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一．稀土的简介和性质二.稀土的重要化合物三.稀土的应用四.稀土的分离五.稀土金属的制备稀土元素的组成稀土元素的发现稀土元素的化学性质稀土元素的物理性质1、稀土元素的组成稀土元素：周期表ⅢB族中原子序数为21、39和57～71的17种化学元素的统称。稀土元素包括钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥。其中原子序数为57～71的15种化学元素又统称为镧系元素。轻稀土（又称铈组）：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕重稀土：钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇稀土元素＝La系＋Y(钪的伴生元素)2、稀土元素的发现稀土金属是芬兰学者加多林(JohanGado1in)在1794年发现的。当时在瑞典的矿石中发现了矿物组成类似“土”状物而存在的钇土，且又认为稀少，便定名为(BaxeEarth)。铝土矿锰矿铁矿铜矿40%20~25%20~60%10%稀土既非稀也非土稀散氧化物成土状土稀土元素性质很活泼，它们很容易跟氧结合形成氧化物。稀土矿物主要是磷酸盐、碳酸盐、氟碳酸盐和硅酸盐等。RE元素“之最”REE中丰度最大的元素：铈（Ce）目前所有元素中磁性最强的是：钕（Nd）最早观察到有超导现象的元素：镧（La）世界各国稀土资源分布及主要矿种2009年世界稀土资源蕴藏量约9850万吨国别储量比例主要矿种中国4300万吨36.5%独居石、氟碳铈矿、磷钇矿、褐钇钽矿、钛铀矿等独联体2000万吨19.3%铈铌钙钛矿、磷灰石及氟碳酸盐美国1300万吨13.2％氟碳铈矿独居石澳大利亚540万吨5.5%独居石、碳酸岩风化壳稀土矿印度110万吨3.1%独居石世界三大稀土矿床名称发现时间（年）规模其他内蒙古白云鄂博铁-铌-稀土矿床1927世界第一开始只发现两种但当时没受到重视，直至新中国建立后美国加利福尼亚MountainPass矿床1949世界第二1966年矿山产量达到矿山历史的最高水平四川牦牛坪稀土矿床1980s后期世界第三类型独特、易采易选最早最大我国稀土发展过程20世纪50年代初发现并探明内蒙古白云鄂博超大型铁、铌稀土矿床20世纪60年代中期发现江西、广东等地风化淋积型矿床20世纪70年代发现山东微山稀土矿床20世纪80年代发现四川凉山“牦牛坪式”稀土矿床至1998年，我国已探明稀土工业储量约4300万吨居世界第一位，其中白云鄂博东矿3000万吨、西矿500万吨；四川、山东、南方五省、台湾等共800万吨。③氧化物稳定。②比其他金属元素都活泼。①燃点低。④氧化物熔点高。稀土金属是化学活性极强的元素，对氢、碳、氮、氧、硫、磷和卤素具有极强的亲和力。轻稀土金属于室温在空气中易于氧化，重稀土与钪和钇在室温形成氧化保护层，因此一般将稀土金属保存在煤油中，或置于真空及充以氩气的密封容器中。稀土金属为一组呈铁灰色到银白色有金属光泽的金属，一般较软、可锻、有延展性，在高温下呈粉末状其反应性尤为强烈。其中铈的熔点为795℃，而镥的熔点为1652℃，差别明显镧铈镨钕钐铕钪钇ScYLaCePrNdPmSmEu密度(g/cm3)2.994.476.196.776.787.00——7.545.26熔点(℃)153915099207959351024——1072826GdTbDyHoErTmYbLu密度(g/cm3)7.888.278.548.809.059.336.989.84熔点(℃)1312135614071461149715458241652+3氧化态镧系元素离子多数有颜色，如果阴离子为无色，在结晶盐和水溶液中都保持Ln3+的特征颜色二、稀土元素的重要化合物①氧化物③卤化物⑤硫酸盐⑨配合物②氢氧化物④硝酸盐⑥碳酸盐⑦草酸盐⑧磷酸盐①稀土氧化物稀土氧化物的熔点都比较高，它们的热稳定性和氧化钙、氧化镁相近。