稀土冶金学(全套课件276P) ppt课件PPT推荐.pptx
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铕、釓、铽、镝)可溶性钇组元素(重稀土元素包括:
钬、铒、铥、镱、鑥、钇)c.按萃取分离工艺要求分,弱酸度萃取(轻稀土:
镧、铈、镨、钕)低酸度萃取(中稀土:
钐、铕、釓),中酸度萃取(重稀土:
铽、镝、钬、铒、铥、镱、鑥、钇),1.7稀土元素的共性和个性(与电子层结构有关),稀土元素的共性:
它是金属元素,活泼性仅次于碱金属和碱土金属,化合价一般是+3价。
稀土元素的个性:
有的稀土元素具有变价的特点。
如:
铈(+3价、+4价)镨(+3价、+4价)铽(+3价、+4价)钐(+2价、+3价)铕(+2价、+3价)镱(+2价、+3价),1.8稀土元素镧系收缩现象,定义:
指镧系稀土元素的原子半径、离子半径随原子序数增加而减少。
原因:
镧系原子核离子的最高能级中电子有效电荷,随原子序数增加而增加,对外层电子吸引力增加。
解释有关现象:
钇与重稀土共存于矿物中(钇的离子半径与重稀土相近)镧系元素碱性变化(随原子序数,1.9稀土元素符号,1.10稀土元素含义,镧(来自希腊字Lanthaneis,为隐藏之意)(瑞典人莫桑德发现镧)铈(纪念1801年发现的小行星谷神星Ceres)(德国人克拉普罗斯、瑞典人伯齐利厄斯和黑辛格发现铈)镨(来自希腊字Prasios,是指一种绿色化合物韭葱绿)(奥地利人冯*韦尔斯巴克发现镨)钕(来自希腊字neos,指新的一个),钬(纪念克利夫出生在斯德哥尔摩Stockholm,拉丁字为Holmia)(瑞典人克利夫发现钬)铒(地名:
依特比Ytterby)(瑞典人莫桑德发现铒)铥(意为又少又远,起源于北方的神话中的土地神秘的地方)(瑞典人克利夫发现发现铥)镱(地名:
依特比Ytterby)(瑞士人马利格纳克发现镱)镥(来自巴黎古代的名称,在拉丁语中,钇(地名:
依特比Ytterby)(芬兰科学家加多林Gadolin发现钇钪(尼尔森故乡斯堪的纳维亚)(瑞典人尼尔森发现钪),第二节稀土元素物理和化学性质,稀土元素物理性质稀土金属是典型的金属,活泼性仅次于碱金属和碱土金属。
稀土金属多数呈银灰色,镨和钕略带淡黄色。
稀土金属的密度随原子序数增加而增加,只有钆和镥例外。
(4)钇组稀土元素的熔点(13121652都高于铈组,(6)稀土金属的导电性能较低,镧在热力学温度47K时,出现超导电性。
(7)稀土金属硬度随原子序数增加而增加,高纯度稀土金属是可塑的,其硬度约为2030个布氏硬度单位,镱和钐可塑性最佳。
稀土金属都是顺磁性的,而钆、镝、钬具有铁磁性,钆前边的稀土金属和镝在低温时都出现铁磁性。
钐、铕、钆远高于反应堆其它作热,利用此性质可用于稀土发光材料中。
稀土离子有些激发态平均寿命比其它原子或离子高,利用此性质可制备稀土长余辉发光材料。
稀土金属晶体结构:
呈六方密集钪、钇、镧、镨、钕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镥呈面心立方晶系铈、镱呈体心立方铕呈菱形钐。
钪、钇、镧、铈、镨、钕、钐、,2.2稀土元素化学性质,稀土金属化学活性很高,按钪、钇、镧递增,其中镧、铈、铕为最活泼,按镨、钕、镥递减。
稀土金属燃点很低:
铈为160、镨290、钕270。
稀土金属与氧气作用:
稀土金属在室温下,能与空气中的氧作用,在金属表面氧化。
