范文一:稀土元素
稀土元素的主要应用
0℃时比铁具更强的铁磁性。铽、镝、钬、铒等在低温下也呈现铁磁性,镧、铈的低熔点和钐、铕、镱的高蒸气压表现出稀土金属的物理性质有极大差异。
钐、铕、钇的热中子吸收截面比广泛用于核反应堆控制材料的镉、硼还大。稀土金属具有可塑性,以钐和镱为最好。除镱外,钇组稀土较铈组稀土具有更高的硬度。
稀土表面积研究是非常重要的,稀土的表面积检测一 稀土元素的概况
又称稀土金属。为周期系(见周期律)第ⅢB族中的钪、钇和镧系元素的总称。包括钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥17种元素。其中钷是人工放射性元素,其余的常以微量共同存在于独居石和钪钇等矿石中。稀土元素都是具有银白色光泽的金属,质软。它们的化学性质很活泼,也很相似,化合价一般是+3价;能与热水作用产生氢(钪除外),并易溶于稀酸;能形成稳定的配合物,也能形成微溶于水的草酸盐、氟化物、碳酸盐、磷酸盐和氢氧化物等。稀土元素可应用于冶金、电子、原子能、化学等工业,在合金钢和非铁合金中掺入少量混合稀土元素,可改善性能。
1. 稀土元素的基本性质
稀土元素的性质与应用
大多数稀土金属呈现顺磁性。钆在数据只有采用BET方法检测出来的结果才是真实可靠的,国内目前有很多仪器只能做直接对比法的检测,现在国内也被淘汰了。
目前国内外比表面积测试统一采用多点BET法,国内外制定出来的比表面积测定标准都是以BET测试方法为基础的,参看我国国家标准(GB/T 19587-2004)----气体吸附BET原理测定固态物质比表面积的方法。
比表面积检测其实是比较耗费时间的工作,由于样品吸附能力的不同,有些样品的测试可能需要耗费一整天的时间,如果测试过程没有实现完全自动化,那测试人员就时刻都不能离开,并且要高度集中,观察仪表盘,操控旋钮,稍不留神就会导致测试过程的失败,这会浪费测试人员很多的宝贵时间。
真正完全自动化智能化比表面积测试仪产品,才符合测试仪器行业的国际标准,同类国际产品全部是完全自动化的,人工操作的仪器国外早已经淘汰。
真正完全自动化智能化比表面积分析仪产品,将测试人员从重复的机械式操作中解放出来,大大降低了他们的工作强度,培训简单,提高了工作效率。真正完全自动化智能化比表面积测定仪产品,大大降低了人为操作导致的误差,提高测试精度。
1. 我国稀土资源的特点
稀土元素在地壳中平均含量为165.35×10-6(黎彤,1976)。在自然界中稀土元素主要以单矿物形式存在,目前世界上已发现的稀土矿物和含稀土元素的矿物有250多种,其中稀土含量ΣREE>5.8%的有50~65种,可视为稀土独立的矿物。重要的稀土矿物主要为氟碳酸盐和磷酸盐。
稀土矿物总的特点:一是缺少硫化物和硫酸盐(只有极个别的),这说明稀土元素具有亲氧性;二是稀土的硅酸盐主要是岛状,没有层状、架状和链状构造;三是部分稀土矿物(特别是复杂的氧化物及硅酸盐)呈现非晶质状态;四是稀土矿物的分布,在岩浆岩及伟晶岩中以硅酸盐及氧化物为主,在热液矿床及风化壳矿床中以氟碳酸盐、磷酸盐为主。富钇的矿物大部分都赋存在花岗岩类岩石和与其有关的伟晶岩、气成热液矿床及热液矿床中;五是稀土元素由于其原子结构、化学和晶体化学性质相近而经常共生在同一个矿物中,即铈族稀土和钇族稀土元素常共存在一个矿物中,但这类元素并非等量共存,有些矿物以含铈族稀土为主,有些矿物则以钇族为主。
在目前已发现的250多种稀土矿物和含稀土元素的矿物,适合现今选冶条件的工业矿物仅有10余种:
(1)含铈族稀土(镧、铈、钕)的矿物:氟碳铈矿、氟碳钙铈矿、氟碳铈钙矿、氟碳钡铈矿和独居石。
(2)富钐及钆的矿物:硅铍钇矿、铌钇矿、黑稀金矿。
(3)含钇族稀土(钇、镝、铒、铥等)的矿物:磷钇矿、氟碳钙钇矿、钇易解石、褐钇铌矿、黑稀金矿。
稀散元素在自然界里主要以分散状态赋存在有关的金属矿物中,如闪锌矿一般都富含镉、锗、镓、铟等,个别还含有铊、硒与碲;黄铜矿、黝铜矿和硫砷铜矿经常富含铊、硒及碲,个别的还富含铟与锗;方铅矿也常富含铟、铊、硒及碲;辉钼矿和斑铜矿富含铼,个别的还富含硒;黄铁矿常富含铊、镓、硒、碲等。
3. 稀土元素的应用
近年来,稀土元素在工业,农业各产业领域以及在科学技术个方面的应用,由少到多,由局限到广泛,由粗放到精细一步步地发展起来稀土金属已广泛应用于电子、石油化工、冶金、机械、能源、轻工、环境保护、农业等领域。应用稀土可生产荧光材料、稀土金属氢化物电池材料、电光源材料、永磁材料、储氢材料、催化材料、精密陶瓷材料、激光材料、超导材料、磁致伸缩材料、磁致冷材料、磁光存储材料、光导纤维材料等。
。
稀土元素在激光和发光材料中的应用
激光和发光材料是由作为基质的化合物和掺杂在其中的激活剂离子组成的,其中基质和激活剂主要是稀土元素离子和化合物[2]。由此可见,在激光和发光工作物质中,稀土元素是很重要的组成元素。
3.1.1 性质体现:光谱特性
稀土元素在激光和发光材料中的应用主要是利用了其光谱的特性。这一特性主要是由稀土元素的特有的电子组态结构决定的。这类电子组态结构的特点:(1)4f壳层是深藏在5s5p轨道的里面,电子外壳层对4f电子起着屏蔽作用,使它较少受到外场的影响。化合物中
3+ Ln离子4f电子能级内的跃迁和发射,都呈锐线状,而且和它们的原子光谱相似;(2)除了4f电子能级内的跃迁辐射之外,因为4f能级和5d及6s能级距离相近,正三价的镧系离子也可以产生4f-5d和4f-6s能级间的跃迁辐射;(3)由于4f电子受到5s5p轨道的屏蔽,受外场影响小,所以呈球状,化学性质与碱土金属相似。[1]
由于镧系离子具有未充满的4f壳层以及4f电子的自旋轨道偶合作用,加上4f、5d、6s电子能量比较相近,产生数目很多的能级。
镧系离子的吸收光谱或激发光谱,来源于f组态内的电子跃迁,即f-f跃迁;组态间的能级跃迁,即4f-5d、4f-6s、4f-6p等跃迁;还有电荷迁移跃迁,即配体离子的电子向三价离子的跃迁。从高能级向低能级的跃迁就产生相应的发射光谱。[1]
正是由于它们所表现出来的丰富的分离能级和长寿命的又称稀土金属。为周期系(见周期律)第ⅢB族中的钪、钇和镧系元素的总称。包括钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥17种元素。其中钷是人工放射性元素,其余的常以微量共同存在于独居石和钪钇等矿石中。稀土元素都是具有银白色光泽的金属,质软。它们的化学性质很活泼,也很相似,化合价一般是+3价;能与热水作用产生氢(钪除外),并易溶于稀酸;
能形成稳定的配合物,也能形成微溶于水的草酸盐、氟化物、碳酸盐、磷酸盐和氢氧化物等。稀土元素可应用于冶金、电子、原子能、化学等工业,在合金钢和非铁合金中掺入少量混合稀土元素,可改善性能。
2. 稀土元素的基本性质
稀土元素的性质与应用
大多数稀土金属呈现顺磁性。钆在0℃时比铁具更强的铁磁性。铽、镝、钬、铒等在低温下也呈现铁磁性,镧、铈的低熔点和钐、铕、镱的高蒸气压表现出稀土金属的物理性质有极大差异。
钐、铕、钇的热中子吸收截面比广泛用于核反应堆控制材料的镉、硼还大。稀土金属具有可塑性,以钐和镱为最好。除镱外,钇组稀土较铈组稀土具有更高的硬度。
稀土表面积研究是非常重要的,稀土的表面积检测数据只有采用BET方法检测出来的结果才是真实可靠的,国内目前有很多仪器只能做直接对比法的检测,现在国内也被淘汰了。 目前国内外比表面积测试统一采用多点BET法,国内外制定出来的比表面积测定标准都是以BET测试方法为基础的,参看我国国家标准(GB/T 19587-2004)----气体吸附BET原理测定固态物质比表面积的方法。
比表面积检测其实是比较耗费时间的工作,由于样品吸附能力的不同,有些样品的测试可能需要耗费一整天的时间,如果测试过程没有实现完全自动化,那测试人员就时刻都不能离开,并且要高度集中,观察仪表盘,操控旋钮,稍不留神就会导致测试过程的失败,这会浪费测试人员很多的宝贵时间。
真正完全自动化智能化比表面积测试仪产品,才符合测试仪器行业的国际标准,同类国际产品全部是完全自动化的,人工操作的仪器国外早已经淘汰。
真正完全自动化智能化比表面积分析仪产品,将测试人员从重复的机械式操作中解放出来,大大降低了他们的工作强度,培训简单,提高了工作效率。真正完全自动化智能化比表面积测定仪产品,大大降低了人为操作导致的误差,提高测试精度。
3. 我国稀土资源的特点
