稀土元素的应用28页PPT

（3）结构
氟化物组成一般为REF3·H2O; 稀土氧化物不溶于水和碱，但能溶于无机酸生成相应的盐，氧化物可以与水结合生成氢氧化物，例如用水蒸气法，令水蒸气与氧化物 R一E起N可加以热迅，速可溶以解得于到酸RE中O，(O与H)碱2和反R应E(则O生H)成3. 氢氧化物并放出氮气。
RES的结构属于面心立方NaCl型结构，每个RE原 在RE封N具闭有管立中方，晶将系金的属NRaEC与l型S 结按构一，定每的个比R例E混原合子，周缓围慢有升6个温N，原然子后，保而持每在个1N0原00子℃周，围即有可6得个到RER原ES子. ，即RE为6配位的。
稀土氧化物在空气中能吸收CO2，生成碱式碳酸盐，在 800℃进行灼烧可得到无碳酸盐的氧化物。
3.稀土氢氧化物的制备
Ce2S3 → Ce3S4→ CeS
稀土中EuS不能用该法制备，但可用H2S和EuCl反应制得。 2EuCl3 + 3H2S = 2 EuS↓+ 6HCl + S
（2）性质
1.稳定性：硫化物不溶于水，在空气中稳定，但在湿空 气中略有水解，并放出硫化氢。稀土硫化物易与酸反应 生成相应的盐，并放出硫化氢。 2.硫化物的熔点较高，RE2S3在熔点时有较高的蒸汽压，在高温 时分解，如Sm2S3与1800℃分解成Sm3S4和S，Y2S3在1700℃分解 为Y5S7.
稀土氧化物除Ce,Tb,Pr外可用RE2O3通式表示，它可通过灼 烧氢氧化物、RE2(CO3)3,RE2(C2O4)3制备，在空气中灼烧 Ce,Pr,Tb的灼烧氢氧化物、RE2(CO3)3,RE2(C2O4)3，则得到 CeO2,Pr6O11和Tb4O7等氧化合物
2.稀土氧化物的性质 稀土氧化物除Ce,Pr,Tb外可用RE2O3通式表示，可通过灼烧氢 氧化物、RE2(CO3)3或RE2(C2O4)3制备，在空气中灼烧Ce,Pr,Tb 的氢氧化物、 RE2(CO3)3或RE2(C2O4)3，则得到CeO2,Pr6O11， Tb4O7等化合物。 稀土氧化物不溶于水和碱，但能溶于无机酸生成相应的盐， 氧化物可以与水结合生成氢氧化物，例如用水蒸气法，令水 蒸气与氧化物一起加热，可以得到REO(OH)2和RE(OH)3.

3、稀土元素的研究与应用
3.3 稀土元素对钢机械性能的影响
提高钢的抗疲劳性 如 25MnTiB 钢 的 脉 动 弯 曲 疲 劳 平 均 寿 命 提 高 2.27 倍；55SiMnVB钢的低频疲劳寿命提高46%，高频 疲劳寿命提高80%；Cr15SiMn钢使8206型推力轴 承的接触疲劳寿命提高59.1%。
3.5 稀土元素在高新技术产业上的研究与应用
稀土永磁材料
(1) 从电能转换为机械能方面的应用。这是最广泛 的, 其中有各种类型的永磁发动机。 (2) 从机械能转换成电能方面。此种功能的元件应 用于传感器、拾音器、发动机的转速计和医疗核磁 共振扫描仪。 (3) 用于直接利用磁铁的吸力和斥力制造的设备。 如磁选机、起重磁铁、磁制动器等。 (4) 用于行波管、速调管、磁控管等离子束和电子 束偏转效应元件; 转速表、速度表、电流表、电压 表等计测装置
1、稀土金属属性
稀 土 就 是 化 学 元 素 周 期 表 中 镧 系 元 素 —— 镧 (La) 、 铈 (Ce) 、 镨 (Pr) 、 钕 (Nd) 、 钷 (Pm) 、 钐 (Sm) 、 铕 (Eu) 、 钆 (Gd) 、 铽 (Tb) 、 镝 (Dy) 、 钬 (Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)，以及与 镧系的15个元素密切相关的两个元素——钪(Sc)和 钇(Y)共17种元素，称为稀土元素(Rare Earth)， 简称稀土(RE或R)。
根据稀土元素原子电子层结构和物理化学性质， 以及它们在矿物中共生情况和不同的离子半径可产 生不同性质的特征，十七种稀土元素通常分为二组： 轻稀土（又称铈组）包括：镧、铈、镨、钕、钷、 钐、铕、钆；重稀土（又称钇组）包括：铽、镝、 钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇。
2、世界稀土资源分布

