稀土现代冶金论文

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） 中间有图，可以发E-Mail给你

一、稀土元素 稀土元素是镧系元素系稀土类元素群的总称，包含钪Sc、钇Y及镧系中的镧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，共17个元素。 “稀土”一词是十八世纪沿用下来的名称，因为当时用于提取这类元素的矿物比较稀少，而且获得的氧化物难以熔化，也难以溶于水，也很难分离，其外观酷似“土壤”，而称之为稀土。稀土元素分为“轻稀土元素”和“重稀土元素”： “轻稀土元素”指原子序数较小的钪Sc、钇Y和镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu。 “重稀土元素”原子序数比较大的钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu。 二、稀土资源及储备状况 由于稀土元素性质活跃，使它成为亲石元素，地壳中还没有发现它的天然金属无水或硫化物，最常见的是以复杂氧化物、含水或无水硅酸盐、含水或无水磷酸盐、磷硅酸盐、氟碳酸盐以及氟化物等形式存在。由于稀土元素的离子半径、氧化态和所有其它元素都近似，因 此在矿物中它们常与其它元素一起共生。 我国稀土资源占世界稀土资源的80%，以氧化物(REO)计达3 600万吨，远景储量实际是1亿吨。 我国稀土资源分南北两大块。 ——北方：轻稀土资源，集中在包头白云鄂博特等地，以后在四川冕宁又有发现。主要含镧、铈、镨、钕和少量钐、铕、钆等元素； ——南方：中重稀土资源，分布在江西、广东、广西、福建、湖南等省，以罕见的离子态赋存与花岗岩风化壳层中，主要含钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇和镧、钕等元素。 我国的稀土工业也分为南北两大生产体系。 ——北方以包钢稀土高科公司和甘肃稀土公司为轴心，构成了以包头稀土资源为主，四川资源为辅的轻稀土产品生产体系。骨干企业有核工业202厂、包头鹿西罗纳稀土有限公司、包头市和发稀土厂、包头市稀土冶炼厂、哈尔滨稀土材料厂、四川稀土材料厂、四川什邡吉大化工厂、安宁河稀土冶炼厂等。主要产品有稀土精矿、稀土硅铁合金、混合稀土化合物、富集物、混合金属等。稀土精矿的生产能力和处理、加工能力达50 000吨(REO—氧化物计算)。 ——南方以上海跃龙有色金属有限公司为龙头，构成了以江西、广东两省离子型稀土资源为主的中重稀土生产体系。骨干企业有广州珠江冶炼厂、广东阳江稀土厂、江苏新威集团、江苏溧阳方正稀土总厂、江阴加华稀土冶炼厂、江苏江飞稀土冶炼厂、江西龙南稀土公司、江西寻乌稀土公司、江西省稀土公司、江西核工业713矿等。主要产品为各种高纯单一稀土化合物和金属、富集物、混合金属和合金。分离总规模已超过10 000吨，并开始大规模加工分离北方轻稀土原料。 四、稀土元素的应用范围 目前稀土元素的应用蓬勃发展，已扩展到科学技术的各个方面，尤其现代一些新型功能性材料的研制和应用，稀土元素已成为不可缺少的原料。 1、稀土元素在传统产业领域中应用 ——农业领域：目前发展有稀土农学、稀土土壤学、稀土植物生理学、稀土卫生毒理学和稀土微量分析学等学科。稀土作为植物的生长、生理调节剂，对农作物具有增产、改善品质和抗逆性三大特征；同时稀土属低毒物质，对人畜无害，对环境无污染；合理使用稀土，可使农作物增强抗旱、抗涝和抗倒伏能力。当前我国农田施用稀土面积达5 000—7 000万亩/年，为国家增产粮、棉、豆、油、糖等6—8亿公斤，直接经济效益为10—15亿元，年消费稀土1 100—1 200吨。 ——冶金工业领域：稀土在冶金工业中应用量很大，约占稀土总用量的1/3。稀土元素容易与氧和硫生成高熔点且在高温下塑性很小的氧化物、硫化物以及硫氧化合物等，钢水中加入稀土，可起脱硫脱氧改变夹杂物形态作用，改善钢的常、低温韧性、断裂性、减少某些钢的热脆性并能改善加热工性和焊接件的牢固性。 