稀土元素在地壳中平均含量为165.35×10-6(黎彤,1976)。在自然界中稀土元素主要以单矿物形式存在,目前世界上已发现的稀土矿物和含稀土元素的矿物有250多种,其中稀土含量ΣREE>5.8%的有50~65种,可视为稀土独立的矿物。重要的稀土矿物主要为氟碳酸盐和磷酸盐。
稀土矿物总的特点:一是缺少硫化物和硫酸盐(只有极个别的),这说明稀土元素具有亲氧性;二是稀土的硅酸盐主要是岛状,没有层状、架状和链状构造;三是部分稀土矿物(特别是复杂的氧化物及硅酸盐)呈现非晶质状态;四是稀土矿物的分布,在岩浆岩及伟晶岩中以硅酸盐及氧化物为主,在热液矿床及风化壳矿床中以氟碳酸盐、磷酸盐为主。富钇的矿物大部分都赋存在花岗岩类岩石和与其有关的伟晶岩、气成热液矿床及热液矿床中;五是稀土元素由于其原子结构、化学和晶体化学性质相近而经常共生在同一个矿物中,即铈族稀土和钇族稀土元素常共存在一个矿物中,但这类元素并非等量共存,有些矿物以含铈族稀土为主,有些矿物则以钇族为主。
在目前已发现的250多种稀土矿物和含稀土元素的矿物,适合现今选冶条件的工业矿物仅有10余种:
(1)含铈族稀土(镧、铈、钕)的矿物:氟碳铈矿、氟碳钙铈矿、氟碳铈钙矿、氟碳钡铈矿和独居石。
(2)富钐及钆的矿物:硅铍钇矿、铌钇矿、黑稀金矿。
(3)含钇族稀土(钇、镝、铒、铥等)的矿物:磷钇矿、氟碳钙钇矿、钇易解石、褐钇铌矿、黑稀金矿。
稀散元素在自然界里主要以分散状态赋存在有关的金属矿物中,如闪锌矿一般都富含镉、锗、镓、铟等,个别还含有铊、硒与碲;黄铜矿、黝铜矿和硫砷铜矿经常富含铊、硒及碲,个别的还富含铟与锗;方铅矿也常富含铟、铊、硒及碲;辉钼矿和斑铜矿富含铼,个别的还富含硒;黄铁矿常富含铊、镓、硒、碲等。
3. 稀土元素的应用
近年来,稀土元素在工业,农业各产业领域以及在科学技术个方面的应用,由少到多,由局限到广泛,由粗放到精细一步步地发展起来稀土金属已广泛应用于电子、石油化工、冶金、机械、能源、轻工、环境保护、农业等领域。应用稀土可生产荧光材料、稀土金属氢化物电池材料、电光源材料、永磁材料、储氢材料、催化材料、精密陶瓷材料、激光材料、超导材料、磁致伸缩材料、磁致冷材料、磁光存储材料、光导纤维材料等。
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稀土元素在激光和发光材料中的应用
激光和发光材料是由作为基质的化合物和掺杂在其中的激活剂离子组成的,其中基质和激活剂主要是稀土元素离子和化合物[2]。由此可见,在激光和发光工作物质中,稀土元素是很重要的组成元素。
3.1.1 性质体现:光谱特性
稀土元素在激光和发光材料中的应用主要是利用了其光谱的特性。这一特性主要是由稀土元素的特有的电子组态结构决定的。这类电子组态结构的特点:(1)4f壳层是深藏在5s5p轨道的里面,电子外壳层对4f电子起着屏蔽作用,使它较少受到外场的影响。化合物中
3+ Ln离子4f电子能级内的跃迁和发射,都呈锐线状,而且和它们的原子光谱相似;(2)除了4f电子能级内的跃迁辐射之外,因为4f能级和5d及6s能级距离相近,正三价的镧系离子也可以产生4f-5d和4f-6s能级间的跃迁辐射;(3)由于4f电子受到5s5p轨道的屏蔽,受外场影响小,所以呈球状,化学性质与碱土金属相似。[1]
由于镧系离子具有未充满的4f壳层以及4f电子的自旋轨道偶合作用,加上4f、5d、6s电子能量比较相近,产生数目很多的能级。
镧系离子的吸收光谱或激发光谱,来源于f组态内的电子激发态,能级之间的跃迁通道可能多达20万个,因此稀土离子可以产生多种的跃迁发射和吸收,可以组成各种光谱的发光材料和激光材料。那些4f能级全空、半空和全满的离子,本身虽然在可见光区没有相应的跃迁吸收和发射,但它们吸收和传递辐射能的能力很强,因此是组成发光材料基质化合物的材料。
3.2 稀土元素在磁性材料中的应用
稀土金属与某些3d过渡金属生成的金属间化合物,具有优异的永磁特性,最大磁能积是传统的永磁材料的5-10倍。稀土永磁材料可以分为三类:(1)稀土钴永磁材料;(2)稀土铁永磁材料:(3)稀土铁氮系和稀土铁碳系。稀土永磁材料的研制和开发具有重大的学术意义和经济价值。[2]
3.2.1 性质体现:磁性
这些应用都体现了稀土元素的磁性的性质。物质的磁性是物质对外界磁场的反应,从微观角度来看是由于物质中带电粒子的运动所形成的元磁矩,即原子磁矩和分子磁矩,当这些元磁矩取向有序时,物质便产生磁性。由于核的磁效应比电子的磁效应小三个数量级,所以
电子时物质磁性的主要负载者。电子的磁矩分别起源于电子的轨道运动和自旋运动。
稀土元素三价离子除了La、Lu、Sc、Y 都具有不成对的电子,因此都具有顺磁性,而且他们的磁矩比d过渡元素离子的磁矩大。他们的磁矩决定于基态总角动量的大小。由于不成对的4f电子受到5s5p壳层的屏蔽,化合物中稀土三价离子的磁矩受配位环境的影响较小,与离子的理论磁矩相近。非三价离子的磁矩与等电子的三价离子的磁矩也相近。稀土金属的4f电子处于内层,其外层三个价电子为传导电子,因此大多数稀土金属的有效磁矩和失去三个电子的三价稀土离子的磁矩几乎相同。[3]
二.工艺
1. 离子交换法
由于分步法不能大量生产单一稀土,因而稀土元素的研究工作也受到了阻碍,第二次世界大战后,美国原子弹研制计划即所谓曼哈顿计划推动了稀土分离技术的发展,因稀土元素和铀、钍等放射性元素性质相似,为尽快推进原子能的研究,就将稀土作为其代用品加以利用。而且,为了分析原子核裂变产物中含有的稀土元素,并除去铀、钍中的稀土元素,研究成功了离子交换色层分析法(离子交换法),进而用于稀土元素的分离。
离子交换色层法的原理是:首先将阳离子交换树脂填充于柱子内,再将待分离的混合稀土吸附在柱子入口处的那一端,然后让淋洗液从上到下流经柱子。形成了络合物的稀土就脱离离子交换树脂而随淋洗液一起向下流动。流动的过程中稀土络合物分解,再吸附于树脂上。就这样,稀土离子一边吸附、脱离树脂,一边随着淋洗液向柱子的出口端流动。由于稀土离子与络合剂形成的络合物的稳定性不同,因此各种稀土离子向下移动的速度不一样,亲和力大的稀土向下流动快,结果先到达出口端。
离子交换法的优点是一次操作可以将多个元素加以分离。而且还能得到高纯度的产品。这种方法的缺点是不能连续处理,一次操作周期花费时间长,还有树脂的再生、交换等所耗成本高,因此,这种曾经是分离大量稀土的主要方法已从主流分离方法上退下来,而被溶剂萃取法取代。但由于离子交换色层法具有获得高纯度单一稀土产品的突出特点,目前,为制取超高纯单品以及一些重稀土元素的分离,还需用离子交换色层法分离制取一稀土产。
2. 溶剂萃取法
利用有机溶剂从与其不相混溶的水溶液中把被萃取物提取分离出来的方法称之为有机溶剂液-液液萃取法,简称溶剂萃取法,它是一种把物质从一个液相转移到另一个液相的传质过程。
溶剂萃取法在石油化工、有机化学、药物化学和分析化学方面应用较早。但近四十年来,由于原子能科学技术的发展,超纯物质及稀有元素生产的需要,溶剂萃取法在核燃料工业、稀有冶金等工业方面,得到了很大的发展。我国在萃取理论的研究、新型萃取剂的合成与应用和稀土元素分离的萃取工艺流程等方面,均达到了很高的水平。
溶剂萃取法其萃取过程与分级沉淀、分级结晶、离子交换等分离方法相比,具有分离效果好、生产能力大、便于快速连续生产、易于实现自动控制等一系列优点,因而逐渐变成分离大量稀土的主要方法。
溶剂萃取法的分离设备有混合澄清槽、离心萃取器等,提纯稀土所用的萃取剂有:以酸性磷酸酯为代表的阳离子萃取剂如P204、P507,以胺为代表的阴离子交换液N1923和以TBP、P350等中性磷酸酯为代表的溶剂萃取剂三种。这些萃取剂的粘度与比重都很高,与水不易分离。通常用煤油等溶剂将其稀释再用。
萃取工艺过程一般可分为三个主要阶段:萃取、洗涤、反萃取。
4. 稀土生产过程中的三废处理与放射性保护
在稀土的冶炼、分离和生产的过程中会附带产生大量的废气、废水和废渣,这些统称为“三废”。“三废”的存在严重的污染周边环境,危及工作人员和周围居民的身体健康。近些年来由于稀土工厂的污染导致与周围居民的矛盾时有发生。有些较大的稀土厂家比较重视废物的处理,但是一些小厂家只看到了眼前的利益,把环境问题抛之脑后。那么,应该如何正确的对待“三废”,如何能使其变废为宝,就成了稀土厂家需要解决的问题。只有处理好这一问题才能使稀土生产和环保有机的结合起来。下面就介绍一下处理工厂处理这些废物的常规的办法,同时也有一些个人想法和观点,仅供参考。
