有色金属冶金学8-稀土冶金

7.1.2 稀土金属的性质
典型的金属元素，活泼性仅次于碱金属和碱土金属。
物理性质
银灰色、其中镨与钕略带黄色；具有可塑性
熔点：920~1652℃；沸点：1430~3470 ℃； 镧系收缩：原子半径(铕和镱除外)和三价离子半径的变化规律
是随原子序数的增加而逐渐减小。这种现象称为“镧系收缩”现 象。这是由于内填充的4f电子对核正电荷的屏蔽作用较弱，因而 随核正电荷的逐渐增加，对外层电子的静电引力逐渐增强，引起 电子壳的收缩。
38.9 768 1.53 2.6
1509
4.47
1852
6.49
2415
8.4
2610
10.2
2500 12.2
196 6
12.4
155 2
12.0
960 10.5
320.9 8.65
156. 2
7.31
231.9 7.3
630.5 6.62
449.5
6.24
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
三组分类法是根据酸性萃取剂对稀土元素萃取分离的难易程度来进行的，把稀土分为轻、中、重三组：即镧、铈、镨、钕为轻稀 土组；钐、铕、钆为中稀土组和铽、镝、钬、钇、铒、铥、镱、镥为重稀土组。
7.1.1 稀土冶金简史(自学）
稀土冶金及其应用的三个时代划分
（1）摇篮时代（1787-1949）
从发现钇土元素到发现并分离出钷，用 了153年，直到1947年参与美国曼哈顿计 划的科学家发明了用离子交换的方法分 离相邻的稀土元素，结束了稀土的摇篮 时代。
原子序为6l号的元素直到1945年被美国橡树岭国家实验 室 的 科 学 J.A.Marinsky，L.E.Glendenin 和 C.D.Coryell证实其存在，他们从：235U的人工裂变产 物的离子交换柱上辩认出147Pm所产生的淋洗带，定名 为钷(promethum)。
稀土元素发现历史
（2）启蒙时代（1950-1969） 1950 美国学者斯佩丁改进离子交换工艺， 制备千克级纯净单一稀土元素 1958 有机溶剂萃取法用于稀土粗分离
密度在6~10g/cm3(钪和钇密度低于4.5); 导电性差.
化学性质
1. 稀土元素在化学反应中通常失去最外层两个电子(6s2)和一个次 外层电子或4f层的一个电子而成三价离子，这是最稳定的价态。 但4f层的电子数对价态也有影响：当4f亚层处于4f0(La3+)、 4f7(Gd3+)和4f14(Lu3+)，三价离子最稳定，而它们右侧的元素 (Ce3+、Pr3+、Nd3+及Tb3+)4f亚层比稳定态多一个或两个电 子，容易被氧化成四价，左侧元（Sm3+、Eu3+、Yb3+、Tm3+) 的4f亚层比稳定态少l或2个电子，因此容易被还原成二价。这 些四价及二价的稀土虽然都能够制备出来，但稳定性差，尤其 在水溶液中。稀土元素的价态变化是氧化还原法分离稀土的依 据，此外非三价稀土化合物还具一些特殊的性质，可开发用作 半导体、荧光材料、磁性材料等。
H
Li Be
108.5 1277 0.53 1.85
Periodic Table of the Elements
He
B C N O F Ne
4830 2.26
Na
97.8 0.97
Mg
650 1.74
Al Si P S Cl Ar
660 2.7
K Ca Sc Ti V Cr M Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
古希腊人认为自然界所有的物质都是由大 气、土、火和水4要素组成，并把不溶于水、 受热不再变化的物质都称为土。这种观点直到 19世纪初对化学界仍有较大的影响，因此，那 时土把 、元 铝素 土的 并氧 认化为物就如是C元a素O、。Al2O3等，当作钙
从1787年瑞典人L.Arrhenius在斯德哥尔摩附近的Ytteuy 镇发现了一种异常的黑色矿物——硅铍钇矿，由此开 始了稀土元素的发现史。
（3）黄金时代（1970-现在） 70年代后期 液- 液萃取：流程短、处理 量大、成本低 中国稀土工业的崛起 稀土资源储量占世 界80%，1986年后，产量第一，出口第一， 应用第二。 1970 LaNi5储氢性能 70年代，稀土用以钢铁工业 1971 在REFe2相中发现磁致伸缩 1986 稀土钡铜氧系陶瓷超导体发现
第7章 稀土冶金
7.1概述 稀土元素是周期表中ⅢB族中的镧系元素
(原子序数由57至71)以及钪和钇共17个元素的 统称，一般用R或RE代表。这17个元素是： 钪(21Sc)、钇(39Y)、镧(57La)、铈(58Ce)、 镨(59Pr)、钕（60Nd）、钷(61Pm)、钐(62Sm) 铕(63Eu)、钆(64Gd)、铽(65Tb)、镝(66Dg)、 钬(67Ho)、铒(68Er)、铥(69Tm)、镱(70Yb)、 镥(71Lu)。
63.7 838 1.55
1539
3.0
1668
4.51
1900
6.1
1875 7.19
n
1245 7.43
1536 7.86
1495 8.9
1453 8.9
1083 8.96
419.5 7.14
29.8 5.91
937.4
5.32
217 4.79
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
28.7 714 1.90 3.5
920 6.17
2222
13.1
2996
16.6
3410
19.3
3180 2700 21.0 22.6
245 4
22.5
176 9
21.4
106 3
19.3
38.4
13.6
303
11.8 5
327.4 11.4
271.3 9.8
Ce Pr
797 935
Nd Pm Sm
1024 1035 1072
Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
826
1312 1356 1407 1461 1497 1545
824
1652
轻、重稀土的分类是：镧至铕7个元素称为铈组稀土亦称轻稀土；钆及钆以后的元素Biblioteka Baidu钇称为钇组稀土亦称重稀土。(钆有的资料 列入氢稀土）钇被列入重稀土组是因为它的离子半径在重稀土元素钬、铒之间，化学性质也与它们相似，在自然界中与其共存。
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu