读书报告稀土元素分析化学性质

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1、一、稀土元素的历史：稀土一词是历史遗留下来的名称。稀土元素（RareEarthElement）是从18世纪末叶开始陆续发现，当时人们常把不溶于水的固体氧化物称为土。稀土一般是以氧化物状态分离出来的，又很稀少，因而得名为稀土（RareEarth，简称RE或R）。稀土就是化学元素周期表中镧系元素——镧(La）、铈(Ce）、镨(Pr）、钕(Nd）、钷(Pm）、钐(Sm）、铕(Eu）、钆(Gd）、铽(Tb）、镝(Dy）、钬(Ho）、铒(Er）、铥(Tm）、镱(Yb）、镥(Lu），以及与镧系的15个元素密切相关的元素—

2、—钇(Y）共16种元素，称为稀土元素。周期系ⅢB族中原子序数为39和57～71的16种化学元素的统称。其中原子序数为57～71的15种化学元素又统称为镧系元素。稀土元素的共性是：①它们的原子结构相似；②离子半径相近（REE3+离子半径1.06×10^-10m~0.84×10^-10m，Y3+为0.89×10^-10m）；③它们在自然界密切共生。稀土元素有多种分组方法，目前最常用的有两种：两分法：铈族稀土，La-Eu，亦称轻稀土（LREE）钇族稀土，Gd-Lu+Y，亦称重稀土（HREE）两分法分组以Gd划界的原

3、因是：从Gd开始在4f亚层上新增加电子的自旋方向改变了。而Y归入重稀土组主要是由于Y3+离子半径与重稀土相近，化学性质与重稀土相似，它们在自然界密切共生。也有的根据稀土元素物理化学性质的相似性和差异性，除钪之外（有的将钪划归稀散元素），划分成三组，即轻稀土组为镧、铈、镨、钕、钷；中稀土组为钐、铕、钆、铽、镝；重稀土组为钬、铒、铥、镱、镥、钇。　　三分法：轻稀土为La~Nd；中稀土为Sm~Ho；重稀土为Er~Lu+Y。二、稀土元素的自然界分布：在自然界中主要矿物有独居石、铈硅石、铈铝石、黑稀金矿和磷酸钇矿。因其

4、天然丰度小，又以氧化物或含氧酸盐矿物共生形式存在，故得名。　　　已经发现的稀土矿物有250种以上，最重要的有氟碳铈镧矿[（Ce，La）FCO3]、独居石[CePO4，Th3（PO4）4]、磷钇石（YPO4）、黑稀金矿[(Y，Ce，Ca)(Nb，Ta，Ti)2O6]、硅铍钇矿（Y2FeBe2Si2O10）、褐帘石[（Ca，Ce）2(Al，Fe)3Si3O12]、铈硅石[（Ce，Y，Pr）2Si2O7·H2O]。　　现已查明，稀土元素并不稀少，特别是中国的稀土资源十分丰富，有开采价值的储量占世界第一位。三、稀土元

5、素的用途：大多数稀土元素呈现顺磁性。钆在0℃时比铁具更强的铁磁性。铽、镝、钬、铒等在低温下也呈现铁磁性，镧、铈的低熔点和钐、铕、镱的高蒸气压表现出稀土金属的物理性质有极大差异。钐、铕、钇的热中子吸收截面比广泛用于核反应堆控制材料的镉、硼还大。稀土金属具有可塑性，以钐和镱为最好。除镱外，钇组稀土较铈组稀土具有更高的硬度。　　稀土元素已广泛应用于电子、石油化工、冶金、机械、能源、轻工、环境保护、农业等领域。应用稀土可生产荧光材料、稀土金属氢化物电池材料、电光源材料、永磁材料、储氢材料、催化材料、精密陶瓷材料、激光

6、材料、超导材料、磁致伸缩材料、磁致冷材料、磁光存储材料、光导纤维材料等。常用的氯化物体系为KCl-RECl3他们在工农业生产和科研中有广泛的用途，在钢铁、铸铁和合金中加入少量稀土能大大改善性能。用稀土制得的磁性材料其磁性极强，用途广泛。在化学工业中广泛用作催化剂。稀土氧化物是重要的发光材料、激光材料。中国拥有丰富的稀土矿产资源，成矿条件优越，堪称得天独厚，探明的储量居世界之首，为发展中国稀土工业提供了坚实的基础。四、稀土元素分离技术A.萃取分离1.溶剂萃取法溶剂萃取是一种利用物质在互不混溶的两相中的不同分配特

7、性进行分离的方法,是分离稀土元素的重要手段.自从1937年有人研究用丙酮,乙醚或醇类萃取稀土氯化物以来,稀土的萃取分离得到了发展,能够有效地萃取分离稀土元素的新萃取剂和萃取方法不断出现.例如1942,年首次报道用磷酸三丁酯(TBP)萃取Ce4+和Re3+,继而又用于+3价稀土元素的相互分离,获得了不错的结果。目前稀土元素的萃取分离主要用于稀土与非稀土元素的分离，稀土元素的分组分离以及单一稀土分离。在稀土元素的萃取分离中，为了提高萃取效率和实现选择性分离，选择适宜的萃取剂是首要问题。目前稀土萃取剂有几百种，而且

8、新的萃取剂不断出现。在实际应用中，要求萃取剂有良好的选择性，水溶性小，萃取容量大，易反萃，稳定和安全，并且具有比重小，表面张力大，粘度低等物理性质。2.膜萃取分离法膜分离技术是一种高效、经济、简便的新分离技术，这种方法以具有选择性和透过性的膜作为组分分离手段，依据浓度差、压力差、电位差等参数，使混合物的组分被分离!其中在稀土萃取分离中使用最多的是液膜分离。与液-液萃取分离相比，液膜分离过程中增加了制