废气
稀土生产过程的废气主要包括破碎稀土精矿及包装产品的粉尘、灼烧、冶炼产生的废气、酸碱或有机试剂挥发的气体等。对于粉尘应尽量回收,若粉尘没有得到及时回收,不仅污染环境和对工人的工作环境有影响,还会影响到产品的收率。所以这些粉尘的回收对厂家来讲还是有一定经济效益的,回收这些粉尘可谓一举两得。灼烧、冶炼产生的废气,这些气体有的具有强酸性、腐蚀性,一般采用吸收和吸附的方法,主要的吸收剂有水和稀碱(碱转废水等)。常用的吸附剂为氧化钙、镁等廉价氧化物。对于酸碱及有机试剂的挥发气体,应该对容纳这些液体的容器做好密封,并提高人员的防护。
废水
主要包括:吸收废气得到的废水、碳铵、草酸沉淀的废水、碱转废水、皂化废水、冷凝水等。这些废水中,有酸碱性的采用中和的办法,达到排放标准后方可排放。但是,有很多稀土厂家将沉淀、碱转、皂化的废水也一并排除,这几种废水中含有大量的铵根、氯根、草酸根、氟化物等,这些物质的排放会严重的影响地下水的水质,对居民的日常生活造成隐患。而且对于工厂,这些离子经过处理都可以成为有用的原材料,比如:浓缩含有氯化铵的废水可以粗制氯化铵固体,可以通过多次循环利用废水在使用过程中达到富集的目的,处理时会降低成本;将含草酸根的废水经过提炼得到可重复利用的草酸;将碱转废水中的氟化物进行富集或者用此水作为氟化剂来制备稀土氟化物,为冶炼稀土金属提供原料。
废渣
主要是酸浸渣和调制产生的铁土渣,由于铁土渣具有放射性一般都采用建渣库储存的方法,其放射性随着时间的推移不断的降低,其实这种渣也是可以利用的。比如:利用其铁含量较高,可以制备建筑陶瓷用色料;另外,金属的氧化物都可以制备成不同用途的抛光粉。对于酸浸渣,许多稀土厂家都采用露天堆放的方法,这不仅对环境造成污染,也是对资源的浪费。有报道称可用稀土废渣可以制造稀土陶瓷粉和釉料。这些废渣经过酸浸后颗粒都得到了一定的细化,而废渣中含有的大量氟化物和硅等杂质也正是制备抛光粉的原材料,所以通过简单的加工,将这些废渣制成抛光粉,也是对这些渣的有效利用。个人认为,酸浸渣中的稀土最直接的利用办法是经过彻底的洗涤后,考察是否可作为稀土微肥直接用于农业。这种利用方法本人没有关注过相关报道,具体可行不可行还需要农业方面的专家进行研究。
总之,要合理、有效地利用这些废物应该得到各稀土厂家的重视。当然,处理的过程中
需要厂家投入一定的人力、物力和财力,很有可能这种投入和产出比不尽人意,但这些废物的处理与否、如何处理都关乎整个行业能否健康、持续的发展。
然而放射性现象的发现,核能的开发带给人类的另一巨大福利是核技术在科研、教育、医疗、工业、农业等许多领域中的广泛应用,这种应用也伴随着现实的或潜在的放射性污染。
范文二:稀土元素检测
稀土元素检测
稀土元素在石油、化工、冶金、纺织、陶瓷、玻璃、永磁材料等领域都得到了广泛的应用,随着科技的进步和应用技术的不断突破,稀土氧化物的价值将越来越大。
适量的稀土元素对植物生长具有广泛的促进作用,对动物机体功能有调节作用,对人体有抑制肿瘤的作用。在农业领域的应用,稀土起到提高产量、改善品质和提高农作物抗病能力等多重效应。
稀土元素为人体非必需微量元素,稀土中毒已成为食品安全的新问题。
科标稀土检测种类:
轻稀土:镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆。
重稀土:铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪。
科标稀土检测标准:
GB/T17417.1-2010
GB/T17417.2-2010
GB/T18114.1-2010
法
GB/T18114.10-2010
GB/T18114.11-2010
GB/T18114.2-2010
GB/T18114.3-2010
GB/T18114.4-2010
测定稀土精矿化学分析方法稀土精矿化学分析方法稀土精矿化学分析方法稀土精矿化学分析方法稀土精矿化学分析方法第10部分:水分的测定第11部分:氟量的测定重量法EDTA滴定法稀土矿石化学分析方法第1部分:稀土分量测定稀土矿石化学分析方法第2部分:钪量测定稀土精矿化学分析方法第1部分:稀土氧化物总量的测定重量第2部分:氧化钍量的测定第3部分:氧化钙量的测定第4部分:氧化铌、氧化锆、氧化钛量的电感耦合等离子体发射光谱法
稀土精矿化学分析方法第5部分:氧化铝量的测定电感耦合等GB/T18114.5-2010
离子体发射光谱法
GB/T18114.6-2010
GB/T18114.7-2010
定法
GB/T18114.8-2010
的测定稀土精矿化学分析方法稀土精矿化学分析方法第6部分:二氧化硅量的测定第7部分:氧化铁量的测定重铬酸钾滴稀土精矿化学分析方法第8部分:十五个稀土元素氧化物配分量电感耦合等离子发射光谱法
稀土精矿化学分析方法第9部分:五氧化二磷量的测定磷铋钼GB/T18114.9-2010
蓝分光光度法
GB/T18115.1-2006稀土金属及其氧化物中稀土杂质化学分析方法镧中铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥和钇量的测定
GB/T18115.10-2006稀土金属及其氧化物中稀土杂质化学分析方法钬中镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、铒、铥、镱、镥和钇量的测定
GB/T18115.11-2006稀土金属及其氧化物中稀土杂质化学分析方法铒中镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铥、镱、镥和钇量的测定
GB/T18115.12-2006稀土金属及其氧化物中稀土杂质化学分析方法钇中镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥量的测定
GB/T18115.13-2010稀土金属及其氧化物中稀土杂质化学分析方法第13部分:铥中镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、镱、镥和钇量的测定
GB/T18115.14-2010稀土金属及其氧化物中稀土杂质化学分析方法第14部分:镱中镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镥和钇量的测定
GB/T18115.15-2010稀土金属及其氧化物中稀土杂质化学分析方法第15部分:镥中镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和钇量的测定
GB/T18115.2-2006稀土金属及其氧化物中稀土杂质化学分析方法铈中镧、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥和钇量的测定
GB/T18115.3-2006稀土金属及其氧化物中稀土杂质化学分析方法镨中镧、铈、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥和钇量的测定
GB/T18115.4-2006稀土金属及其氧化物中稀土杂质化学分析方法钕中镧、铈、镨、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥和钇量的测定
GB/T18115.5-2006稀土金属及其氧化物中稀土杂质化学分析方法钐中镧、铈、镨、钕、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥和钇量的测定
GB/T18115.6-2006稀土金属及其氧化物中稀土杂质化学分析方法铕中镧、铈、镨、钕、钐、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥和钇量的测定
GB/T18115.7-2006稀土金属及其氧化物中稀土杂质化学分析方法钆中镧、铈、镨、钕、钐、铕、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥和钇量的测定
