稀有金属冶金课件.ppt

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1、稀有金属冶金学有色金属冶金研究所吴文远2006年10月1稀有金属冶金学教学内容第一篇稀有金属冶金概论1.1稀有金属元素1.2稀有金属的矿物及分解特点1.3稀有金属的冶金过程2第二篇钛冶金3.1钛的性质与用途3.2钛矿资源3.3钛渣和人造金红石3.4四氯化钛生产与精制方法3.5金属钛的制取3第三篇稀土金属冶金4.1稀土元素的性质与用途4.2稀土资源4.3矿物分解方法4.4稀土元素分离4.5稀土金属制取4第一篇稀有金属冶金概论第一节稀有金属元素稀有金属元素分类在元素周期表109个元素中稀有金属元素占有70个，按这些元素的物理性质和在自然界中的特点可

2、分为6类：（1）稀轻元素4个，比重在0.53-1.87间锂铷铯铍LiRbCsBe0.531.551.871.855这些元素碱性强，也称稀碱元素。其主要化学特点是：（１）与水剧烈反应，放出大量的热；（２）于非金属元素氧，硫，氟，氯，溴，碘反应强烈，形成相应的化合物。也正是由于这原因，锂，铷，铯，铍在自然界中不能以金属存在。6（2）稀散元素7个镓铟铊锗硒碲铼GaInTlGeSeTeRe镓铟铊第Ⅲ主族元素，电子层结构为ns2np1可以同Ⅴ族金属形成二原化合物，如GaAs；锗硒碲第Ⅵ主族元素，电子层结构为ns2np2，具有金属与非金属过渡性质；铼第Ⅵ副

3、族元素，熔点3180℃（高熔点）7（3）高熔点金属9个（包括Re）钛，锆，铪，钒，铌，钽，钨，钼，(铼)TiZrHfvNbTaWMoRe1660℃21502740341031801852190029962610Ti熔点高，硬度大，抗腐蚀性强8Hf熔点高，抗腐蚀性强，具有良好的加工性能，用于核工业的中子防护材料，10%Hf-Nb合金作登月火箭喷嘴，2%Hf-Ta-w合金作宇宙飞船防护层，Hf粉作火箭推进器。一颗直径为127mm的铪炮弹"其能量相当于2000吨TNT,爆炸力相当于1945年投到广岛原子弹的1/7.科学家计算出1克铪的同质异能素所储存

4、的能量“相当于1克TNT炸药威力的5万倍.美国国防部高级研究计划局(DARPA)计划在2004财政年拨款1000万美元2005年再拨2000万美元以加大铪弹研发的力度。9（4）稀有贵金属（铂族金属）6个钌，铑，钯，锇，铱，铂RuRhPdOsIrPt与金，银同属于贵金属，但由于其在自然界的存量稀少，也称稀贵金属。稀贵金属的化学稳定性很强，多用于有机合成过程的催化剂。10（5）稀土金属17个镧系元素15个，钪，钇（6）放射性金属元素24个钋Po,钫Fr，镭Ra锕，钍，镤，铀，镎，钚，镅，锔，锫，AcTuPaUNpPuAmCmBk锎，锿，镄，钔，锘，

5、铹(锕系元素15个）CfEsFmMdNoLr104-109人造元素6个Rf,Ha,Unh,Uns,Uno,Une11第二节稀有金属的矿物及分解特点原料多为共生的复杂矿物：(1)以含氧阴离子形态存在的钨矿、钼矿、钽铌矿、钛铁矿等。CaWO4、[Fe、Mn]WO4、CaMoO4、[Fe、Mn][Ta、Nb]2O6、FeOTiO2、[Y、Yb、Dy、Nd][Nb、Ta、Ti]O412矿物处理方法：（1）碱分解FeWO4+2NaOH=NaWO4+Fe(OH)2（2）酸分解CaWO4+2HCl=2CaCl2+H2WO4（3）还原熔炼FeTiO3+C=Fe

6、+TiO2+COTiO2+2Cl+C=TiCl4+CO(CO2)13（2）呈阳离子形式存在矿物中独居石、氟碳铈矿、黑稀金矿等：REPO4、REFCO3、[Y、Ce、Ca、U、Th][Ti、Nb、Ta]2O6处理方法碱分解REPO4+3NaOH=RE(OH)3+Na3PO4酸分解REPO4+3H2SO4=RE2(SO4)3+2H3PO414（3）以硫化物形态存在矿物中辉钼矿MoS2、硫钒铜矿3Cu2S·V2S5等处理方法主要用氧化焙烧先分解矿物，然后在浸出氧化焙烧MoS2+7/2O2=MoO3+2SO2氨浸出MoO3+2NH4OH=(NH3)2M

7、oO4+H2O15（4）呈氧化物存在矿物中如：金红石TiO2;斜锆矿ZrO2;锆英石ZrO2·SiO2方钍石ThO2.此类矿物可以用氯化方法分解矿物TiO2+2Cl+C=TiCl4+CO(CO2)也可以用碱分解方法ZrO2·SiO2+3Na2CO3=Na2ZrO3+Na4SiO4+3CO216（5）稀有金属不形成单独矿物，而以类质同象存在于其他矿物中：Ra置换辉钼矿MoS2晶体中Mo以RaS2·MoS2构成矿物晶体（4价Mo离子半径0.068um,4价Ra离子半径0.056um）；3价Ga离子半径0.063um,3价Al离子半径0.057um，

8、Ga可以置换铝土矿Al2O3·XH2O铝离子存在于其矿物的晶格中。从此类矿物分解的过程中综合回收镓。稀散金属多属于这类矿物。17第三节稀有金属的冶金过