稀土提取冶金与稀土矿物原料.ppt

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1、第七章稀土金属冶金学——2学时第一节概述稀土：稀土包括镧系（)稀土分类：钆及钆以前的为轻稀土或铈组稀土，钇及钆以后的为重稀土或钇组稀土。“稀土”名称的由来：稀就是指在自然界分布少，发现和使用较晚的的意思；土是以前习惯把不溶于水的固体氧化物称为“土”。稀土的英文名称：为Rareearth，我国是用RE表示稀土。其实稀土并不稀，它在自然界的分布十分广泛，含量也不少，17种稀土元素的总量在地壳中占0.0153%，即153克/吨。大大超过了铜(100)，锌（50）；它们也不是“土”，而是典型的金属元素。我国稀土资源：我国稀土资源

2、十分丰富，教科书上说可开发的估计有3600万吨，占世界稀土资源约80～90%。2010年商务部部长陈德铭说，据美国国家地质调查局统计，中国稀土储量占世界比重已从1996年的43%下降到2009年31%。与一些同样拥有丰富稀土资源却不开采的国家相比，中国现在是以31%的储量提供了全球90%以上的稀土供应。陈德铭说，2010年，中国稀土生产从2009年12.9万吨削减到8.9万吨，下降了31%，与出口配额下降的幅度相当。稀土元素的分离：稀土元素化学性质非常相似，很难分离，常用的分离方法有溶剂萃取法和离子交换法等。稀土的应用：

3、稀土的应用十分广泛，它的用量小，但作用大，被称作“工业维生素”。在黑色金属中的应用：稀土球墨铸铁：在铸铁中加入少量稀土(0.02%Ce)做球化剂，能使铸铁中的片状石墨球化，所得球墨铸铁具有与低碳钢相似的性能（包括抗张强度、延伸率等），而成本只有钢的2/3或1/2。在有色金属中的应用：稀土铝：铝是电的良好导体，但它的抗拉强度较低，杂质硅对铝的导电性影响很大，硅的最高允许量为0.08%，而我国由于受铝资源的限制，铝中硅的含量一般在0.09%以上，严重影响其导电性。如果在铝中添加0.26%-1.07%的稀土铈，铝线的强度、硬度

4、分别提高8-16%和4-16%，抗腐蚀性提高4倍，耐磨性提高10倍以上，力学性质的提高，可以减少电线杆数目；另一方面，因稀土铈与硅作用生成Ce5Si3，在晶界析出，抑制了硅的影响，使硅的允许量放宽到0.14-0.16%。在磁性材料中应用：永磁材料：常见的永磁材料是铁氧体，但它磁性小，在1983年后，美、日开发的钕铁硼（NdFeB）永磁体，使稀土永磁进入了一个新纪元。每1cm3磁体吸收铁的最大重量，对铁氧体说为0.6公斤,对钕铁硼说为4.7公斤。第二节稀土提取冶金稀土金属的提取冶金一般包括：精矿分解；净化与分离；稀土金属制

5、取；稀土金属提纯。第三节稀土矿物原料及其分解浸出一.稀土矿物原料稀土矿物：稀土矿物有200多种，其中轻稀土的主要矿物有：氟碳铈矿Ce(CO3)F和独居石（CePO4）。重稀土的主要矿物有：磷钇矿（YPO4），褐钇铌矿（YNbO4）。氟碳铈矿是目前世界上生产稀土最主要的原料，其次为独居石、氟碳铈-独居石混合矿和磷钇矿。稀土矿物经选矿富集得精矿，精矿一般含稀土60~65％（以稀土氧化物计）。二.稀土矿物分解方法根据精矿的类型可以用酸法（盐酸、硫酸、硝酸）和碱法（苛性碱和苏打等）等分解。1.独居石精矿的碱分解法我国工业上处理独

6、居石主要采用苛性碱溶液分解法。独居石是磷酸盐矿，经碱分解稀土及钍变成氢氧化物沉淀，磷酸根变成钠盐进入水相而分离出去。1）分解反应REPO3+3NaOH=RE(OH)3+Na3PO3Th3(PO4)4+12NaOH=3Th(OH)4+4Na3PO42）工艺流程2.氟碳铈矿—独居石混合精矿的硫酸分解法目前工业上用硫酸法分解氟碳铈矿—独居石混合物，采用的是高温硫酸化焙烧法，也可以用苛性钠溶液分解。1）焙烧分解反应硫酸化焙烧分解精矿是在温度3000C下进行的。稀土分解反应：2RE(CO3)F+H2SO4=RE2(SO4)3+2H

7、F+2H2O+2CO22REPO4+3H2SO4=RE2(SO4)3+3H3PO4杂质（钍、钙、铁、硅）分解反应：Th3(PO4)4+6H2SO4=3Th(SO4)2+4H2PO4CaF2+H2SO4=CaSO4+2HFFe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2OCa3(PO4)2+3H2SO4=3CaSO4+3H3PO44HF+SiO2=SiF4+2H2O该法优点是受矿石品位影响较小，缺点是产生了大量有毒气体，处理复杂。2）浸出在带搅拌的耐酸槽中用冷水浸出，得稀土硫酸盐溶液。用冷水浸出的原因是稀土硫酸盐的溶解

8、度随温度升高而降低。滤出液除含稀土外，还含有硫酸、磷酸、钍、铁、硅、钙、镁、铝等杂质。3）从硫酸盐溶液中分离稀土稀土硫酸盐溶液可以用萃取法分离，离子交换法分离，或用硫酸复盐法分离。下面重点介绍萃取法和离子交换法。第四节有机溶剂萃取法分离稀土元素一、有机溶剂萃取法基本概念先做一个简单试验：将带粉红色的硝酸钕Nd(NO3