GB/T18115.8-2006稀土金属及其氧化物中稀土杂质化学分析方法铽中镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、镝、钬、铒、铥、镱、镥和钇量的测定
GB/T18115.9-2006稀土金属及其氧化物中稀土杂质化学分析方法镝中镧、铈、镨、钕、
钐、铕、钆、铽、钬、铒、铥、镱、镥和钇量的测定
GB/T18882.1-2008
配分量的测定
GB/T18882.2-2008离子型稀土矿混合稀土氧化物化学分析方法三氧化二铝量的测定离子型稀土矿混合稀土氧化物化学分析方法十五个稀土素氧化物
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范文三:稀土元素介绍
稀土元素介绍
在周期系中,你知道什么是镧系元素?什么是稀土元素吗?它们的电子层结构
和性质有什么特点?它们在科学技术和生产中扮演了什么样的角色? “镧系元素”在周期表中从原子序数为57号的镧到原子序数为71号的镥共15种元素,它们的化学性质十分相似,都位于周期表中第ⅢB族,第6周期镧的同一格内,但它们不是同位素。同位素的原子序数是相同的,只是质量数不同。而这15种元素,不仅质量数不同,原子序数也不同。称这15种元素为镧系元素,用Ln表示。它们组成了第一内过渡系元素。
“稀土元素”镧系元素以及与镧系元素在化学性质上相近的、在镧系元素格子上方的钇和钪,共17种元素总称为稀土元素,用RE表示。按照稀土元素的电子层结构及物理和化学性质,把钆以前的7个元素:La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm和Eu称为轻稀土元素或铈组稀土元素;钆和钆以后的7个元素:Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu,再加上Sc和Y共10个元素,称为重稀土元素或钇组稀土元素。
“稀土”的名称是18世纪遗留下来的。由于当时这类矿物相当稀少,提取它们又困难,它们的氧化物又和组成土壤的金属氧化物Al2O3很相似,因此取名“稀土”。实际上稀土元素既不“稀少”,也不像“土”。它们在地壳中的含量为0.01534,其中丰度最大的是铈,在地壳中的含量占0.0046,其次是钇、钕、镧等。铈在地壳中的含量比锡还高,钇比铅高,就是比较少见的铥,其总含量也比人们熟悉的银或汞多,所以稀土元素并不稀少。这些元素全部是金属,人们有时也叫它们稀土金属。
我国稀土矿藏遍及18个省(区),是世界上储量最多的国家。内蒙包头的白云鄂博矿是世界上最大的稀土矿。在我国,具有重要工业意义的稀土矿物有氟碳铈矿Ce(CO3)F,独居石矿RE(PO4),它们是轻稀土的主要来源。磷钇矿YPO4和褐钇铌矿YNbO4是重稀土的主要来源。
我们从以下几个方面来讨论镧系元素的通性:
1、价电子层结构
2、氧化态
3、原子半径和离子半径
4、离子的颜色
5、离子的磁性
6、标准电极
7、金属单质
电子层结构
这是目前根据原子光谱和电子束共振实验得到的镧系元素原子的电子层结构:
根据电子填充的一般规律,由于4f能级的能量介于6s和5d之间,由表Ln-1中可见,从第57号元素镧开始,新增加的电子填充在4f能级上,应该4f能级充满后再填充到5d能级上去。但是,根据洪特规则的特例,等价轨道在全充满、半充满或全空的状态下是比较稳定的,所以第57号元素镧的价电子层结构是 4f05d16s (全空),不是4f6s2;第58号元素铈的价电子层结构不是4f26s2,而是4f15d16s2;第64号元素钆不是4f86s2,而是4f75d16s2 (半充满);第71号镥是4f5d16s2,4f轨道已经填满,余下的一个电子填充在5d轨道上。
由于镧系元素原子最外面两层电子结构相似,而不同在4f内层上,最外两个电子层对4f轨道有较强的屏蔽作用,尽管4f能级中电子数不同,它们的化学性质受4f电子数的影响很小,所以镧系元素表现出化学性质非常相似。例如它们常见的氧化态都是+3。
4f电子在化学反应中基本不参加成键,这一点与d区过渡元素是完全不同的(过渡元素中的d电子是参加成键的)。4f轨道不论是充满的还是未充满的,对其元素的化学性质虽没什么影响,但对它们化合物的光谱和磁性是有影响的。
氧化态
镧系元素一般都能形成稳定的+3氧化态,+3是镧系元素的常见氧化态、特征氧化态。+3氧化态是所有镧系元素在固体化合物中、水溶液中或其它溶剂中的特殊性质。
从表Ln-2所列电离能数据可以看出,镧系元素第一、第二和第三电离势之和I1+I2+I3是比较低的,比某些d区过渡元素还低,例如Cr→Cr3++3e-的前三级电1421
离能之和是5136kJ*mol-1,Co→Co3++3e-是5636kJ*mol-1。而且镧系元素前三级电离能之和随原子序数的增加变化比较平稳。所以镧系元素都能形成稳定的+3氧化态。
从表Ln-2所列镧系元素第三电离能I3的数据看,它们随原子序数的增加起
伏较大,镧系元素由Ln2+ →Ln3+主要是由第三电离能I3决定的。I3的数值以Eu
和Yb最大,其次为Tm和Sm,所以这些元素的+2价相对比较稳定。 另外从Ln-3可以看出,Eu2+和Yb2+的稳定性还与它们离子的电子层结构是半充满(Eu2+为4f7)和全充满(Yb2+为4f14)构型有关。Eu14和Yb2+就比Sm2+(4f)和Tm2+(4f)稳定。
从表Ln-2所列镧系元素第四电离能I4的数据看,镧系元素由Ln → Ln 主要由第四电离能决定,I4的数值以Ce最小,其次是Pr和Tb,所以这些元素的+4
价相对比较稳定。
另外从Ln-3也可以看出,Ce4+(4f)的稳定性还与它的离子的电子层结构是全空的构型有关。
0136
虽然f、f和f14的构型是氧化态特别稳定的一个因素,但不是唯一的因素。大多数+3氧化态的镧系元素虽然不是这三种构型,但+3氧化态却都是镧系元素的最稳定氧化态。氧化态的问题不能只是从电子层的结构来考虑,实际上还应该包含着其它热力学和动力学因素,如我们前面已提到的电离势,还有升华能、水合能等等,在某些情况下,后者甚至是更重要的因素。
原子半径和离子半径
07
从表Ln-4中的数据可以看出,第ⅢB族自上而下,从Sc经Y到La,原子半径和三价离子半径逐渐增大。这是符合各族元素自上而下原子半径和离子半径逐渐增大的一般规律的。但是从La到Lu则逐渐减小,这种镧系元素的原子半径和离子半径随着原子序数的增加而逐渐减小的现象称为镧系收缩。
(Lanthanides Con-traction)
镧系收缩有两个特点:
(1)它们的原子半径虽然随着原子序数的增加而缩小,但相邻元素原子半径之差只有1pm左右,即镧系内原子半径呈缓慢减少的趋势。原因是随着核电荷的增加,相应增加的电子是填入到倒数第三层的4f轨道(倒数第一层为6s,倒数第二层为5s、5p轨道)上,它比6s和5s、5p轨道对核电荷有较大的屏蔽作用,因此随着原子序数的增加,最外层电子受核的引力只是缓慢地增加,从而导致了原子半径呈缓慢缩小的趋势。
(2)随着原子序数的增加,相邻元素原子半径虽然只缩小约1pm,但是经过从La到Lu14种元素的原子半径递减的积累却减小了约14pm之多。
在镧系收缩中,为什么原子半径的收缩比离子半径的收缩小得多呢? 想想看?这是因为离子比金属原子少一电子层,电子失去最外层6s电子之后,4f轨道则处于倒数第二层(倒数第一层为5s、5p轨道),这种状态的4f轨道比原子中的4f轨道(倒数第三层)对核电荷的屏蔽作用小,从而使得离子半径的收缩效果比原子半径明显。
以镧系元素的原子序数为横坐标,原子半径值为纵坐标画图,可以得到一张Ln系原子半径与原子序数的关系图。
由图可以清楚看出,在原子半径总的收缩趋势中,铕和镱反常,它们的原子半径比相邻的元素的原子半径大很多,而铈的原子半径又比较小。这是因为在铕和镱的电子层结构中,分别有半充满的4f7和全充满的4f的缘故。这种结构比起4f电子层未充满的其它状态对原子核有较大的屏蔽作用。
这种半充满或全充满的电子层结构对原子核有较大的屏蔽作用,也表现在由Ln3+离子半径随原子序数减小的曲线变化中。由图Ln-2看,在图中Gd离子处出现了微小的但可以觉察的不连续性。这是因为Gd3+的电子层构型为4f7,由于它对原子核有较大的屏蔽作用,使得有效核电荷略有减小,所以使得Gd3+的离子半径减小的程度较小。这种效应叫做钆断效应。
镧系收缩是无机化学中的一个特殊而又重要的现象。镧系收缩的结果是什么呢?
