稀土培训教材.docVIP

1概述 本公司是以混合碳酸稀土为原料生产单一稀土化合物或富集物富集物的稀土湿法冶金企业。主要是应用溶剂萃取技术和生产工艺生产氧化镧或碳酸镧、氧化铈或碳酸铈、镨钕氧化物或镨钕碳酸盐、钐铕钆富集物等。 结合生产实际对工艺原理、操作技术予以讲解，并对生产过程中，经常遇到的一些专业术语，各单一稀土元素的名称、元素符号、化合物的名称和操作过程中的常用词语等也作了简要说明。 1.1稀土元素 稀土元素是钪(Sc)、钇(Y)和15个镧系元素的总称。通常用RE表示，其氧化物用REO表示。镧系元素包括镧(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)。所以稀土元素共有17个元素。 全部稀土元素的发现是从1794年发现钇至1947年从核反应堆裂变产物中分离出钷，历时150年。其中钪是典型的分散元素，钷是自然界中极少见的放射性元素。这两个元素与其它稀土元素在矿物中很少共生，因此在稀土生产中一般不包括它们。 稀土元素同属元素周期表第IIIB族，化学性质十分相似。除钪和钷外，根据分离工艺要求或产品方案，可将它们分为两组或三组。前者是以铽为界，镧至钆为铈组稀土，通常称作轻稀土，铽至镥和钇为钇组稀土，通常称为重稀土。后者是依据P204 萃取分为轻稀土（镧至钕）、中稀土（钐至铽）和重稀土（镝至镥和钇）。 1.2稀土元素的价态 稀土元素易于失去电子，通常呈正三价。所以稀土是非常活泼的金属元素，其活泼性仅次于碱土金属。铈、镨、铽在外界氧化剂的作用下又可呈正四价，而钐、铕、镱在还原剂的作用下也可呈正二价离子。因此各三价单一稀土氧化物的分子式可表示为M2O3(M—La、Nd…)，而铈、镨、铽的氧化物的分子式分别为CeO2、Pr6O11、Tb4O7 。 1.3镧系收缩 镧系元素的原子半径、离子半径都随原子序数（从镧到镥）的增加而减小，将这一现象称为镧系收缩。由于镧系收缩，从镧到镥的碱性随原子序数的增加而减弱；络合物的稳定性随原子序数的增加而增强。这就是能将性质及其相似的稀土元素逐一分离的主要依据。 1.4稀土元素的主要化合物 稀土元素的化合物很多，有无机化合物、有机化合物、金属间化合物等。这里仅将在湿法冶金生产实际产出的几种化合物予以简单介绍。 1.4.1氧化物 在800～10000C下灼烧稀土氢氧化物、草酸盐、碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐都可获得稀土氧化物，其中铈、镨、铽在一定的灼烧条件下生成CeO2、Pr6O11(Pr2O3·4PrO2)、Tb4O7(Tb2O3·TbO2)。 稀土氧化物不溶于水，而溶于盐酸、硫酸、硝酸，生成相应的盐，其溶解的难易程度与灼烧温度和时间有关。亦即时间越长，温度越高则越难溶。例如在8500C以上灼烧得到的氧化铈难溶于盐酸、硝酸，但能溶于浓硫酸。也可采取在盐酸、硝酸溶解过程中加入还原剂（如双氧水）的方法将Ce4+还原成Ce3+而便于溶解。 将稀土氧化物同水蒸气一起加热可得到RE(OH)3 和REO(OH) 。稀土氧化物在空气中能吸收CO2生成碱式碳酸盐。 1.4.2氢氧化物 将氨水或碱金属氢氧化物加入到稀土盐溶液中，可得到胶状的稀土氢氧化物沉淀，此沉淀物在加热条件下易聚集而有利于沉淀。如果溶液中有柠檬酸、酒石酸或其它羟基酸存在时，可以阻止沉淀生成，这是因为形成稳定配合物的缘故。同样，如果有大量醋酸铵或其它铵盐存在时，沉淀析出缓慢或不完全。在这种情况下，必须加入足够量的碱金属氢氧化物使铵盐分解或破坏配合物。 三价稀土氢氧化物的碱性随离子半径的减小而减弱。但溶液的稀土浓度增加时，沉淀pH值向酸性范围移动。 从溶液中沉淀出的氢氧化物吸附有水，在干燥过程中，这些吸附水随温度的升高而被脱除，如继续升高温度则生成氧基氢氧化物，最后转变为氧化物。 稀土氢氧化物可以吸收空气中的CO2，以La(OH)3的吸收能力最大。三价铈的氢氧化物很不稳定，在有氧存在的条件下很容易转变为四价的氢氧化铈。 1.4.3硫酸盐及硫酸复盐 硫酸与稀土氧化物、氢氧化物或碳酸盐等作用则生成稀土硫酸盐。 稀土硫酸盐在水中的溶解度随温度的升高而降低，在硫酸溶液中的溶解度随酸度的增加而降低。 室温下，结晶硫酸盐形式为RE2(SO4)3·nH2O，其中RE为La和Ce时，n为9；Sc，n=6；其余稀土n=8。 将含水硫酸盐加热可脱除结晶水，继续加热可分解为氧化物： 在155～260℃时，发生脱水反应 RE2(SO4)3·nH2O = RE2(SO4)3 + nH2O 在855～946℃时，无水硫酸盐分解成氧基硫酸盐 RE2(SO4)3 = RE2O2SO4 + 2SO2 + 2O2 在高于1014℃时，氧基硫酸