稀土在铸铁中作为石墨球化剂、形核剂核对有害元素的控制剂，提高铸件质量，对铸件的机械性能有很大改善，主要用于钢锭模、轧锟、铸管和异型件四个方面。 在有色合金方面应用，对以有色金属为基的各种合金都有良好的作用，改善合金的物理和机械性能。应用最多的使铝、镁、铜三个系列。 ——石油化工领域：稀土用于石油裂化工业中的稀土分子筛裂化催化剂，特点是活性高、选择性好、汽油的生产率高。稀土在这方面的用量很大。 ——玻璃工业领域：稀土在玻璃工业中有三个应用：玻璃着色、玻璃脱色和制备特种性能的玻璃。用于玻璃着色的稀土氧化物有钕(粉红色并带有紫色光泽)、镨玻璃为绿色(制造滤光片)等；二氧化铈可将玻璃中呈黄绿色的二价铁氧化为三价而脱色，避免了过去使用砷氧化物的毒性，还可以加入氧化钕进行物理脱色；稀土特种玻璃如铈玻璃(防辐射玻璃)、镧玻璃(光学玻璃)。 ——陶瓷工业领域：稀土可以加入陶瓷和瓷釉之中，减少釉和破裂并使其具有光泽。稀土更主要用做陶瓷的颜料，由于稀土元素有未充满的4f电子，可以吸收或发射从紫外、可见到红外光区不同波长的光，发射每种光区的范围小，导致陶瓷的颜色更柔和、纯正，色调新颖，光洁度好。如黄色、紫罗兰色、绿色、桃红色、橙色、棕色、黑色等。稀土氧化物可以制造耐高温透明陶瓷(应用于激光等领域)、耐高温坩埚(冶金)。 ——电光源工业领域：稀土作为荧光灯的发光材料，是节能性的光源，特点是光效好、光色好、寿命长。比白炽灯可节电75—80%。 2、稀土元素在高新技术产业中应用 ——显示器的发光材料：稀土元素中钇、铕是红色荧光粉的主要原料，广泛应用于彩色电视机、计算机及各种显示器。目前，我国年产彩电红粉300—400吨，计算机显示器红粉50—100吨，以满足国产3 500万支彩显管和近百万支显示器的需求。 ——磁性材料：钕、钐、镨、镝等是制造现代超级永磁材料的主要原料，其磁性高出普通永磁材料4—10倍，广泛应用于电视机、电声、医疗设备、磁悬浮列车及军事工业等高新技术领域。据专家预测，本世纪末此类材料产值将达到35亿美元。我市南开大学研究开发出拥有自主知识产权的钕铁硼永磁材料就属此类，现正与肯达集团合作进行产业化。 ——储氢材料：稀土与过渡元素的金属间化合物MMNi5(MM为混合稀土金属)和LaNi5是优良的吸氢材料，被称为氢海绵。其最为成功的应用是制造二次电池——金属氢化物电池，即镍氢电池。其等体积充电容量是目前广泛使用的镍镉电池的2倍，充放电循环寿命和输出电压与镍镉电池一样，但没有了镉污染。我市南开大学在储氢材料研究开发上有很大优势，通过863项目，和平海湾公司已开始了镍氢电池产业化工作。 ——激光材料：稀土离子是固体激光材料和无机液体激光材料的最主要的激活剂，其中以掺Nd3+的激光材料研究得最多，除钇铝石榴石(YAG)、铝酸钇(YAP)玻璃等基质外，高稀土浓度激光材料可能称为特殊应用的材料。 ——精密陶瓷：氧化钇部分稳定的氧化镐是性能十分优异的结构陶瓷，可制作各种特殊用途的刀剪；可以制作汽车发动机，因其具有高导热、低膨胀系数、热稳定性能好、在1 650℃下工作强度不降低，导致发动机马力大、省燃料等优点。 ——催化剂：稀土除用于制造石油裂化催化剂外，广泛应用于很多化学反应，如稀土氧化物LaO3、Nd2O3和Sm2O3用于环己烷脱氢制苯，用LnCoO3代替铂催化氧化氨制硝酸。并在合成异戊橡胶、顺丁橡胶的生产中作为催化剂。 汽车尾气需要将CH、CO氧化，对NOX进行还原处理，以解决目前城市空气污染问题。稀土元素是汽车尾气净化催化剂的主要原料。我市化工研究院在这方面有很强的优势，可推动形成一个汽车尾气净化器产品。 ——高温超导材料：近几年研究表明，许多单一稀土氧化物及其某些混合稀土氧化物是高温超导材料的重要原料。一旦高温超导材料进入实用，整个世界将起翻天覆地的变化。目前，我国在稀土超导材料的成材研究方面取得了有意义的突破。

