稀土分離方法概述

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1、稀土分離方法概述姓名：任嘉琳班級(jí)：應(yīng)化1102學(xué)號(hào)：1505110619摘要：近年來(lái)我國(guó)許多單位，在稀土分離工藝研究中，取得新的成果，重點(diǎn)是南方離子吸附性稀土礦，特點(diǎn)是單一稀土或部分稀土的分離轉(zhuǎn)向整個(gè)鑭系元素的全分離，從偏重技術(shù)指標(biāo)到轉(zhuǎn)為重視技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)關(guān)鍵詞：稀土全分離單一分離引言：稀土元素氧化物是指元素周期表中原子序數(shù)為57到71的15種鑭系元素氧化物，以及與鑭系元素化學(xué)性質(zhì)相似的鈧（Sc）和釔（Y）共17種元素的氧化物。稀土具有4f電子亞層，豐富的躍遷能級(jí)，大的原子磁距，多變的配位數(shù)，在光電磁材料中顯示不可替代的作用，被譽(yù)為

2、“工業(yè)維生素”。我國(guó)是稀土大國(guó)，所擁有的稀土儲(chǔ)量占世界總工業(yè)儲(chǔ)量的80%以上，由于稀土元素電子結(jié)構(gòu)相似，化學(xué)性質(zhì)相似，分離十分困難，但是為了探索功能材料。探索其本質(zhì)特征，發(fā)現(xiàn)新的功能體系，拓展應(yīng)用領(lǐng)域，必須解決分離稀土的難題[1]現(xiàn)在，常用的方法有溶劑萃取和離子交換。除Pm以外的16個(gè)稀土元素都可以提純到6N(99.9999%)的純度。由稀土精礦分解后所得到的混合稀土化合物中，分離提取出單一純稀土元素，在化學(xué)工藝上是比較復(fù)雜和困難的。其主要原因有二個(gè)，一是鑭系元素之間的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)十分相似，多數(shù)稀土離子半徑居于相鄰兩元素之間

3、，非常相近，在水溶液中都是穩(wěn)定的三價(jià)態(tài)。稀土離子與水的親和力大，因受水合物的保護(hù)，其化學(xué)性質(zhì)非常相似，分離提純極為困難。二是稀土精礦分解后所得到的混合稀土化合物中伴生的雜質(zhì)元素較多（如鈾、釷、鈮、鉭、鈦、鋯、鐵、鈣、硅、氟、磷等）。因此，在分離稀土元素的工藝流程中，不但要考慮這十幾個(gè)化學(xué)性質(zhì)極其相近的稀土元素之間的分離，而且還必須考慮稀土元素同伴生的雜質(zhì)元素之間的分離。1.萃取分離輕稀土（P204弱酸度萃?。|、鈰、鐠、釹和钷；中稀土（P204低酸度萃?。?、銪、釓、鋱和鏑；重稀土（P204中酸度萃?。€、銪、鉺、銩、鐿、镥

4、和鈧。2.萃取工藝（1）分步法[2]從1794年發(fā)現(xiàn)的釔（Y)到1905年發(fā)現(xiàn)的镥（Lu)為止，所有天然存在的稀土元素間的單一分離，還有居里夫婦發(fā)現(xiàn)的鐳，都是用這種方法分離的。分步法是利用化合物在溶劑中溶解的難易程度(溶解度)上的差別來(lái)進(jìn)行分離和提純的。方法的操作程序是：將含有兩種稀土元素的化合物先以適宜的溶劑溶解后，加熱濃縮，溶液中一部分元素化合物析出來(lái)（結(jié)晶或沉淀）。析出物中，溶解度較小的稀土元素得到富集，溶解度較大點(diǎn)的稀土元素在溶液中也得到富集。因?yàn)橄⊥猎刂g的溶解度差別很小，必須重復(fù)操作多次才能將這兩種稀土元素分離開(kāi)來(lái)，

5、因而這是一件非常困難的工作。全部稀土元素的單一分離耗費(fèi)了100多年，一次分離重復(fù)操作竟達(dá)2萬(wàn)次，對(duì)于化學(xué)工作者而言，其艱辛的程度，可想而知。因此用這樣的方法不能大量生產(chǎn)單一稀土。（2）離子交換由于分步法不能大量生產(chǎn)單一稀土，因而稀土元素的研究工作也受到了阻礙，第二次世界大戰(zhàn)后，美國(guó)原子彈研制計(jì)劃即所謂曼哈頓計(jì)劃推動(dòng)了稀土分離技術(shù)的發(fā)展，因稀土元素和鈾、釷等放射性元素性質(zhì)相似，為盡快推進(jìn)原子能的研究，就將稀土作為其代用品加以利用。而且，為了分析原子核裂變產(chǎn)物中含有的稀土元素，并除去鈾、釷中的稀土元素，研究成功了離子交換色層分析法（離

6、子交換法），進(jìn)而用于稀土元素的分離。離子交換色層法的原理是：首先將陽(yáng)離子交換樹(shù)脂填充于柱子內(nèi)，再將待分離的混合稀土吸附在柱子入口處的那一端，然后讓淋洗液從上到下流經(jīng)柱子。形成了絡(luò)合物的稀土就脫離離子交換樹(shù)脂而隨淋洗液一起向下流動(dòng)。流動(dòng)的過(guò)程中稀土絡(luò)合物分解，再吸附于樹(shù)脂上。就這樣，稀土離子一邊吸附、脫離樹(shù)脂，一邊隨著淋洗液向柱子的出口端流動(dòng)。由于稀土離子與絡(luò)合劑形成的絡(luò)合物的穩(wěn)定性不同，因此各種稀土離子向下移動(dòng)的速度不一樣，親和力大的稀土向下流動(dòng)快，結(jié)果先到達(dá)出口端。離子交換法的優(yōu)點(diǎn)是一次操作可以將多個(gè)元素加以分離。而且還能得到高

7、純度的產(chǎn)品。這種方法的缺點(diǎn)是不能連續(xù)處理，一次操作周期花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，還有樹(shù)脂的再生、交換等所耗成本高，因此，這種曾經(jīng)是分離大量稀土的主要方法已從主流分離方法上退下來(lái)，而被溶劑萃取法取代。但由于離子交換色層法具有獲得高純度單一稀土產(chǎn)品的突出特點(diǎn)，當(dāng)前，為制取超高純單品以及一些重稀土元素的分離，還需用離子交換色層法分離制取一稀土產(chǎn)[3]（3）溶劑萃取利用有機(jī)溶劑從與其不相混溶的水溶液中把被萃取物提取分離出來(lái)的方法稱之為有機(jī)溶劑液-液液萃取法，簡(jiǎn)稱溶劑萃取法，它是一種把物質(zhì)從一個(gè)液相轉(zhuǎn)移到另一個(gè)液相的傳質(zhì)過(guò)程。溶劑萃取法在石油化工、有機(jī)化

8、學(xué)、藥物化學(xué)和分析化學(xué)方面應(yīng)用較早。但近四十年來(lái)，由于原子能科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，超純物質(zhì)及稀有元素生產(chǎn)的需要，溶劑萃取法在核燃料工業(yè)、稀有冶金等工業(yè)方面，得到了很大的發(fā)展。中國(guó)在萃取理論的研究、新型萃取劑的合成與應(yīng)用和稀土元素分離的萃取工藝流程等方面，