①由于镧系收缩,使得第ⅢB族Y3+离子的半径(89.3pm)接近Tb3+和Dy3+的离子半径,因此钆在矿物中与镧系元素共生,成为稀土元素的成员。
Sc离子半径较小(73.2pm),接近Lu,其化学性质介于铝和镧系元素之间,有的书上不把它列入稀土元素。我们把Sc和Y都列为稀土元素的成员。 14
②镧系收缩使它后面各族过渡元素的原子半径和离子半径,分别与相应同族上面的一个元素的原子半径和离子半径极为接近,化学性质相似,造成了各对元素在分离上的困难。如下表所示。
离子的颜色
一些镧系金属三价离子具有很漂亮的不同颜色,这些颜色出现在它们的结晶盐中或水溶液中。从表Ln-5可以看出,若以Gd3+离子为中心,从La3+到Gd3+的颜色变化规律又在从Lu3+到的Gd3+的过程中重演,这就是Ln3+离子颜色的周期性变化。
离子的颜色通常与未成对电子数有关,由表Ln-5可见,当Ln具有4f和4f3+n14-n个电子时,它们的颜色是相同或相近的。
颜色的产是由于电子吸收了特定波长的光,相当于一定的电子跃迁。Ln3+1的颜色主要是由4f亚层中f-f的电子跃迁引起的。Ln3+可以吸收从紫外、可见到红外光区的各种波长的电磁辐射。
表Ln-5.Ln3+离子在晶体或水溶液中的颜色
根据吸收光谱的研究指出:可见光的波长范围在400~760nm,具有f0和f14结构的La和Lu在200~1000nm区域没有吸收光谱,所以它们的离子是无色的。这可能由于f0和f14构型比较稳定没有成单电子的缘故。具有f7、f1、f6、f8结构的Gd3+、Ce3+、Eu3+和Tb3+,其吸收峰全部或大部分在紫外区,所以离子是无色或略带淡粉红色。具有f13构型的Yb3+,其吸收峰在红外区,所以Yb3+也是无色的。剩下的Ln(具有f、f、f、f、f、f、f、f构型)在可见光区内有明显的吸收,所以它们的离子有颜色。由此可见,颜色的观念一般是以光谱中的可见区为限。有些离子是顺磁性的,有成单电子,应该有颜色,但实际上为无色,原因就是离子的吸收作用发生在可见区以外。 23459101112
离子的磁性
镧系元素的磁性与d区过渡元素的磁性有根本的不同:d区过渡元素的磁矩主要是由未成对电子的自旋运动产生的,因为d轨道受晶体场的影响较大,轨道运动对磁矩的贡献被周围配位原子的电场抑制,几乎完全消失。而镧系元素,内层4f电子受晶体场的影响较小,因此,在计算磁矩时,既要考虑自旋运动的贡献,又要考虑轨道运动的贡献。
镧系元素原子中核外不成对电子数多,加上电子轨道磁矩对顺磁性的贡献,镧系元素可以作良好的磁性材料。稀土的合金可以作永磁材料。第一代永磁材料是AlNiCo,PtCo5;第二代是SmCo5、Sm2CO7,第三代是钕铁硼,性能越来越好。
标准电极电势
从表Ln-7中的标准电极电势数据可以看出:不管是在酸性介质还是碱性介质中的值都比较小,镧系金属在水溶液中容易形成+3价离子,是较强的还原剂。其还原能力仅次于碱金属和碱土金属。镧系金属是较活泼的金属。
从表中数据还可以看出,随着原子序数的增加,镧系金属的还原能力逐渐减弱。即金属的活泼性递减,镧系金属中镧最活泼。
金属单质
镧系元素是典型的金属元素,我们从
物理性质
化学性质
用途
制备
四个方面来介绍镧系金属单质。
物理性质
镧系金属一般比较软,但随着原子序数的增加而逐渐变硬,新切开的金属表面具有银白色的金属光泽。镧系金属具有延展性,但抗拉强度低。除了镱Yb由于具有4f全充满的电子构型而没有磁性外,其余镧系金属的顺磁性都相当强。钆Gd在298K以下是磁性的。
从表Ln-8中的数据可见,镧系金属的密度、熔点除Eu和Yb以外,基本上随着原子序数的增加而增加。Eu和Yb的密度、熔点比它们各自左右相邻的两种金属都小。这是由于它们具有4f半充满和4f全充满的电子构型,使屏蔽效应增大,有效核电苛降低,导致原子核对外层6s电子的吸引力减小,而使它们的原子半径突然增大,以致它们的原子半径与碱土金属的原子半径相近,例如: 由于这一原因,Eu和Yb的性质同Cu、Sr、Ba相近,它们都能溶于液氨形成深蓝色的溶液。
化学性质
由标准电极电势值我们已经知道:镧系金属的活泼性仅次于碱金属和碱土金属。并且由镧到镥活泼性递减,镧最活泼。
镧系金属与水都能直接作用,冷时缓慢,加热时反应迅速并放出氢气。它们在空气中慢慢被氧化并失去金属光泽。
2Ln + 6H2O == 2Ln(OH)3+ 3H2↑
为了避免与潮湿空气接触时被氧化,镧系金属要保存在煤油里。
镧系金属都容易在空气中燃烧生成三氧化二物,只有铈生成CeO2:
4Ln + 3O2 == 2Ln2O3 (Ce除外)
Ce + O2 == CeO2
它们与氢气的反应是放热反应,开始时常常需要加热到300~400℃,结果生成了LnH2和LnH3两个物相的氢化物,它们不是化学计量的,例如LaH2.87。
La + H2→LaH2.87
在较高温度时,镧系金属也能与卤素、C、N2、Si、P、S等非金属反应。
镧系金属易溶于稀酸,不溶于碱。
用途
镧系金属用途广泛,简单小结如下:
①打火石和引火合金
轻稀土金属的燃点很低,如:铈为438K,镨为563K,Nd为543K,在燃烧时放出大量的热。当以铈为主的混合轻稀土金属在不平的表面上摩擦时,其细末就会自燃,因此可用来制造民用的打火石和军用的引火合金。例如含Ce50%,La和Nd44%,Fe、Al、Ca、C、Si等6%的稀土引火合金可用于制造子弹和炮弹的引信与点火装置。铈之所以能作为引火合金材料是由于它的燃点和活泼性正适合于这一用途。比它不活泼的金属在空气中的燃点高,不易发火,比它更活泼的碱金属和碱土金属燃点又太低,如钠在常温就能自燃,不能用作打火石。
②强还原剂
含Ce45~50%,La22~25%,Nd18%,Pr5%,Sm1%,及少量其它稀土金属的合金,在冶金工业中用作强还原剂。
③改善钢的性能
虽然稀土金属本身的机械性能很差,但用它来制造合金则可改善钢的性能。例如钢水中加入稀土,有利于脱氧、脱硫、除去气体,减少有害元素的影响,能显著提高钢的韧性、耐磨性、抗腐蚀性等,提高钢的质量。
④储氢材料(吸气材料)
稀土金属及其合金具有吸收大量气体的非凡能力,因此在电子工业中可用作产生高真空的吸气材料。对于氢的吸收能力尤其大,例如1kg LaNi5镧镍合金在室温和2.533×105Pa便可吸收170dm3的氢气,而且吸收和放出氢的反应是可逆的,因此可作储氢材料。
⑤永磁材料
稀土合金是很好的永磁材料,例如SmCo5、Sm2Co7等。而1983年问世的第
三代稀土永磁材料钕铁硼更是以其优异的磁性能和低廉的成本使其它永磁材料望尘莫及,得到迅速和广泛的应用。
⑥发光材料
稀土是理想的彩色电视的发光材料,例如以氧化钇Y2O3或硫氧化钇Y2O2S为基质的掺有铕的荧光粉Y2O3∶Eu或Y2O2S∶Eu,均可作为红色发光粉;Gd2O2S∶Tb绿色;LaOBr∶Tb∶Yb蓝色;Y2O2S∶Tb∶Dy黄色;SrHgP2O4紫色;(YGd)2O2S∶Tb白色;等等。
制备
由于镧系金属是较活泼的金属,还原性强,因此制备高纯度的金属有很大的困难,一般采用以下两种方法制备:
①熔盐电解法:
电解熔融的混合稀土氯化物LnCl3;CeO2在熔融的CeF3中电解。
②金属热还原法:
用钠还原无水稀土氯化物或用镁还原无水稀土氟化物。
轻稀土金属(La~Gd)用还原氯化物制备。重稀土金属则用还原氟化物制备,因为重稀土金属的氯化物熔点高,而且具有挥发性。
范文四:稀土元素特性
稀土市场是一个多元化的市场,它不只是一个产品,而是15个稀土元素和钇、钪及其各种化合物从纯度46%的氯化物到99.9999%的单一稀土氧化物及稀土金属,
氧化镧
化学式:La2O3
规格(%):TREO≥99 La2O3/TREO≥99~99.995
外观特性:白色粉末,不溶于水,易溶于无机酸,易潮解,应置于密封器内。
用途:用于光学玻璃、陶瓷、催化剂、电子工业,制取金属镧、储氢合金等。
包装:塑料桶包装 净重:25Kg
产品牌号 化 学 成 分 灼减1000℃
1h
不大于
REO
不小于 La2O3/REO
不小于 杂 质 含 量, 不大于
稀土杂质/REO 非稀土杂 质
Fe2O3 SiO2 CaO CuO NiO PbO
