稀土元素的蒸馏提纯

1. 简述离子型稀土从开采到稀土金属的过程

离子型稀土从开采到稀土金属的过程主要包括开采、冶炼和精炼三个阶段。

首先，开采阶段，离子型稀土矿的开采通常采用露天开采或地下开采的方式，具体方法取决于矿体的赋存条件和矿山的地理环境。在开采过程中，工人们使用挖掘机、装载机等设备将矿石从矿体中开采出来，并运送到选矿厂进行下一步的处理。

接下来是冶炼阶段，这一阶段是提取稀土元素的关键过程。首先，开采出来的稀土矿石会经过破碎、磨矿和筛分等预处理步骤，以使其粒度符合冶炼要求。然后，采用酸浸法，如使用稀硫酸或盐酸溶液，与矿石反应，使稀土元素溶解于酸液中。随后，对酸浸后的稀土溶液进行预处理，包括过滤、固液分离、中和、氧化等步骤，以去除杂质和调整溶液的性质。之后，利用离子交换树脂、溶剂萃取或萃取结晶等方法，将稀土元素从溶液中提取并分离出来。经过沉淀处理后，可以得到稀土氢氧化物或氧化物沉淀，再将这些沉淀进行烧结，即可得到稀土金属或稀土化合物。

最后是精炼阶段，这一阶段主要是为了提高稀土金属的纯度。通过电解、真空蒸馏、氧化还原等方法对烧结得到的稀土金属或化合物进行进一步提纯，以获得高纯度的稀土产品。精炼后的稀土金属或化合物还需要进行加工，包括熔炼、铸造、淬火、压制等工艺步骤，以得到最终的稀土制品。

在整个过程中，需要严格控制操作参数和杂质含量，以确保产品质量和生产效率。同时，随着科技的进步和工艺的不断改进，离子型稀土的开采和冶炼技术也在不断发展，以提高资源的利用率和产品的纯度。

总的来说，离子型稀土从开采到稀土金属的过程是一个复杂而精细的工艺流程，涉及多个环节和专业技术。这一流程在稀土冶金工业中具有重要的应用价值，不仅推动了当地经济的发展，也为稀土资源的综合利用提供了有力支持。

2. 稀土金属提纯的主流方法有哪些

工业生产中广泛采用的是工业纯的稀土金属，对于需要精确测定物理化学性质的高纯度稀土金属，实验室主要采用几种提纯技术。

第一种是真空熔融法：适用于蒸气压较低的稀土元素，如钪、钇、镧等，如镧、铈、镨、钕、钆、铽和镥。在超过10-6托的真空度下，以高于金属熔点200至1000℃的高温进行熔融。这种方法可以驱逐碱金属、碱土金属以及氟化物、低价氧化物等杂质，但对沸点较高的杂质，如钽、铁、钒、铬，去除效果相对较差。

真空蒸馏或升华法（又名真空升华法）则是针对特定元素的提纯，例如在10-6至10-9托的真空度和1600至1725℃的温度下，用于提纯钇、钆、铽、镥；在1550至1650℃的条件下，用于升华钪、镝、钬、铒、铥、钐、铕和镱。在这种环境下，低蒸气压的金属杂质如钽、钨和含碳、氮、氧的化合物会留在坩埚内，因此可能需要与真空熔融法结合使用。

电迁移法是利用直流电在超高真空或惰性气氛中对稀土金属棒进行提纯。在金属熔点以下100至200℃的低温下，杂质元素由于有效电荷、扩散系数和迁移率的差异，会在棒的两端富集。通过切割两端，中间部分可以进一步提纯，这种方法对去除碳、氧和氮的杂质非常有效。

最后是区域熔炼法，通过在区域熔炼炉中缓慢移动稀土金属棒，如对钇进行提纯时速度为0.4毫米/分，可以有效地去除铁、铝、镁、铜、镍等金属杂质，但对于氧、氮、碳、氢等元素的去除则不太有效。电解精炼和区熔－电迁移联合法也能够达到一定的提纯效果。

稀土金属(rare earth metals)又称稀土元素，是元素周期表ⅢB族中钪、钇、镧系17种元素的总称，常用R或RE表示。稀土金属是从18世纪末叶开始陆续发现。稀土金属的光泽介于银和铁之间。稀土金属的化学活性很强。