其中镧、铈、镨、在空气中腐蚀很快;
而钕、钐、钆氧化程度不大。
所有稀土金属在空气中加热至200以上迅速氧化。
稀土金属与氢气作用稀土金属在室温下能吸收氢气,温度升高吸氢加快。
当加热到250以上,激烈地吸收氢气。
生成REHxx=2、3、.。
在真空条件下加热1000以上,可以完全放氢。
稀土金属与碳作稀土金属在高温下能与碳发生反应,生成组成REC2型的碳化物。
碳化物在潮湿空气中易被水解生成乙炔和碳氢化合物。
约70C2H2和20%CH4稀土金属与氮作用稀土金属在高温下能与氮发生反应,,(7)稀土金属与硫作用稀土金属与硫蒸汽作用生成不同组成的硫化物。
常见组成有:
RE2S3、RE3S4、RES型硫化物稀土硫化物特点熔点高、化学稳定性强、耐蚀,可降低钢中硫对钢性能的影响。
(8)稀土金属与卤素作用稀土金属在200以上能与卤素发生剧烈反应主要生成REX3型化合物,其作用强度由氟向碘递减。
钐、铕还能生成REX2型化合物;
铈能生成REX4型化合物,但不稳定,除稀土氟化物,所有无水稀土卤化物都有很强的吸湿性,水解生成REOX型的卤氧化物,其强度由氯向碘递增。
(8)稀土金属与其它金属作用稀土金属能与铍、镁、铝、镓、铟、铊、铜、银、金、锌、铬、汞、锑、铋、锡、钴、镍、钛、等金属作用生成组成不同的金属间化合物。
与铝生成RE3AL、REAL、REAL2、REAL3、REAL4等。
与镁生成REMg、REMg2、REMg等化合,稀土金属与碱不发生反应。
稀土金属能溶于无机酸中。
第三节稀土元素的主要化合物,3.1稀土氧化物稀土氧化物基本构型一般为RE2O3,但铈、镨、铽有不同。
铈为CeO2镨为Pr6O11Pr2O34PrO2铽为Tb4O7Tb2O3TbO2稀土氧化物制备方法,(3)稀土氧化物的性质,稀土氧化物不溶于水。
稀土氧化物可溶于盐酸、硫酸、硝酸,生成相应的三价盐。
稀土氧化物在空气中能吸收CO2,生成碱式碳酸盐。
稀土氧化物同水蒸汽一起加热可得到氢氧化物RE(OH)3和REO(OH)。
稀土氧化物的热稳定性很高,与氧化钙、氧化镁相当。
稀土氧化物的熔点和沸点较高,可作为优良的耐火材料。
稀土氧化物多属六方、单斜、立方晶系。
3.2稀土氢氧化物,稀土氢氧化物基本构型:
一般物RE(OH)3.稀土氢氧化物的制备将氨水或碱金属氢氧化物加入稀土盐类的溶液中,可制备胶状稀土氢氧化物沉淀。
在热溶液中,有利于沉淀。
稀土氢氧化物的性质在水中的溶解度,随原子序数增加而减少,只有钇和铈不同。
稀土氢氧化物的晶体结构体结多为六方晶体结构(LaYb,Y),而Lu和Sc的稀土氢氧化物是立方晶体结构。
稀土氢氧化物的颜色(钪、钇、镧、铈、铕、钆、铽、镱、镥为白色)(铈的四价氢氧化铈为黄色)(镨、铥的氢氧化物为浅绿)(镝、钬的氢氧化物为浅黄)(钐的氢氧化物为紫红)(铕的氢氧化物为黄白)(铒的氢氧化物为粉红)。
从溶液中沉淀出稀土氢氧化物一般都吸附有水,干燥时随温度升高而脱除,继续升高温度会生成氧基氢氧化物,最后变为氧化物。
氧基氢氧化物为REO(OH)3。
稀土氢氧化物为RE(OH)3稀土氢氧化物可以吸收空气中的CO2,其中镧的氢氧化物吸收能力最大。
(7)Ce(OH)3是不稳定,在有氧化剂存在的条件下,易转变为Ce(OH)4,利用这性质可以提取铈。
3.3稀土硫酸盐及稀土硫酸复盐稀土硫酸盐的基本构型一般为RE2(SO4)3。