La2O3-045 99 99.995 合量0.005 0.0005 0.0050 0.0050 0.0005 0.0010 0.0050 1
La2O3-04 99 99.99 合量0.01 0.0005 0.0050 0.0050 0.0005 0.0010 0.0050 1
La2O3-2 98 99.9 合量0.1 0.001 0.010 0.010 — — — 2
La2O3-3 97 99.5 合量0.5 0.005 0.050 0.050 — — — 3
La2O3-4 95 99 合量1 0.010 0.050 0.10 — — — 5
氧化铈
化学式:CeO2
规格(%):TREO≥99 CeO2/TREO≥95~99.99
外观特性:淡黄色粉末,不溶于水,难溶于无机酸。
用途:用于玻璃、陶瓷、电子、发光材料等。
包装:编织袋包装 净重:25Kg 塑料桶包装 净重:50Kg
集装袋包装 净重:500Kg、1000Kg
产品牌号
化 学 成 分 灼减1000℃1h
不大于
REO
不小于 CeO2/REO
不小于 杂 质 含 量, 不大于
稀土杂质/REO 非稀土杂质
La2O3 Pr6O11 Nd2O3 Sm2O3 Y2O3 Fe2O3 SiO2 CaO
CeO2-04 99 99.99 合量0.01 0.001 0.05 0.05 1
CeO2-1 99 99.95 合量0.05 0.005 0.05 0.05 1
CeO2-2 99 99.9 合量0.1 0.005 0.05 0.05 1
CeO2-4 98 99 合量1 0.05 0.1 0.15 2
CeO2-8 98 95 合量5 0.1 0.3 0.5 2
CeO2-9 98 90 合量10 0.1 0.5 0.5 2
氧化铈(乳白剂)
化学式:CeO2
规格(%):TREO≥99 CeO2/TREO≥99.9~99.95
外观特性:乳白色粉末,不溶于水,难溶于无机酸。
用途:用于高级光学玻璃的脱色剂、澄清剂、玻璃、陶瓷抛光等。
包装:塑料桶包装 净重:25Kg
产品牌号
化 学 成 分 灼减1000℃1h
不大于
REO
不小于 CeO2/REO
不小于 杂 质 含 量, 不大于
稀土杂质/REO 非稀土杂质
La2O3 Pr6O11 Nd2O3 Sm2O3 Y2O3 Fe2O3 SiO2 CaO SO42-
CeO2-04 99 99.99 合量0.01 0.001 0.003 0.0005 0.2 1
CeO2-1 99 99.95 合量0.05 0.005 0.003 0.0005 0.2 1
氧化镨
化学式:Pr6O11
规格(%):TREO≥98~99 Pr6O11/TREO≥90~99.9
外观特性:黑褐色粉末,不溶于水,易溶于无机酸。
用途:用于玻璃、陶瓷、金属镨、磁性材料、制取金属镨。
包装:塑料桶包装 净重:50Kg
产品牌号
化
学 成 分 灼减1000℃1h
不大于
REO
不小于 Pr6O11/REO
不小于 杂 质 含 量, 不大于
稀土杂质/REO 非稀土杂质
La2O3 CeO2 Nd2O3 Sm2O3 Y2O3 Fe2O3 SiO2 CaO
Pr6O11-2 99 99.9 合量0.1 0.020 0.010 0.050
1
Pr6O11-3 99 99.5 合量0.5 0.020 0.010 0.050 1
Pr6O11-4 99 99 合量1 0.020 0.010 0.050 1
Pr6O11-7 99 96 合量4 0.020 — — 1
Pr6O11-9 98 90 合量10 0.020 — — 2
氧化钕
化学式:Nd2O3
规格(%):TREO≥99 Nd2O3/TREO≥95~99.99
外观特性:淡蓝色粉末,易潮解,不溶于水,易溶于无机酸。
用途:用于玻璃、陶瓷、磁性材料、电容器、活性材料、制取金属钕等。
包装:编织袋包装 净重:25Kg 塑料桶包装 净重:50Kg 集装袋包装 净重:500Kg、1000 Kg
产品牌号
化 学 成 分 灼减1000℃
1h
不大于
REO
不小于 Nd2O3/REO
不小于 杂 质 含 量, 不 大 于
稀土杂质/REO 非稀土杂质
Fe2O3 SiO2 CaO
Nd2O3-04 99 99.99 合量0.01 0.0005
0.005 0.01 1
Nd2O3-1 99 99.95 合量0.05 0.001 0.01 0.03 1
Nd2O3-2 99 99.9 合量0.1 0.005 0.01 0.03 1
Nd2O3-3 99 99.5 合量0.5 0.05 0.03 0.02 1
Nd2O3-4 99 99 合量1 0.01 0.05 0.05 2
Nd2O3-5 98 98 合量2 0.01 0.05 0.05 3
Nd2O3-8 97 95 合量5 0.01 0.05 0.05 3
氧化钐
化学式:Sm2O3
规格(%):TREO≥99 Sm2O3/TREO≥96~99.99
外观特性:淡黄色粉末,易潮解,不溶于水,易溶于无机酸。
用途:用于制取金属钐、电子器体、磁性材料等。
包装:塑料桶包装 净重:50Kg
产品牌号 化 学 成 分
REO
不小于 Sm2O3/REO
不小于 杂 质 含 量, 不大于
稀土杂质/REO
( Pr6O11+Nd2O3+Eu2O3+Gd2O3+Y2O3 )/REO
Sm2O3-2 99 99.9 合量0.1
Sm2O3-3 99 99.5 合量0.5
Sm2O3-4 99 99 合量1
Sm2O3-7 99 96 合量4
产品牌号
化 学 成 分,% 灼减
1000℃,1h
%
不大于
杂质含量,不大于
非稀土杂质
Fe2O3 SiO2 CaO Cl-
Sm2O3-2 0.001 0.005 0.05 0.005 1
Sm2O3-3 0.005 0.01 0.05 0.01 1
Sm2O3-4 0.01 0.01 0.1 0.02 1
Sm2O3-7 0.05 0.05 0.1 0.03 1
氧化铕
化学式:Eu2O3
规格(%):TREO≥99 Eu2O3/TREO≥99.99
外观特性:略带微红的白色粉末,不溶于水,可溶于有机酸,能迅速吸收空气中的水份
及二氧化碳。
用途:用于彩电、荧光粉、灯用三基色荧光粉X射线增感屏活化剂等。
包装:铁桶包装 净重:5Kg
产品牌号
化 学 成 分
REO
不小于 Eu2O3/REO
不小于 杂 质 含 量, 不大于
稀 土 杂 质/REO
CeO2 Pr6O11 Nd2O3 Sm2O3 Gd2O3 Dy2O3
Eu2O3-04 99 99.99 0.0005 0.001 0.004 0.003 0.003 0.002
Eu2O3-1 99 99.95 合量0.05
产品牌号
化 学 成
分, % 灼减1000℃
1h
%
不大于 中心粒径
d50
μm
杂 质 含 量, 不大于
非 稀 土 杂 质
Fe2O3 CaO NiO PbO2 CuO ZnO
Eu2O3-04 0.0007 0.001 0.001 0.001 0.0006 0.005 1 2.5~6
Eu2O3-1 0.001 0.002 0.001 0.001 0.0006 0.007 1 —
氧化钆
化学式:Gd2O3
规格(%):TREO≥99 Gd2O3/TREO≥99.5~99.99
外观特性:白色粉末,不溶于水,可溶于有机酸,在空气中能较易吸收水份和二氧化碳。
用途:用于荧光材料、单晶材料、光学玻璃、磁泡、电子工业等。
包装:塑料桶包装 净重:50Kg
产品
牌号
化 学 成 分
灼减
不大于
REO
不小于 Gd2O/REO
不小于 杂 质 含 量, 不大于
稀土杂质/REO 非稀土杂质
Sm2O3 Eu2O3 Tb4O7 Dy2O7 Y2O3 Fe2O3 SiO2 CaO NiO PbO2 CuO
Gd2O3-04A 99 99.99 0.003 0.002 0.003 0.001 0.001 0.0005 0.002 0.002 0.001 0.001 0.0005 1
Gd2O3-04B 99 99.99 0.003 0.001 0.003 0.001 0.002 0.001 0.005 0.003 0.001 0.001 0.0005 1