稀土生产流程方法：一、酸溶车间：就是把外面进来的料液（碳酸稀土混合物）放进酸里边溶解，现在一边是设备里操作了，运行比较简单，以前人工处理调配时候很难的。二、分离车间：“重型稀土萃取车间、轻型稀土萃取车间、氯化钇车间”主要是进行分离（根据在几种酸的不同溶解度），把前面的碳酸稀土分离成单个元素的硝酸、氯化物、碳酸物。这几种也可以进行销售。三、碳成车间：把氯化硝酸化物中加入碳铵，行程碳酸稀土。这个碳酸稀土也可以进行销售，不过量比较小。四、隧道窑、滚窑：这两套设备主要对碳酸稀土进行烧结成稀土氧化物。生产出来的稀土氧化物也可以直接进行销售。五、仓库制水车间：俗称锅炉房，这个应该出的是软水，也就是蒸馏水，在具体生产中用到此水，因为这里边没有杂七杂八的物质。六、这些生产出来的氯化稀土料液碳酸稀土料液，氧化物，纯元素，都算是稀土的初、粗加工。七、酸溶-萃取分离-碳沉-烧结，这个是后端工艺流程，前段有：稀土精矿-烘干焙烧-水浸中和板框压滤-澄清-碳铵沉淀-碳酸稀土。

百度一下 17种稀土元素名称的由来及用途浅说，了解了元素的性质及用途，意义就出来了

QYResearch：预计2025年中国稀土市场规模将达到215.17亿元稀土是化学周期表中镧系元素和钪、钇共十七种金属元素的总称。稀土通常分为轻、重稀土两组，前者包括“镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕”，后者包括“钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇”，自然界中共有 250 余种稀土矿。稀土作为现代工业的“维生素”，应用广泛。全球主要工业国均将稀土视为战略性资源，稀土具有多种特殊的化学性质，是现代工业尤其是高科技产业的重要原材料。其中，轻稀土储量相对较大，主要用于永磁材料、抛光粉、玻璃陶瓷、催化剂等领域；中重稀土储量较小，主要用于荧光粉、陶瓷等领域，此外，航空航天、军事国防等领域也会用到中重稀土。国内稀土市场现状及未来发展趋势2020年，中国稀土市场规模达到了195.44亿元，预计2025年将达到215.17亿元，年复合增长率（CAGR）1.94%。从产品类型及技术方面来看，稀土的主要包括稀土氧化物，稀土盐类和稀土金属。稀土氧化物是最主要的产品类型，2020年产值占比为48.45%。从产品市场应用情况来看，主要是冶金，稀土永磁材料，催化材料，储氢材料和其他。其中稀土永磁材料是最主要的应用。2020年产品占比为31.76%。恒州博智发表《2014-2025年中国稀土产业研究报告》该报告提供稀土行业的基本概况，包括定义，分类，应用和产业链结构。讨论发展政策和计划以及制造流程和成本结构。本报告研究全球与中国市场稀土的发展现状及未来趋势，分别从生产和消费的角度分析稀土行业的主要生产地区、主要消费地区以及主要的生产商。重点分析全球与中国市场的主要厂商产品特点、产品规格、不同规格产品的价格、产量、产值及全球和中国市场主要生产商的市场份额。