后,再采用TBP等萃取回收稀土, 稀土回收率可以達(dá)到 60%。

  隨著磷礦資源不斷利用,正轉(zhuǎn)向低品質(zhì)磷礦的開(kāi)發(fā), 硫酸濕法磷酸工藝成為磷化工主流方法,對(duì)硫酸濕法磷酸中的稀土進(jìn)行回收已成為研究熱點(diǎn)。在硫酸濕法磷酸生產(chǎn)過(guò)程中,通過(guò)控制稀土在磷酸中的富集, 再采用有機(jī)溶劑萃取提取稀土的工藝比早期開(kāi)發(fā)的方法更具有優(yōu)勢(shì)。

  混合稀土

  由稀土礦中提取出含有鑭、鈰、鐠、釹及少量釤、銪、釓混合的氧化物或氯化物經(jīng)熔鹽電解制出的金屬。稀土總量大于98%,鈰大于48%的輕稀土。在空氣中易氧化為黑色,室溫下能和水反應(yīng),升溫而加快??勺龃蚧鹗?、合金添加劑、貯氫材料等。

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