第1章 概论 稀土金属冶金 教学课件.pptVIP

第一章 概论 第一节 稀土元素的概念及其电子层结构 第二节 稀土元素发现史及稀土冶金简史 第三节 稀土金属极其主要化合物的性质 第四节 稀土金属及其化合物的用途 第五节 稀土冶金的原料 第一节 稀土元素的概念及其电子层结构 稀土元素的概念 稀土元素的电子层结构 一、稀土元素的概念 第ⅢB族： 钪（Sc)、钇(Y)和15个镧系元素：镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Po)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Ga)、铽(Te)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu);共17个元素。 表示稀土的符号：RE(Rare Earth) 稀土分组： 处理工艺和应用的需要，按性质的微小差别或矿物形成的不同特点进行分组 稀土元素的分组 二、稀土元素原子的外部电子层结构 La系元素的电子层结构、价态特点 随着原子序数的增加，电子填入较内层的4f亚层上，最外两电子层（O层，P层）几乎没有变化，化学性质非常相似 价电子层为4fm·5dn·6s2（m=1～14, n=0～1），容易失去1个4f电子（或1个5d电子）及2个6s电子，一般呈+3氧化态 有些稀土元素也可失去2个或4个电子，呈+2价或+4价，其规律符合洪特规则 元素 价态 离子的价电子结构 Ce +4 4f05d06s0 Pr +4 4f15d06s0 Sm +2 4f65d06s0 Eu +2 4f75d06s0 Tb +4 4f75d06s0 Yb +2 4f145d06s0 稀土元素的原子半径和三价离子半径 稀土元素的原子半径和三价离子半径 镧系收缩现象 镧系收缩现象的原因 La系收缩的后果 表1-3 稀土元素的原子半径和三价离子半径 La系收缩的后果 使Y3+的离子半径在序列中落在Er3+附近，Y常与La系元素共存。 周期 4 5 6 6 6 元素 Sc3+ Y3+ La 3+ Er 3+ Lu 3+ 离子半径(nm) 0.068 0.088 0.1061 0.0881 0.0848 使第6周期La系以后的各族过渡元素和第5周期元素的离子半径，化学性质极为相似，它们在自然界中往往共存，相互分离难度大。 周期 离子半径(nm) 4 Ti3+(0.067) V3+(0.064) Cr2+(0.082) 3+ 5 Zr4+(0.072) Nb5+(0.064) W6+(0.065) 6 Hf4+(0.071) Ta5+(0.064) Mo6+(0.065) 第二节 稀土元素发现史及稀土冶金简史 稀土元素发现史 1794~1947年，经历了153年。 芬兰科学家：J.加多林 瑞典小村庄：Ytterby 稀土冶金简史 二十世纪前期：汽灯纱罩、打火石、电弧棒、玻璃着色剂等 二十世纪中期：离子交换法和溶剂萃取法应用于工业。催化剂、 钢铁冶金添加剂、永磁材料、荧光激活剂 二十世纪晚期：钕铁硼永磁体、高温陶瓷、超导材料 第三节 稀土金属及其主要化合物的性质 一、稀土元素的物理性质 二、稀土元素的化学性质 三、稀土主要化合物的性质 一、稀土元素的物理性质 典型的金属特性，多数呈银灰色 稀土元素的某些物理性质 纯的稀土金属具有良好的塑性（镱、钐最佳） 弹性模量：钇组（镱例外） 铈组 硬度：20-70 布氏硬度单位，随原子系数的增加而增大 机械性能在很大程度上取决于其它杂质含量，特别是氧、硫、氮、碳的含量 导电性能：较差（La在低温可表现出超导性能） 磁性：顺磁性（La,Lu除外），钆、镝、钬具有铁磁性 放射性低，属非放射性物质 二、稀土元素的化学性质 化学活性强：钪→钇→镧 递增，镧→镥 递减。 燃点很低:Ce 160℃, Pr 190℃, Nd 270℃。 较低温度下能与氧、硫、卤素、氢、碳、氮、磷等发生反应。 与水反应：冷时慢、热时快 易容于盐酸、硫酸、硝酸中，难溶于氢氟酸、磷酸 不与碱反应 与氧反应 室温下，空气中 La, Ce, Pr较快、Nd, Sm, Gd较慢 Ce的自燃性 [Ce→Ce2O3（密度小）→CeO2（密度大）] 180-200℃,空气中 迅速氧化并放出热量 生成物: CeO2, Pr6O11(4PrO2 · Pr2O3), Tb4O7(2TbO2 · Tb2O3) 及 RE2O3 与氢反应 吸氢反应： 随温度的升