Gd2O3-1 99 99.95 0.05 0.001 0.005 0.005 0.001 0.001 0.001 1
Gd2O3-2 99 99.9 0.1 0.002 0.006 0.006 — — — 1
Gd2O3-3 98 99.5 0.5 0.005 0.01 0.01 — — — 1
新增产品系列
富镧氧化稀土
化学式:La-REO
规格(%):TREO≥70~80 La2O3/TREO≥70
外观特性:棕黄色粉末。
用途:用于制取富镧稀土金属的原料。
包装:集装袋包装 净重:500Kg
产品牌号
化 学 成 分
不大于
不小于
REO
La2O3/REO
CeO2/REO
ThO2
La-REO-80 85.00 80.00 2.00 0.05
La-REO-70 85.00 70.00 2.00 0.05
产品牌号
化 学 成 分 %
稀土成分
非 稀 土 杂 质 (不大于)
La2O3/REO
Fe2O3
SiO2
Al2O3
CaO+MgO
La-REO ≥85 0.05 0.5 0.5 0.5
(LaCe)xOy-2 ≥85 0.05 0.5 0.5 0.5
富铈氧化稀土
化学式:Ce-REO
规格(%):TREO≥95 CeO2/TREO≥75
外观特性:棕黄色粉末。
用途:用于制取富铈金属的材料,制作抛光粉原料。
包装:集装袋包装 净重:500Kg
产品牌号
化 学 成 分, %
REO
CeO2
Nd2O3
Fe2O3
不 大 于
Ce-REO-1 70~75
60~65 5 0.5
Ce-REO-2 70~75
60~65
— —
氧化钐Sm2O3 是 淡黄色 或 橘黄色
氧化铕Eu2O3 是 淡玫瑰色 或 浅紫红色
氧化铒Er2O3 是 淡玫瑰色 或 浅紫红色
除了这些,还有:
氧化镨Pr2O3 是 黄绿色
氧化钕Nd2O3 是 淡蓝色
氧化铥Tm2O3 是 淡绿色
氧化钬Ho2O3 是 棕色
范文五:稀土元素化学
稀土在高分子材料中的应用
王鹏
(天水师范学院生命科学与化学学院化学二班 20102030231)
【摘要】: 由于稀土元素基本相同的外层电子排布和独特的内层4f 电子结构, 赋予了稀土元素及其化合物独特的电、光、磁、热等性能, 以及界面效应、屏蔽作用和化学活泼性等多种特殊的功能, 使其在高分子材料的合成、改性等方面有广泛的应用。作者综述了稀土化合物在高分子催化、聚合物填充、改性等方面的应用。
【关键词】: 稀土化合物; 催化剂; 聚合物; 聚氯乙烯
Abstract: Basically the same as the outer layer of rare earth electronic arrangement and the unique inner4f electronic structure o f rare earth element s g iv e the unique electrical, optical, magnetic, thermal and other properties; and the interface effect, shielding effect , chemical activity and a variety o f special features to rare earth compounds, which has ex tensive applications in polymer synthesis, modification and so on. This paper review s the applications o f rare earth compounds in the polymer catalysis, polymer filling polymer modifying and so on. Key words: Rare earth compound; Catalyst ; Polymer; PVC
稀土元素指元素周期表中ó B 的钪( 21 Sc) 和钇( 39Y) 及原子序数从57La∽71Lu的15个镧系元素, 由于其基本相同的外层电子排布和独特的内层4f 电子层结构,具有丰富的能级跃迁,大的原子磁矩,很强的自旋轨道耦合等特性,与其它元素形成稀土配合物时, 配位数可在3∽12 间变化, 使稀土化合物晶体结构多样化。这些特性赋予了稀土元素及其化合物独特的电、光、磁、热等性能【1】,以及界面效应、屏蔽作用和化学活泼性等多种特殊的功能。在一些体系中加入少量的稀土化合物往往会出现意想不到的效果, 产生明显不同于原体系的独特性能, 因而有工业味精之称【2】。
稀土高分子泛指稀土金属掺杂或键合于高分子中的聚合物, 主要分为两大类型: 一是稀土化合物作为掺杂剂均匀地分散在单体或聚合物中, 制成以掺杂方式存在的掺杂型稀土高分子; 二是稀土化合物以单体形式参与聚合或缩合, 或稀土化合物配位在聚合物侧链上, 获得以键合方式存在的含稀土的聚合物, 称为键合型稀土高分子【3,4】。
1 稀土催化高分子材料
Zieglar-Nat ta催化剂的组成自1953年问世以来,已有成千种类型,但当时的催化剂组成中并未包括位于ó B 的稀土化合物, 最早见诸报道的是1956年Saldick【5】用铈盐引发丙烯腈聚合, 接着1958 年Venkatakr ishman 等【6】以水溶液中的铈离子引发得到聚甲基丙烯酸, 同年Mino 等【7】采用铈离子氧化还原体系制备聚丙烯酰胺和聚乙烯醇的共聚物; 1960 年Finch【8】率先用稀土催化剂来合成聚乙烯, 以及Anderson、Merckling【9】和Stuart【10】关于此项技术专利,开辟了稀土催化合成聚烯烃的新纪元。20世纪60年代初,沈之荃、欧阳均等采用YCl3 与AlEt3 组成的催化体系制备高顺式含量的聚丁二烯【11】,开辟了稀土催化剂在高分子合成中的应用。70 年代初, 长春应用化学研究所开展了稀土催化体系合成双烯烃聚合物的研究工作, 发现了该体系的某些突出的优点, 取得了一些成果【12,13】。80 年代起, 浙江大学将Zieglar-Natta 型稀土催化剂应用于炔烃聚合, 环氧烷烃、环硫丙烷和丙交酯的开环聚合, 二氧化碳与环氧烷烃共聚合成聚碳酸酯, 环氧烷烃与马来酸酐共聚合成不饱和聚酯, A-烯烃和极性单体的齐聚、均聚和共聚等, 获得了一系列富有特定性能的新型高分子
【14】。经过近半个世纪的探索, 人们对稀土催化剂的制备, 稀土催化稀烃的聚合反应动力学、反应机理有了深入的了解, 相继开发了一些聚合物,取得了丰硕的成果,如稀土催化的顺丁橡胶和异戊橡胶分别在锦州石化公司和吉林石化公司研究院实现了中试规模的长周期运转,各
项性能指标达到国外同类胶种的水平;而德国Bayer公司生产的钕系顺丁橡胶( Buna22∽24、Buna29)的性能优于Ni、Co、T i 和Li 等催化体系制备的聚丁二烯橡胶, 前苏联生产的牌号为CKH-5 的稀土异戊橡胶的性能优于钛系异戊橡胶( CKH-3) ,综合性能已接近于天然橡胶【1,15】。稀土催化剂催化双烯烃定向聚合的特点大大地拓展了这种4f的稀土元素在双烯烃定向聚合中的应用。但是单独使用稀土化合物作催化剂时活性很差, 在与贵金属和过渡金属混合用作催化剂的助剂时, 则显示出很好的协同效应。据报导, 稀土化合物对熔体接枝反应的作用可分为无影响、抑制、促进三种【16】 ,特别是稀土氧化物( CeO2、Nd2 O3 、Cd2O3、Ho2 O3 和Er2O3 ) 虽不能单独引发接枝反应, 却与过氧化物引发剂具有明显的协同效应, 从而起到助催化作用。
2 稀土助剂在高分子中的应用
2. 1 稀土用作聚氯乙烯的热稳定剂
