稀土元素的蒸餾提純

1. 簡述離子型稀土從開採到稀土金屬的過程

離子型稀土從開採到稀土金屬的過程主要包括開采、冶煉和精煉三個階段。

首先，開采階段，離子型稀土礦的開采通常採用露天開采或地下開採的方式，具體方法取決於礦體的賦存條件和礦山的地理環境。在開采過程中，工人們使用挖掘機、裝載機等設備將礦石從礦體中開采出來，並運送到選礦廠進行下一步的處理。

接下來是冶煉階段，這一階段是提取稀土元素的關鍵過程。首先，開采出來的稀土礦石會經過破碎、磨礦和篩分等預處理步驟，以使其粒度符合冶煉要求。然後，採用酸浸法，如使用稀硫酸或鹽酸溶液，與礦石反應，使稀土元素溶解於酸液中。隨後，對酸浸後的稀土溶液進行預處理，包括過濾、固液分離、中和、氧化等步驟，以去除雜質和調整溶液的性質。之後，利用離子交換樹脂、溶劑萃取或萃取結晶等方法，將稀土元素從溶液中提取並分離出來。經過沉澱處理後，可以得到稀土氫氧化物或氧化物沉澱，再將這些沉澱進行燒結，即可得到稀土金屬或稀土化合物。

最後是精煉階段，這一階段主要是為了提高稀土金屬的純度。通過電解、真空蒸餾、氧化還原等方法對燒結得到的稀土金屬或化合物進行進一步提純，以獲得高純度的稀土產品。精煉後的稀土金屬或化合物還需要進行加工，包括熔煉、鑄造、淬火、壓制等工藝步驟，以得到最終的稀土製品。

在整個過程中，需要嚴格控制操作參數和雜質含量，以確保產品質量和生產效率。同時，隨著科技的進步和工藝的不斷改進，離子型稀土的開采和冶煉技術也在不斷發展，以提高資源的利用率和產品的純度。

總的來說，離子型稀土從開採到稀土金屬的過程是一個復雜而精細的工藝流程，涉及多個環節和專業技術。這一流程在稀土冶金工業中具有重要的應用價值，不僅推動了當地經濟的發展，也為稀土資源的綜合利用提供了有力支持。

2. 稀土金屬提純的主流方法有哪些

工業生產中廣泛採用的是工業純的稀土金屬，對於需要精確測定物理化學性質的高純度稀土金屬，實驗室主要採用幾種提純技術。

第一種是真空熔融法：適用於蒸氣壓較低的稀土元素，如鈧、釔、鑭等，如鑭、鈰、鐠、釹、釓、鋱和鑥。在超過10-6托的真空度下，以高於金屬熔點200至1000℃的高溫進行熔融。這種方法可以驅逐鹼金屬、鹼土金屬以及氟化物、低價氧化物等雜質，但對沸點較高的雜質，如鉭、鐵、釩、鉻，去除效果相對較差。

真空蒸餾或升華法（又名真空升華法）則是針對特定元素的提純，例如在10-6至10-9托的真空度和1600至1725℃的溫度下，用於提純釔、釓、鋱、鑥；在1550至1650℃的條件下，用於升華鈧、鏑、鈥、鉺、銩、釤、銪和鐿。在這種環境下，低蒸氣壓的金屬雜質如鉭、鎢和含碳、氮、氧的化合物會留在坩堝內，因此可能需要與真空熔融法結合使用。

電遷移法是利用直流電在超高真空或惰性氣氛中對稀土金屬棒進行提純。在金屬熔點以下100至200℃的低溫下，雜質元素由於有效電荷、擴散系數和遷移率的差異，會在棒的兩端富集。通過切割兩端，中間部分可以進一步提純，這種方法對去除碳、氧和氮的雜質非常有效。

最後是區域熔煉法，通過在區域熔煉爐中緩慢移動稀土金屬棒，如對釔進行提純時速度為0.4毫米/分，可以有效地去除鐵、鋁、鎂、銅、鎳等金屬雜質，但對於氧、氮、碳、氫等元素的去除則不太有效。電解精煉和區熔－電遷移聯合法也能夠達到一定的提純效果。

稀土金屬(rare earth metals)又稱稀土元素，是元素周期表ⅢB族中鈧、釔、鑭系17種元素的總稱，常用R或RE表示。稀土金屬是從18世紀末葉開始陸續發現。稀土金屬的光澤介於銀和鐵之間。稀土金屬的化學活性很強。