稀土硫酸盐的制备硫酸与稀土的氧化物、氢氧化物、碳酸盐作用可以生成稀土硫酸盐。
稀土硫酸盐的性质a.稀土硫酸盐在水中的溶解度随温度升高而降低。
b.稀土硫酸盐在硫酸溶液中的溶解度随酸度增加而降低。
c.稀土硫酸盐在室温下结晶,一般为RE2(SO4)3nH2O。
其中:
镧、铈钪其余,n=9n=6n=8,d.含结晶水的稀土硫酸盐,加热会发生脱水,加热温度不同脱水产物不同。
加热温度为155260,脱水产物为RE2(SO4)3。
加热温度为855946,脱水产,加热温度大于1014,氧基稀土硫酸盐继续分解,产物为稀土氧化物(RE2O3)。
稀土硫酸复盐制备(在稀土硫酸盐的溶液中,加入沉淀剂可生成稀土硫酸复盐。
)常用沉淀剂如:
硫酸钾、硫酸钠、硫酸氨等。
基本构型:
xRE2(SO4)3yMe2SO4zH2O复盐组成为y/x=1,z=2或,如:
铈组稀土金属(镧、铈、镨、钕、钐),它们稀土硫酸复盐难溶。
铽组稀土金属(铕、钆、铽、镝),它们稀土硫酸复盐微溶。
钇组稀土金属(钬、铒、铥、镱、镥、钇),它们稀土硫酸复盐可溶。
3.4稀土硝酸盐及稀土硝酸复盐
(1)稀土硝酸盐基本构型一般为RE(NO3)3。
稀土硝酸盐性质稀土硝酸盐易溶于极性溶液,如:
乙醇、乙醚、丙酮等。
稀土硝酸盐易潮解,将其加热在125左右会脱去全部结晶水,继续加热会分解为氧化物。
稀土硝酸盐溶液,蒸发结晶,会得到含有结晶水的水合物RE(NO3)3nH2O。
稀土硝酸复盐制备:
铈组稀土硝酸盐能与硝,c.稀土硝酸复盐基本构型:
xRE(NO3)3yMe(NO3)2nH2O如:
RE(NO3)32NH4NO34H2O2RE(NO3)33Mg(NO3)224H2Od.稀土硝酸复盐性质它的溶解度由镧到钐递增。
它的溶解度小于硝酸稀土。
3.5稀土碳酸盐
(1)稀土碳酸盐的制备:
水合稀土碳酸盐RE2(CO3)3nH2O。
稀土元素不同n不同:
如:
钪钇铈镧,n=12n=3n=5n=8,稀土碳酸盐基本构型一般为RE2(CO3)3。
稀土碳酸盐的性质稀土正碳酸盐RE2(CO3)3在水中溶解度很小。
稀土正碳酸盐RE2(CO3)3在,继续升高温度稀土正碳酸盐发生分解,变成氧化物。
在过量沉淀剂作用下,可生成稀土碳酸复盐,结构为MeRE(CO3)2nH2O。
钇组稀土元素比铈组稀土元素更容易生成稀土碳酸复盐,而溶解度比铈组大。
在稀土碳酸盐的沉淀过程中,溶液温度高,有稀土正碳酸盐生成外还有碱式碳酸盐生成。
稀土草酸盐的制备在稀土溶液中,加入草酸H2C2O4可沉淀出稀土草酸盐的水合物RE2(C2O4)3nH2O。
稀土草酸盐的性质稀土草酸盐在盐酸、硝酸、硫酸中的溶解度随酸度的降低而减少。
钇组元素在铵或碱金属草酸盐中的溶解度高于铈组元素。
d.稀土草酸盐的分解温度随原子序数增加而降低。
稀土草酸盐脱水温度完全分解温度768800790745,其中,稀土草酸盐的完全脱水温度为360400。
稀土草酸盐的完全分解温度为710800。
e.稀土草酸盐在水中的溶解度很小。
稀土草酸盐水中的溶解度(g/L),镧铈,0.620.41,3.7稀土磷酸盐,稀土磷酸盐的基本构型一般为REPO4H或REPO4nH2O(n=0.54)稀土磷酸盐的制备在近中性的稀土溶液中,加入磷酸钠可得稀土磷酸盐沉淀。
稀土磷酸盐的性质a.稀土磷酸盐在
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