稀土萃取

稀土萃取化学综述

稀土发展史

稀土元素主要矿物物形式存在于花岗岩、伟晶岩、正长岩的岩石中。由于稀土元素原子结构的相似性，它们紧密结合共存于相同的矿物中。自然界的稀土元素除了赋存在各种稀土矿中外，还有相当大的一部分与磷灰石和磷块岩矿共生。第一种稀土元素钇（Y）是1794年在一种黑色矿石中发现的，直到1947年发现失踪的61号元素钷（Pm）。这期间发现了数十种稀土元素。正是这些元素的发现使得新的一场革命爆发。

稀土概述

稀土是一组同时具有电、磁、光、以及生物等多种特性的新型功能材料，因其具有多种性质，是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料。同时也对改造某些传统产业，如农业、化工、建材等起着重要作用。稀土用途广泛，可以使用稀土的功能材料种类繁多，随着稀土元素的开发，将会引发一场新的技术革命。因此具有十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义，有“工业维生素”的美称。稀土金属因其应用广泛而备受科学家关注，被人们称为新材料的“宝库”。

稀土元素的分解与分离

稀土矿石的分解主要分为两种：干法和湿法。

干法主要是氯化法和碳酸钠焙烧法。

氯化法的优点是通过矿石的氯化可直接得到稀土的无水氯化物，便于直接与熔盐电解制备稀土金属过程的衔接。

碳酸钠焙烧法适合在600~700℃直接与精矿石进行反应，将稀土变为氧化物，然后再溶解于硫酸，再往硫酸浸出液中加入过量硫酸钠固体，形成稀土硫酸复盐沉淀，与非稀土元素分离。

湿法主要是利用试剂的水溶液与精矿石作用而使矿物分解。主要分为酸法和碱法。

酸法是在200~230℃温度下，以浓硫酸与精矿石反应，稀土元素转化为水溶性的硫酸盐，再加入过量硫酸钠可析出稀土硫酸复盐。也可在酸性条件下加入草酸（H2C2O4）得到稀土草酸盐沉淀。

碱法是在135~140℃温度下，浓NaOH溶液与精矿石反应，生成氢氧化物和磷酸钠，然后用酸将氢氧化物溶解，再在酸性条件下加入草酸（H2C2O4）溶液，析出稀土草酸盐沉淀，最后将草酸盐加热分解即得到杂质较少的稀土氧化物。

由于稀土元素性质十分相似，稀土元素之间的分离曾今一度成为无机化学最困难的问题之一。主要原因有两点：一是镧系元素之间的物理性质和化学性质十分的相似，多数稀土离子半径居于相邻两元素之间，非常相近，在水溶液中都是稳定的三价离子。并且稀土离子与水德亲和力大，受水合物的保护，其化学性质非常相似，分离提纯极为困难。二是在镧系元素矿物中又往往伴生较多的非稀土杂质元素，得到的混合稀土精矿中伴生的杂质元素较多，这给分离和提纯工作带来很大困难。但随着科学的发展与科技的进步。目前的分离技术已能将除Pm以外的16个稀土元素

提纯到6N的纯度。常用的主要有：分步结晶法、分步沉淀法、选择性氧化法、选择性还原法、离子交换法、溶剂萃取法。

分步结晶法主要是利用稀土复盐的溶解度差异来进行分离的方法。

分步沉淀法是通过在稀土溶液中添加一种沉淀剂，生成难溶稀土化合物，利用难溶稀土化合物溶解度差异来进行分离的方法。

选择性氧化法是加入氧化剂或电氧化，利用四价稀土离子与三价稀土离子的化学性质差异来进行分离的方法。

选择性还原法是加入还原剂或点还原，利用二价稀土离子与三价稀土离子的化学性质差异来进行分离的方法。

离子交换法是离子交换色层分离法的简称。离子交换法是以离子交换树脂作为交换剂，利用稀土离子与离子交换树脂的亲和力差异来进行分离的方法。

溶剂萃取法是有机溶剂液-液萃取法的简称。溶剂萃取法是利用不同稀土离子的配合物在有机相和水相中分配系数的差异来进行分离的方法。其实质是一种把物质从一个液相转移到另一个液相的传质过程。

目前大多采用溶剂萃取来提搞稀土元素的纯度。溶剂萃取具有分离系数大、选择性高、分离效果好、仪器设备简单等优点而受到广泛应用。

课程体会及建议

体会：在之前的课程中对稀土介绍的比较少，通过对该门课程的学习，对稀土有了一定的了解。对它的特殊性有了一定认识，并且掌握了稀土工艺的一般流程。同时我也相当于掌握了一门技术。

建议：光上课感觉还是差了那么点，毕竟书上公式看上去蛮复杂的，而且有些东西涉及到实验装置，要是能亲自动手去实践下感觉效果会比较好点。这样同学的积极性可能会大点。