稀土材料的制备技术

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1、4、稀土材料的制备技术4.1概述2由于稀土元素本身固有的结构和性能特点，使稀土材料的制备具有下述特点：4.1概述①稀土材料的组成与结构复杂，因此对其化学成分、显微结构要进行严格的设计和监控。②稀土元素的活泼性及光、电、磁、热等特性，要求制备环境苛刻(如温度、压力、介质、溶剂及保护气氛等)。③除采用传统的金属熔炼法、陶瓷法、物理及化学方法外，更多的则是采用高新技术条件，例如高温、高压、低温、高真空、失重、辐射及其他极端技术条件；采用新的合成方法和工艺，例如Sol-Gel法、水热法、自蔓延高温合成法、CVD法以及复合技术等，以制备各种单

2、晶、多晶、非晶态材料及纳米材料。④很多稀土材料要求采用原料纯度高、制备条件苛刻且多限于小量制备，因此生产成本高，制得的产品价格也较高。⑤稀土材料制备的技术保密性和知识产权保护性强。3稀土元素的特征配位体是氧，因而主要是存在于含氧的矿物中。在地球化学上，稀土对钙、钛、铌、锆、钍、F-、磷酸根离子(PO4)3-、碳酸根离子(CO3)2-等有明显的亲和力。4.2稀土元素的提取方法稀土元素的化学性质十分相似。稀土元素的分离成了无机化学的难题之一。为了选择合适的稀土矿石的分解方法，必须考虑资源的综合利用、三废处理、环境保护、放射性的防护与劳动

3、保护，考虑化工设备、化工原材料的成本、收率、纯度等经济技术指标。矿石的分解可以分为干法和湿法。（1）稀土矿石的分解4烧碱法分解独居石精矿的工艺大致为：将独居石精矿球磨到一定的粒度后，在一定的温度与压力下用浓碱溶液分解，稀土与钍形成沉淀；磷以水溶性的磷酸三钠分离过滤；在一定的酸度下，用HCl将稀土与钍的沉淀溶解，利用稀土与钍沉淀的溶解差别，使稀土优先溶解后与钍分离；调整RECl3的酸度与浓度，用逆流混合澄清槽加相关的有机萃取剂进行稀土元素分离萃取。其工艺特点是：含量仅低于稀土的磷以磷酸三钠的形式分离后，铀与钍同时和稀土分离，最终得到氯

4、化稀土。①独居石精矿的分解——烧碱法【英文名称】Monazite含有稀土磷酸盐，其中Ce占稀土总量的40%以上，钇组仅占5%，并有少量铀和数量可观的钍。晶体为板状或柱状。棕红色、黄色，有时褐黄色，油脂光泽，解理完全。独居石的分布最广，除我国外，印度、巴西、澳大利亚、美国、南非、埃及、锡兰、马来西亚和朝鲜等国。4.2稀土元素的提取方法5②氟碳铈精矿的分解4.2稀土元素的提取方法【英文名称】Bastnasite以氟碳酸盐的形态存在，稀土元素含量（以RE2O3计）一般为75％，是提取铈、镧的重要矿物原料。六方晶系，晶体呈板状，通常呈细粒状

5、集合体。黄、浅绿或褐色。玻璃光泽或油脂光泽。常与萤石、重晶石矿物共生。中国的白云鄂博和美国加利福尼亚的芒廷帕斯矿是世界最大的两个氟碳铈矿，前者为与独居石等矿共生矿物，常含钍，后者与四川攀西、山东微山都是单一的氟碳铈矿。工业生产中，目前有两种分解精矿的工艺流程，一种是生产混合稀土氯化物的HCl-NaOH工艺；另一种是生产单一稀土化合物的氧化焙烧-酸浸出流程。6（A）HCl-NaOH分解法②氟碳铈精矿的分解4.2稀土元素的提取方法7②氟碳铈精矿的分解4.2稀土元素的提取方法（C）氧化焙烧-酸浸-制取CeO2其工艺包括：焙烧→浸取→分离C

6、eO2→Ce稀土的回收等工序。（B）氧化焙烧-酸浸-制取Eu2O3其工艺包括：焙烧→浸取→洗涤→萃取铕等工序。8②氟碳铈精矿的分解4.2稀土元素的提取方法（D）高温氯化法9②氟碳铈精矿的分解4.2稀土元素的提取方法（E）由氟碳铈精矿直接制取稀土金属10③混合型稀土精矿的分解4.2稀土元素的提取方法是氟碳铈矿和独居石的混合型矿物。主要为氟碳酸盐和磷酸盐（含量为6:4~8:2），其中La~Eu的轻稀土氧化物约占97%，重稀土中Y2O3约占0.4%，其他元素含量甚微。还有Nb、Fe、Mn、U、Th等。白云鄂博矿是典型的轻稀土氟碳铈矿和独居

7、石组成的混合矿，也是目前世界上探明储量及开采量最大的特大型轻型稀土矿床，占我国稀土总量的70%以上。目前在工业生产中主要采用硫酸法和烧碱法分解。工艺流程原理：在强化焙烧过程中，精矿中的Fe、Th、P等在焙烧时，分解成非溶性的物质和可溶性的RE2(SO4)3。而使RE3+和杂质分离。未除尽的杂质在水浸出过程中，控制浸取液的pH值5.0左右，使它们水解沉淀分离。（A）硫酸分解法11③混合型稀土精矿的分解4.2稀土元素的提取方法2REFCO3+3H2SO4→RE2(SO4)3+2HF↑+2CO2↑+2H2O↑2REPO4+3H2SO4→R

8、E2(SO4)3+2H3PO412③混合型稀土精矿的分解4.2稀土元素的提取方法硫酸强化焙烧-萃取法冶炼包头稀土精矿工艺13③混合型稀土精矿的分解4.2稀土元素的提取方法硫酸强化焙烧-萃取法冶炼包头稀土精矿工艺该工艺首次实现了用萃取法