稀有金属冶金学(稀土部分

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1、第二部分稀土冶金第一章稀土元素的概论第一节、镧系元素和稀土元素的概念一、镧系元素在元素周期表中第Ⅵ周期，第ⅢB族位置上包含57-71号15种元素，即镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm……镥Lu，其物理性质、化学性质和地球化学性质十分相似，因此把La-Lu15重元素称为镧系元素。二、稀土元素1、在元素周期表中第ⅢB族中Sc、Y与镧系元素在化学性质上极为相似，有共同特征和氧化态，因此把第ⅢB族元素称为稀土元素。由于Y的离子半径（Ⅲ）在镧系元素Ho、Er之间，且与镧系共生在同一矿物中；而Sc与之共生不太

2、密切，因此一般生产工艺中，没把Sc放在稀土元素中。2、稀土元素分组ⅰ）根据元素物理化学性质及矿物处理需要，通常分为俩组：a.轻稀土：La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu；Ce组元素b.重稀土：Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y；Y组元素ⅱ）根据稀土复盐溶解度的大小分为a.难溶解的铈组元素：La、Ce、Pr、Nd、Smb.微溶解的铽组元素：Eu、Gd、Tb、Dyc.可溶解的钇组元素：Ho、Er、Tm、Yb、Luⅲ）萃取法分组a.轻稀土：La、Ce、Pr、Ndb.中稀土：Sm、Eu、Gdc.

3、重稀土：Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y3、稀土元素在自然界中的存在1）、稀土元素在自然界中分布。A、占地壳中的0.016%，约153克/吨，比钴、铅、锌还高。B、铈组元素丰度101克/吨>钇组元素丰度47克/吨C、分布不均，从La→Lu分布呈下降趋势且偶数>奇数D、集中于岩石圈中，主要在花岗岩、伟晶岩等2）、稀土元素的存在状态A、参加矿物晶格形成独立矿物，如独居石REPO4、氟碳铈矿CeFCO3B、以类质同晶置换[置换钙、锶、钡等，如磷灰石（CaFPO4）]，如氟碳铈矿。C、呈吸附状态[

4、Al2SiO5(OH)2].nRE3+（离子型稀土矿）4、稀土元素资源分布及特点1）、稀土矿物分类（按化学成份分5大类）A、碳酸盐及氟碳酸盐，如氟碳铈矿等B、磷酸盐，如独居石，磷钇矿C、氟化物D、硅酸盐E、氧化物2）、稀土资源特点国外主要集中在美国、巴西、印度、澳大利亚、独联体、加拿大、南非，主要是独居石、氟碳铈矿、磷钇矿等。我国占世界70%，特点如下：储量大居世界首位占70%分布广分布18个省市，主要是包头：独居矿；（包头市以北135KM:氟碳,独居石）南方(江西赣南、广东、湖南)：离子型稀土矿；湖

5、北、甘肃：含铌稀土碳酸盐广东、广西：稀土湖泊砂矿、稀土磷灰矿四川宁县城西南：牛坪稀土矿矿种全.几乎已知稀土矿在我国均已发现类型多：离子矿价值高：Eu、Tb第二节稀土元素化学一、稀土元素电子层结构特点及价态原子序数元素MNOP3s3p3d4s4d4p4f5s5p5d6s21Sc261239Y2610261257La26102610261258Ce261026101261259Pr26102610326260Nd26102610426261Pm26102610526262Sm26102610626263E

6、u26102610726264Gd261026107261265Tb26102610926266Dy261026101026267Ho261026101126268Er261026101226269Tm261026101326270Yb261026101426271Lu26102610142612镧系元素电子排布的特点：电子填充到最外层的6s2，次外层5s2、5p6也已经填满，5d为空层或仅有一个电子；内层4f的La~Lu逐渐增加，直到Lu填满。其特征结构为：4f0~14；5s2、5p6、5d0或1、

7、6s2。Sc211s2、2s2、2p6、3s2、3p6、3d1、4s2Y391s2、2s2、2p6、3s2、3p6、3d10、4s2、4p6、4d1、5s2稀土元素电子排布特征结构：ns2,(n-1)s2,(n-1)p6,(n-1)d1,0,(n-2)f0~142、价态La、Gd、Lu失去5d1、6s2的电子成为三价（形成全空、半空、全充状态）其他La系元素4f亚层转移一个电子至5d亚层形成5d1、6s2，所以稀土元素通常表现为三价。1）La、Gd、Lu右边的元素为了形成全空、半空、全充，而达到稳定状

8、态，往往多失去一个电子，即Ce、Tb呈4价，另外Pr也呈4价2）La、Gd、Lu左边的元素为了形成全空、半空、全充，而达到稳定状态，往往少失去一个电子，即Sm、Eu、Yb也可呈2价。所以稀土元素配分中，稀土的氧化物通常表现为：La2O3、CeO2、Pr6O11（Pr2O3·4PrO2）……Tb4O7（Tb2O3·2TbO2）……二、稀土的镧系收缩和离子、原子半径Sc、Y、Ln的原子离子半径随着电子层数的增加而增加。镧系收缩：从La→Lu的原子或离子的电子