3. 稀土礦的加工方法

江西贛州是「稀土王國」佔全世界的百分之80

稀土元素分離的新方法 譯自：《SCIENCE》 前言：稀土元素及其化合物在現代技術中佔有重要的地位，但其單一元素的分離卻是一項復雜的過程。2000年國際最具權威的學術期刊Science雜志發表了日本科學家Uda等人的一篇論文（289卷，2326-2329頁），提供了一種全新方法，大大簡化了稀土分離的步驟，為降低稀土的高昂價格提供了一個令人振奮的機會。他們通過控制稀土不同氧化態以及利用二鹵、三鹵化物揮發性的差異來達到稀土元素分離的目的。這不僅僅是有趣的科學現象，同時也將對稀土生產以及以其為原料的材料和器件的製造業產生重大影響。英國劍橋大學的Fray教授對此論文進行了權威評述，發表在同期的2326-2329頁，現摘譯如下。 「稀土元素」這一稱謂源自早期的觀點，當時認為這些元素只能從非常稀有的材料中分離得到。然而地質勘察結果表明這些元素在地殼中儲量相當豐富，例如鈰的儲量高於鈷，釔的儲量高於鉛，鑥和銩儲量與銻、汞、銀相當。但是由於它們的物理、化學性質比較接近，稀土元素通常在地殼中聚集出現，這使得它們的分離非常困難。正因為如此，僅僅是分離和鑒定出所有的稀土元素就用了從1839到1907年的將近70年時間。稀土元素在現代科技中佔有重要地位，但與其它金屬相比，稀土元素非常昂貴。稀土氧化物的價格根據其稀少程度和萃取方法的不同，從$20/kg到$7000/kg不等，而稀土金屬又比其氧化物大約貴$80/kg。這種狀況完全是由於稀土元素難於分離造成的。傳統的稀土分離是基於溶劑萃取和離子交換的過程，這些方法很繁瑣，近年來也只有一些很小的改進，沒有實質性的改變。在傳統工藝中，富含稀土元素的礦石首先要經過濃酸或濃鹼溶解，這是最簡單的一步，而隨後稀土元素進一步的分離則是無機化學中一個巨大的難點。目前有兩種方法已經用於商業生產中，一種是以固－液系統為基礎，利用分步結晶或沉澱法分離，另一種則以液－液系統為基礎，利用離子交換或溶劑萃取的方法達到分離。20世紀60年代以來，液－液萃取成為較流行的工藝路線。在這種方法中，稀土元素首先被分離進入酸性有機相。現代工藝中通常要求有機相含有可互溶的兩相，因為高粘性的活性組分（萃取劑）必須得以溶解以保證兩相混合均勻。然而，液－液萃取分離的效率通常較低，且需要多次循環。例如Molycorp提取氧化銪了的流程（如圖）就顯示了這種方法的復雜性，每一級的分離系數只有2～10。與之相比，Uda等人所報道的新方法中分離系數高達500～600，因而極大地減少了分離步驟。他們是通過將不同鹵化物的合成熱力學與揮發度二者差異的完美結合而實現這一目標的。 稀土元素在冶金、燃料電池、玻璃和制陶染色以及磁體生產等領域都有廣泛的應用。在冶金工業中，將「混合稀土金屬」（從混合氧化物中直接還原得到的一種稀土金屬混合物）加入熔融鐵水或有色金屬中，可以改進金屬的機械性質。例如用鎂等有色金屬替代鐵，可以製造更為輕便道交通工具。低溫燃料電池需要儲氫，使用鑭－鎳合金可以達到這個目的。高溫燃料電池使用稀土氧化物穩定的氧化鋯作為電解質，一些電極材料也含有稀土元素。同樣的電解質若用於氧感測器，可以用來控制內燃機，以及測量熔化的鐵水和銅水中的氧含量。而且，利用釓合金的磁熱效應可以在不同系統中實現磁致冷或磁致熱。目前，稀土氧化物最大的用途仍然是有色玻璃和陶瓷。加入釹可使玻璃從藍色變成酒紅色，加鐠可變成綠色，加鉺可變成粉紅色，加鈥可變成藍色。將稀土與其它元素結合，可以生成其它顏色，比如，鈦和鈰結合生成黃色。稀土元素應用增長最快的領域是對其磁性的應用。釤－鈷合金和釹－鐵－硼合金是非常穩定的磁體，它們有很高的剩磁和矯頑力。這些磁體是構成硬碟驅動器、電動發動機和耳塞的必需部分。稀土元素的應用很有可能會繼續增加，但是許多應用被這些元素高昂的價格所限制。Uda等人報道的新方法將會使稀土元素的分離方法向更為簡單、便捷的方向發展，進一步降低稀土價格，為這些獨特的元素開辟更加廣闊的應用前景。（參考文獻略）
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4. 稀土金屬的提純

工業上大量使用的是工業純稀土金屬，較高純度的稀土金屬主要供測定物理化學性專能之用屬。主要有四種提純方法在試驗室中使用，即真空熔融，真空蒸餾或升華，電遷移和區域熔煉。 稀土金屬棒在區域熔煉爐中以很慢的速度（如提純釔時為0.4毫米/分），進行多次區熔，對去除鐵、鋁、鎂、銅、鎳等金屬雜質有明顯效果，但對氧、氮、碳、氫無效。此外，電解精煉、區熔－電遷移聯合法提純稀土也有一定效果。