不溶于水和碱的溶液，但能溶于无机酸（HF和H3PO4除外）生成相应的盐。稀土氧化物和其他金属氧化物可以相互作用生成复合氧化物。除Ce、Pr、Tb以外，稀土氧化物可用通式RE2O3来表示。Ce、Pr、Tb的氧化物分别为CeO2、Pr6O11、Tb4O7。②稀土氢氧化物稀土元素的氢氧化物按其碱性强度来说近似于碱土金属的氢氧化物,但是,这些氢氧化物的溶解度要比碱土金属氢氧化物的溶解度小得多,因此,可以用氨或稀碱溶液加入到稀土盐的溶液中将稀土氢氧化物REOH)3沉淀出来。把氨水或碱加入稀土盐溶液中，生成不稳定的胶状沉淀，高于200℃则脱水为REO(OH)，再升温为RE2O3。稀土氢氧化物沉淀的pH值随原子序数增大而降低。三价铈的氢氧化物在空气中不稳定。易缓慢氧化为Ce(OH)4。三价稀土氢氧化物本身呈碱性，不溶于水和碱中，易溶于酸中生成盐，但在稀HNO3和稀盐酸中溶解度不同，Ce(OH)4在上述稀酸中溶解度低于Ce(OH)3。可用来制取单一稀土盐及氧化物。③稀土卤化物稀土卤化物包括无水卤化物、水合卤化物和卤氧化物，其中以氯化物和氟化物最常见。3价稀土氯化物和氟化物的物理性质如下表：④稀土硝酸盐将稀土氧化物溶在一定浓度(1:1)的硝酸中蒸发溶剂，结晶即可得到水合硝酸盐，其组成可用RE(NO3)3·nH2O表示，其中n=3,4,5,6.稀土硝酸盐在水中的溶解度很大(25℃时，溶解度大于2mol/L)，并且随温度的升高而增大。稀土硝酸盐易溶于无水胺、乙醇、丙酮、乙醚、乙腈等极性溶剂.⑤稀土硫酸盐稀土氧化物于略微过量的浓硫酸反应，水合硫酸盐高温脱水或酸式盐的热分解均可制得无水稀土硫酸盐。无水稀土硫酸盐容易吸水，溶于水是放热，在20℃时，稀土硫酸盐的溶解度由铈至铕依次降低，由钇至镥依次升高。水和稀土硫酸盐可用通式RE2(SO4)3·nH2O表示，其中n=3,4,5,6,8,9，但以n=9(La，Ce)和n=8(Pr至镥Lu)最为常见。稀土硫酸盐于碱金属和碱土金属的硫酸盐均能形成复盐。RE2(SO4)3M2SO4·nH2O,n=0、2、8。⑥稀土碳酸盐稀土碳酸盐不溶于水。往可溶性的稀土盐溶液中加入略微过量的(NH4)2CO3，即可得到稀土碳酸盐。得到的沉淀为正碳酸盐，但随着原子序数的增加生成碱式盐的趋势也增加，碱金属的碳酸盐与稀土可溶性盐作用只能得到碱式盐，而与碱金属酸式碳酸盐作用则生成稀土碳酸盐。稀土碳酸盐能和大多数酸反应，生成相应的盐放出CO2.⑦稀土草酸盐均相沉淀法可制备稀土草酸盐，即将中性稀土溶液与草酸反应，沉淀出草酸盐。所有稀土草酸盐在水中的溶解度都很小，因此从水溶液中回收稀土常用草酸或草酸铵为沉淀剂。稀土草酸盐的热稳定性岁稀土离子半径的减小而减小。所有草酸盐在水中的溶解度很小。一定酸度下，草酸盐的溶解度随镧系原子序数的增大而增大。草酸盐与碱溶液一起煮沸转化成氢氧化物沉淀，之后溶解在酸中。⑧稀土磷酸盐在pH=4~5的稀土溶液中，加入碱金属的磷酸盐即可得到稀土磷酸盐沉淀。磷酸盐的组成为REPO4或REPO4·nH2O(n=0.5~4)。在水中的溶解度也很小。类型和数目比外过渡元素(又称D区元素)要少得多。Ln3+离子半径较大，配合物稳定性差。Ln3+与配位体之间的作用力很弱，主要通过静电作用。⑨稀土配合物MagicRareearthelement工业领域农业领域医药领域军事领域高新科技稀土元素在工业领域的应用玻璃工业领域：玻璃着色、玻璃脱色和制备特种性能的玻璃。日本企业进口中国碎玻璃提取稀土元素稀土元素在工业领域的应用材料工业领域：激光测距、激光通讯、激光雷达等等钇铝石榴石Y3Al5O12用于产生激光束的氧化铝合成晶石电光源工业领域：作荧光灯的发光材料氧化铕稀土元素在工业领域的应用动力电池钇(铁)锂电动车直流电机防紫外线辐射玻璃氧化铈尾气净化催化剂氧化铈、氧化镧和氧化镨等。每辆普瑞斯汽车需要16种稀土材料，油耗低、环保性能好，适合城市使用；但价格比同等动力汽车较昂贵。优点：①电动机的效率增强；②电动汽车起动机的起动力会大大增加而体积却大大减小；③家用电器能耗显著降低；④有广泛的应用前景，如：磁悬浮高速列车，自动化高速公路。