聚氯乙烯( PVC) 的稳定性差, 在外界因素如热、光、氧及力的作用下易发生降解和交联反应,致使成型加工困难、性能劣化, 需要加入多种助剂, 以改善加工性能, 提高制品质量。工业上已开发出多种稳定剂, 但多是铅、镉、钡、钙、锡及锑的金属化合物, 它们不仅污染环境而且危害人体健康。国外的研究人员早在20 世纪70 年代就开始了新型热稳定剂的研究与实验工作, 在稀土稳定剂的机理研究上取得了突出的成就。1971年日本的高田幸人等首先报道了硬脂酸镧、铈等稀土有机弱酸盐对PVC 具有热稳定作用, 并指出它们具有毒性低、润滑性好、制品透明性高、光稳定性好等显著优点【17】。但由于稀土资源贫乏,国外对稀土热稳定剂的深入研究及应用一直受到制约。我国起步较晚,直到20世纪80年代才开始研究将稀土化合物用作PVC 热稳定剂,但进展迅速。20世纪90年代,我国率先将稀土化合物商品化地用作PV C 热稳定剂。经过三四十年的研究与开发,人们开发出稀土有机化合物和稀土无机化合物两大类多种稀土热稳定剂, 如硬脂酸稀土、环氧脂肪酸稀土、马来酸单脂稀土、水杨酸稀土、月桂酸稀土、辛酸稀土、硫醇盐稀土、硫醇酯基稀土等, 在众多稀土稳定剂中, 以硬脂酸稀土及硬脂酸稀土复合稳定剂研究最成熟, 并已取得规模化生产和应用。由于稀土热稳定剂的稳定效果优于金属稳定剂, 且具有较好的长期热稳定性,并与其它种类稳定剂之间有广泛的协同效应, 良好的耐受性、不受硫的污染,储存稳定和无毒环保的优点,因此研究并推动无毒稀土热稳定剂的应用具有十分重要的现实意义。
目前, 有关稀土热稳定剂的作用机理还需作进一步的研究加以阐明。
2. 2 稀土化合物填充改性聚合物
2. 2. 1 稀土化合物填充聚丙烯
1989 年起, 中国科学院长春应用化学研究所在稀土氧化物微粉、超微粉填充聚合物方面做了许多工作, 深入研究了多种稀土化合物对高聚物结晶行为、力学性能、动态力学及形态结构的影响, 开拓了稀土应用于高分子的新天地。最早研究的对象是全同聚丙烯(iPP), 最早应用的稀土化合物为La2O3 和Y2O3 。刘景江等发现, 一般的无机填料作为增强剂加入到聚丙烯中, 可起到提高刚度和降低成本的作用,若加入少量(大多数质量分数为1% ) 稀土氧化物超微粉( 即粒径小于100 nm) ,可大幅度提高iPP 的力学性能【18】。随后,广东炜林纳功能材料有限公司和中国科学院广州化学所合作开发了一类已商业应用的稀土类B成核剂, 具有用量少、成核效率高,对均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯和无规共聚聚丙烯都有很好成核作用, 能在保持材料刚性的同时显著提高均聚、共聚聚丙烯的韧性和热变形温度, 断裂强度及弯曲模量也稍有改善, 成为世界目前工业化的两类B成核剂之一【19】。
2. 2. 2 稀土化合物填充橡胶
稀土加入橡胶后,由于稀土元素特殊的电子结构(f电子层未充满),使其容易形成络合物,能够阻止橡胶分子链段的运动;同时,又由于稀土氧化物颗粒具有较高的表面能,低表面能的橡胶倾向于强烈地吸附在稀土颗粒的表面上,形成结点,阻碍了周围橡胶高分子链的移动, 从而达
到改善橡胶的综合性能,如提高橡胶的拉伸强度、耐磨性,改善橡胶的热氧化性,提升橡胶的抗疲劳性等【1】。理论上稀土有机配合物填充剂应用效果会更好,它能形成稳定的化学键,使体系中的无机组分分散得更均匀,并和有机成分形成独特的结合【20】;补强效果与稀土氧化物超微粉末填充时的相当,甚至更好【21】;但由于成本较高, 被推广应用需要一定的时间。
2. 2. 3 稀土改性聚合物
稀土化合物作用高分子聚合物的改性添加剂,处于刚刚起步状态。1990年吴建【22】合成的含有稀土的改性添加剂可适用于多种热塑性树脂和橡胶,能改善树脂的理化性能。2004 年程先华等【23】发明了稀土改性碳纤维环氧树脂复合材料制备方法, 用稀土改性剂处理碳纤维表面,以提高碳纤维与环氧树脂的界面结合力, 使复合材料具有优良的力学性能。同年刘智等
【24】发明了稀土化合物改性氨纶纤维及其制备方法,在氨纶纤维的纺丝原料中加入稀土元素物质,稀土元素通过配位键与纤维高分子基质结合,从而改善了氨纶纤维的扯断强度、扯断伸长率、回弹性。经稀土改性的MC 尼龙改变了其结晶形态和结晶度,加大了聚合分子量, 分子量便趋于一致、合理, 从而改善了其尺寸稳定性, 提高了耐磨度。将稀土镨、钕制成改性剂, 加入聚苯乙烯塑料中, 和普通聚苯乙烯相比,其热稳定性、冲击强度、弯曲强度等均有明显提高。稀土改性聚己二酰己二胺纤维, 将使纤维和织物染色均匀, 并具有抗静电和阻燃性能。
2. 3 稀土高分子转光剂
植物对光能的要求, 除了光强度和光周期之外, 光质是很重要的因素。光质不仅影响农作物的光合作用速率, 而且可以调控作物生长。绿色植物叶绿素对不同波长的光具有不同的选择吸收性。而稀土荧光化合物能吸收对农作物不利的紫
外光或黄绿光, 并发射出对农作物有益的蓝紫光或红橙光, 可用其作为高分子转光剂, 稀土转光农膜就是一种具有能改变透过薄膜的阳光的功能新型薄膜, 主要用于农作物栽培特别是蔬菜生产中。稀土高分子光转换剂的研究比较活跃, 取得不少成果, 但由于成本较高和稳定性不理想, 尚未广泛地推广应用, 需要继续深入探讨。
2. 4 稀土偶联剂
稀土元素的外电子层结构有着较多未被电子填充的空轨道, 可作为中心离子接受配位体的孤对电子。稀土离子是典型的硬阳离子, 即不易极化变形的离子, 它们与金属碱的配位原子如氧的络合能力强, 对CaCO3 的偶联作用即是因此亲氧0功能所致。加入稀土偶联剂处理CaCO3 的PVC CaCO3 复合体系比未经处理的拉伸强度和断裂伸长率有所提高。
3 功能材料
稀土元素因特殊的电子结构而具有光、电、磁等特性, 这些特性是人们制备稀土高分子功能材料的强大驱动力。这类材料在一定程度上保持着稀土功能材料的特性, 又兼有高分子材料成型加工方便、重量轻和成本低等优点。
3. 1 稀土高分子磁性材料
大多数稀土金属是顺磁性, 且具有较高的磁矩和有价值的磁学性质, 它们和过滤金属的合金具有优良的磁性质, 如著名的超强磁体钕铁硼合金和钐钴合金就是目前最重要的永磁材料。将稀土磁粉( 通常是钐钴金属互化物) 添加到合成树脂中, 获得的掺杂型稀土高分子也是一类优良的磁性材料。它们因具有良好的加工性能和机械性能而早已广泛应用于转动机械、电子仪器、自动装置、家用电器、医疗磁体等领域【4,25】。已有研究表明: 某些键合型稀土高分子也具有优良磁性质。如含钆丙烯酸类共聚物具有强顺磁性, 含铒的稀土卟啉聚合物在低温呈铁磁性行为。可见键合型稀土高分子可能也是一类潜在的磁性材料【26】。
3. 2 稀土高分子光学材料
1963 年Wolff等【27】以聚甲基丙烯酸甲酯为基质制得了Eu3+荧光材料,开辟了高分子材料研究的新领域。20世纪80年代Okamo to【28】等对稀土高分子配合物的发光特性进行
了一系列研究后,基于稀土高分子配合物发光材料兼有稀土离子优异的发光性能和高分子易加工的特点, 引起了全世界科技工作者的兴趣, 成为热点。稀土离子的发光特性, 主要取决于稀土离子4f 壳层电子的性质, 随着4f 壳层电子数的变化,稀土离子表现出不同的电子跃迁形式和极其丰富的吸收和发射光谱。此外,由于4f 电子处于内壳层, 被外层5s5p 所屏蔽, 故基质对其发光特性影响不大。稀土离子通过掺杂或键合在聚合物中,其发光特性具有如下特点: (1) 发射光谱呈线状;(2) 特征发射波长不受基质影响; (3) 常常表现出超灵敏跃迁0, 故通过适当改性就能显著提高发射光强度; (4) 浓度猝灭效应不明显。基于以上原因, 使得稀土高分子材料在发光领域得到了广泛应用,其中主要包括荧光材料、激光材料、选择吸收光材料、光学树脂等。
3. 3 稀土高分子防护材料
稀土离子能吸收X 射线、C射线、热中子和紫外线等有害射线,尤其对热中子吸收特别有效。因此将稀土高分子用做放射性防护材料, 从材料讲比玻璃防护材料优越, 从防护效果看它正好弥补传统铅防护材料的不足,因为铅对热中子吸收不理想。根据不同稀土离子可吸收不同的放射线,制得的不同稀土高分子防护材料可广泛用于防射线防护窗、防护眼镜、显像用屏幕、闪烁器等。
4 结束语
我国是稀土资源大国, 在世界已探明的稀土储量为6200万t(以稀土氧化物计)中,中国稀土资源工业储量为4800万t ,占世界已探明资源的80%【29】。然而稀土无机材料存在着难加工成型、价格高等问题;稀土有机小分子配合物则存在稳定性差等问题,这些因素限制了稀土材料的应用。高分子材料本身具有稳定性好及来源广、成型加工容易等特点,而将稀土元素应用到高分子材料中,其应用前景将十分广阔。
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