3. 稀土矿的加工方法

江西赣州是“稀土王国”占全世界的百分之80

稀土元素分离的新方法 译自：《SCIENCE》 前言：稀土元素及其化合物在现代技术中占有重要的地位，但其单一元素的分离却是一项复杂的过程。2000年国际最具权威的学术期刊Science杂志发表了日本科学家Uda等人的一篇论文（289卷，2326-2329页），提供了一种全新方法，大大简化了稀土分离的步骤，为降低稀土的高昂价格提供了一个令人振奋的机会。他们通过控制稀土不同氧化态以及利用二卤、三卤化物挥发性的差异来达到稀土元素分离的目的。这不仅仅是有趣的科学现象，同时也将对稀土生产以及以其为原料的材料和器件的制造业产生重大影响。英国剑桥大学的Fray教授对此论文进行了权威评述，发表在同期的2326-2329页，现摘译如下。 “稀土元素”这一称谓源自早期的观点，当时认为这些元素只能从非常稀有的材料中分离得到。然而地质勘察结果表明这些元素在地壳中储量相当丰富，例如铈的储量高于钴，钇的储量高于铅，镥和铥储量与锑、汞、银相当。但是由于它们的物理、化学性质比较接近，稀土元素通常在地壳中聚集出现，这使得它们的分离非常困难。正因为如此，仅仅是分离和鉴定出所有的稀土元素就用了从1839到1907年的将近70年时间。稀土元素在现代科技中占有重要地位，但与其它金属相比，稀土元素非常昂贵。稀土氧化物的价格根据其稀少程度和萃取方法的不同，从$20/kg到$7000/kg不等，而稀土金属又比其氧化物大约贵$80/kg。这种状况完全是由于稀土元素难于分离造成的。传统的稀土分离是基于溶剂萃取和离子交换的过程，这些方法很繁琐，近年来也只有一些很小的改进，没有实质性的改变。在传统工艺中，富含稀土元素的矿石首先要经过浓酸或浓碱溶解，这是最简单的一步，而随后稀土元素进一步的分离则是无机化学中一个巨大的难点。目前有两种方法已经用于商业生产中，一种是以固－液系统为基础，利用分步结晶或沉淀法分离，另一种则以液－液系统为基础，利用离子交换或溶剂萃取的方法达到分离。20世纪60年代以来，液－液萃取成为较流行的工艺路线。在这种方法中，稀土元素首先被分离进入酸性有机相。现代工艺中通常要求有机相含有可互溶的两相，因为高粘性的活性组分（萃取剂）必须得以溶解以保证两相混合均匀。然而，液－液萃取分离的效率通常较低，且需要多次循环。例如Molycorp提取氧化铕了的流程（如图）就显示了这种方法的复杂性，每一级的分离系数只有2～10。与之相比，Uda等人所报道的新方法中分离系数高达500～600，因而极大地减少了分离步骤。他们是通过将不同卤化物的合成热力学与挥发度二者差异的完美结合而实现这一目标的。 稀土元素在冶金、燃料电池、玻璃和制陶染色以及磁体生产等领域都有广泛的应用。在冶金工业中，将“混合稀土金属”（从混合氧化物中直接还原得到的一种稀土金属混合物）加入熔融铁水或有色金属中，可以改进金属的机械性质。例如用镁等有色金属替代铁，可以制造更为轻便道交通工具。低温燃料电池需要储氢，使用镧－镍合金可以达到这个目的。高温燃料电池使用稀土氧化物稳定的氧化锆作为电解质，一些电极材料也含有稀土元素。同样的电解质若用于氧传感器，可以用来控制内燃机，以及测量熔化的铁水和铜水中的氧含量。而且，利用钆合金的磁热效应可以在不同系统中实现磁致冷或磁致热。目前，稀土氧化物最大的用途仍然是有色玻璃和陶瓷。加入钕可使玻璃从蓝色变成酒红色，加镨可变成绿色，加铒可变成粉红色，加钬可变成蓝色。将稀土与其它元素结合，可以生成其它颜色，比如，钛和铈结合生成黄色。稀土元素应用增长最快的领域是对其磁性的应用。钐－钴合金和钕－铁－硼合金是非常稳定的磁体，它们有很高的剩磁和矫顽力。这些磁体是构成硬盘驱动器、电动发动机和耳塞的必需部分。稀土元素的应用很有可能会继续增加，但是许多应用被这些元素高昂的价格所限制。Uda等人报道的新方法将会使稀土元素的分离方法向更为简单、便捷的方向发展，进一步降低稀土价格，为这些独特的元素开辟更加广阔的应用前景。（参考文献略）
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4. 稀土金属的提纯

工业上大量使用的是工业纯稀土金属，较高纯度的稀土金属主要供测定物理化学性专能之用属。主要有四种提纯方法在试验室中使用，即真空熔融，真空蒸馏或升华，电迁移和区域熔炼。 稀土金属棒在区域熔炼炉中以很慢的速度（如提纯钇时为0.4毫米/分），进行多次区熔，对去除铁、铝、镁、铜、镍等金属杂质有明显效果，但对氧、氮、碳、氢无效。此外，电解精炼、区熔－电迁移联合法提纯稀土也有一定效果。