缺点：成本变高磁性材料结构材料：使钢铁得到良好特性超导材料：混合稀土-钡-铜-氧超导体储氢材料：高容量充电电池的电极。发光材料：节能光源大面积超薄型显示屏稀土元素在农业领域的应用④增加经济效益①增加作物产量②改善作物品质③增强作物抗逆性①对消化系统作用②对内分泌系统作用③对神经系统的作用④对人体皮肤的作用⑤对人体癌肿及爱滋病毒的作用稀土元素在医药领域的应用稀土是一种低毒性物质，其毒性与铁差不多，适量摄入，有助于提高机体的免疫力；但是，大量补充则会造成对机体的危害。稀土有促进保护效应。大量的实验表明，稀土可促进细胞的活性；对胰岛素细胞的分泌有调节作用，对胃粘膜起保护作用。稀土是有效的杀菌物。稀土化合物在医药方面的应用显示其特点及优越性，对于改善药物的性能、提高药效找到了新的途径。直接食用稀土元素（或离子）浓度过大，可能是致癌、促癌的原因之一。然而取食于动植物，从而获取稀土有机物，看来既安全又有益。稀土杂多配合物显示出较强的抗爱滋病毒活性及较低的细胞毒性，是目前为止发现的一种较好的抗爱滋病毒杂多配合物。从大量的动物实验中可以看出REC13对鼠腺垂体细胞有作用；对甲状腺结构变化有影响。稀土是制造导弹、炸弹等高精密武器的关键性材料稀土元素在军事领域的应用钕铁硼永磁铁（NDFEB）高、新科技方面的应用让你知道“神马”叫真正的强磁性钕铁硼永磁铁+美国“宙斯盾”系统的AN/SPY-1雷达也使用了由中国的稀土所制成的“磁铁”，没有这些元素，美国“宙斯盾”就要“失明”。“宙斯盾”是美军现役整合式水面舰艇作战系统。AN/SPY-1是有源电子扫描阵列雷达；它是“宙斯盾”的核心，是世界上最先进的计算机控雷达。为什么M1A1坦克能做到先敌发现？坦克所装备掺钕钇铝石榴石激光测距机，在晴朗的白天可以达到近4000米的观瞄距离；含稀土的坦克防弹性能也大大增强在夜间，加入稀土元素镧的夜视仪成为美军坦克压倒性优势的来源。LaCl3钆及其同位素都是最有效的中子吸收剂，可用于核反应堆的抑制剂（或称控制棒），起作用在于吸收中子从而有效的终止核反应堆中的链式反应的进行。钆的化合物常用于制备彩电显像管和计算机显示器中的磷光体。一是镧系元素之间的物理性质和化学性质十分相似二是混合稀土化合物中伴生的杂质元素较多（如铀、钍、钛、铁、等）。①分步法分步法是利用化合物在溶剂中溶解的难易程度（溶解度）上的差别来进行分离和提纯的。分步析出溶解浓缩加热但因为稀土元素之间的溶解度差别很小，必须重复操作多次才能将这两种稀土元素分离开来。因而这是一件非常困难的工作，全部稀土元素的单一分离耗费了100多年，一次分离重复操作竟达2万次，对于化学工作者而言，其艰辛的程度，可想而知。因此用这样的方法不能大量生产单一稀土。②离子交换法阳离子交换树脂填充于柱子内待分离稀土从上到下流经柱子形成络合物的稀土就脱离离子交换树脂稀土络合物分解吸附于树脂上②离子交换法优点：一次操作可以分离多个元素，产品纯度高。缺点：不能连续处理，一次操作周期长，成本高。③溶剂萃取法优点：分离效果好、生产能力大、便于快速连续生产、易于实现自动控制。反萃取洗涤萃取③溶剂萃取法第一步：将氟碳稀土转化为氯化稀土混合溶液，以便于萃取分离。首先：稀土分解稀土精矿中的稀土，一般呈难溶于水的碳酸盐、氟化物、磷酸盐、氧化物或硅酸盐等形态。必须通过各种化学变化将稀土转化为溶于水或无机酸的化合物，经过溶解、分离、净化、浓缩或灼烧等工序，制成各种混合稀土化合物，如混合稀土氯化物，作为产品或分离单一稀土的原料，这样的过程称为稀土精矿分解，也称为前处理。分解稀土精矿可分为三类，即酸法、碱法和氯化分解。酸法分解又分为盐酸分解、硫酸分解和氢氟酸分解法等。碱法分解又分为氢氧化钠分解货氢氧化钠熔融或苏打焙烧法等。一般根据精矿的类型、品味特点。产品方案、便于非稀土元素的回收与综合利用、利于劳动卫生与环境保护、经济合理等原则选择适宜的工艺流程。第二步：萃取分离用萃取的方法将少铈料液中镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、钇分开。第三步：沉淀用碳酸钠或草酸将料液中的稀土沉淀为碳酸稀土或草