第一章 稀土的基本知识.ppt

稀土化学 张小联 教授 参考书目： 稀土化学，苏锵.河南科学技术出版社，1993年第一版 稀土（上中下），徐光宪主编.冶金工业出版社，1995年第二版 稀土冶金学，吴炳乾.中南大学出版社，1997年 稀土材料与应用技术，刘光华.化学工业出版社，2005 主要内容： 第一章 稀土的基本知识 第二章 稀土的提取分离 第三章 稀土的金属热还原 第四章 稀土的熔盐电解 第五章 稀土氢镍电池 第六章 稀土催化剂 第七章 稀土磁化学与磁性材料 第八章 稀土发光及激光材料 第一章 稀土的基本知识 目标 ： 了解稀土的发现、命名，丰度，分类 了解稀土主要工业矿物资源、分布，主要应用领域 理解稀土元素的原子和离子的电子组态 1.稀土的元素、发现及命名 1.2稀土发现的历程和稀土元素发展史介绍 (1)摇篮时代（1787~1949） 20世纪初，x射线光谱分析手段的出现，为人类认识稀土元素起到极大的推动作用，x射线光谱研究确认镧系元素有17个，并于20年代发现了“镧系收缩”现象，标志着稀土摇篮时代。 (2)启蒙时代（1950~1969） 1947年，参与美国曼哈顿计划的科学家采用离子交换法分离相邻的稀土元素，从而稀土进入了启蒙时代 重大发现： 1951年发现LaB6的热离子发射 1961年发现中稀土的复杂磁性结构 1962年发现稀土催化剂在石油裂解中应用 1963年钇与铕荧光体用于制造彩色电视的荧光粉 1966-1967年制得稀土永磁体YCo5，SmCo5 　3件大事：出版The Journal of Less-Common Metals，现在改名为J.Alloys ＆ Compound 1960年首届稀土研究会议的召开 1966年美国原子能委员会资助的稀土信息中心（RIC）成立 （3）黄金时代(1970~现在) 1970年发现LaNi5在室温和适当压力下（低1Mpa ）有吸收大量氢的能力，而且在适当压力下又可释放出来，使得这类合金成为氢的贮存、分离、提纯以及用作热泵、制冷、镍氢电池的材料； 1970年制成第一个晶态稀土材料； 20世纪70年代初混合稀土金属或硅化物被用于炼钢，作为脱氢、脱硫和控制硫化物形态的添加剂，以生成高强度低合金钢； 1971年在REFe2相（主要是TbFe2基材料）中观察到巨大的磁致伸缩现象，这一伸缩比以往已知的最好材料镍大三个数量级。这一惊人发现使磁致伸缩的应用成为可能； 80年代，RE-Fe系超级磁体问世，NdFeB材料商业化，并呈高速发展的势头。 2.稀土的分类 根据稀土元素物理化学性质和地球化学性质的某些差异和分离工艺的要求来分类： 两组的分法以钆为界，钆以前的La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu 7个元素为轻稀土元素，也称铈组稀土元素；钆及钆以后的Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu和Y等9个元素称为重稀土元素，也称钇组稀土元素。 三组分法（萃取法分组）：La、Ce、Pr、Nd称为轻稀土，Sm、Eu、Gd称为中稀土，Tb、Dy、Ho、Er、（ Y ）、Tm、Yb、Lu和Y称为重稀土。 3.稀土的主要矿物资源3.1稀土元素的地球丰度（ppm） 3.2主要工业矿物名称和化学式 3.3几种重要稀土精矿的稀土配分 3.4世界稀土资源 世界稀土资源储量和矿产量（2000年）单位：t 4.稀土利用特点与各元素用途介绍4.1我国稀土资源利用的特点 我国稀土矿以轻稀土组分为主,其中镧、铈等组分约占60%以上。随着我国稀土永磁材料、稀土发光材料、稀土抛光粉、稀土在冶金工业中等应用领域逐年扩大,国内市场对中重稀土的需求量也快速增加，加大了中重稀土的开采力度。造成了高丰度的铈、镧、镨等轻稀土的大量积压，导致我国稀土资源的开采和应用之间存在着严重的不平衡。 2000年中美稀土消费对比（吨） 4.2各元素由来与用途介绍 　　“镧”这个元素是1839年被命名的，当时有个叫“莫桑德”的瑞典人发现铈土中含有其它元素，他借用希腊语中“隐藏”一词把这种元素取名为“镧”。从此，镧便登上了历史舞台。镧的应用非常广泛，如应用于压电材料、电热材料、热电材料、磁阻材料、发光材料（蓝粉）、贮氢材料、光学玻璃、激光材料、各种合金材料等。她也应用到制备许多有机化工产品的催化剂中，光转换农用薄膜也用到镧，在国外，科学家把镧对作物的作用赋与“超级钙”的美称。 “铈”这个元素是由德国人克劳普罗斯，瑞典人乌斯伯齐力、希生格尔于1803年发现并命名的，以纪念1801年发现的小行星——谷神星。铈广泛应用于： （1）铈作为玻璃添加剂，能吸收紫外线与红外线，现已被大量应用于汽车玻璃。不仅