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电光源工业领域：稀土作为荧光灯 的发光材料，是节能性的光源，特点是 光效好、光色好、寿命长。比白炽灯可 节电75—80%。 在有色合金方面应用，对以有色金 属为基的各种合金都有良好的作用，改 善合金的物理和机械性能。应用最多的 是铝、镁、铜三个系列。
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玻璃工业领域：稀土在玻璃工业中有三 个应用：玻璃着色、玻璃脱色和制备特种性 能的玻璃。用于玻璃着色的稀土氧化物有钕 ( 粉红色并带有紫色光泽 ) 、镨玻璃为绿色 (制造滤光片)等；二氧化铈可将玻璃中呈黄 绿色的二价铁氧化为三价而脱色，避免了过 去使用砷氧化物的毒性，还可以加入氧化钕 进行物理脱色；稀土特种玻璃如铈玻璃 ( 防 辐射玻璃)、镧玻璃(光学玻璃)。
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稀土抛光粉：稀土抛光粉主要应用于电 视玻壳、阴极射线管、显示屏、玻璃光学仪 器、集成线路板、眼镜片、光掩膜的抛光， 它的最大传统市场是彩电阴极射线管。近年 来，随着液晶平面显示技术、电子光学工业 的不断发展，高性能稀土抛光粉在液晶显示 屏、平面直角大屏幕彩电等平面显示产品、 计算机、文字处理器以及汽车导航系 统、 光掩膜、汽车工业等方面得到了广泛应用， 尤其欧美、日本、韩国等发达国家和地区对 用于液晶显示屏、大屏幕高清晰度彩电、光 掩膜的高性能稀土抛光粉需求增加。
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石油化工领域中的应用： （１）石油裂化催化剂：稀土沸石 催化剂用于石油裂化，可大大提高汽油 柴油的收率，降低炼油成本。 （２）有机合成催化剂：稀土化合 物可用于顺丁橡胶、异戊橡胶及合成氨 工业的催化剂。 （３）汽车尾气燃烧催化剂：使汽 车尾气中 CO 含量减小，有利于环境保护。
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轻纺工业的应用： 毛线染色：稀土元素与染料中的 N,O 原子 配位，使吸收峰向长波方向移动，颜色加深。 因此，稀土染色，色泽浓艳，起到节约染料的 作用。 稀土锅：耐高温抗氧化，使用寿命长。 医药工业的应用： 稀土是有效的杀菌物。稀土化合物对于改 善药物的性能、提高药效找到了新的途径。许 多含稀土的化合物，可用于治疗各种肿瘤，结 核病，麻风病，湿疹，关节炎，糖尿病等。

稀土元素
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先来欣赏几张图片
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镧
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(兰粉)、贮氢材料、光学玻璃、激光材料、 各种合金材料等。镧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。
氯 化 镧 粉 末
化剂、某些永磁材料、各种合金钢及有色金属等。
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铈可作催化剂金 耐 高 热 ︐ 可 以 用 来 制 造 喷 气 推 进 器 零 10 件
镨
★镨被广泛应用于建筑陶瓷和日用陶瓷中，其与陶瓷釉混合制 成色釉，也可单独作釉下颜料，制成的颜料呈淡黄色，色调纯 正、淡雅。 ★用于制造永磁体。选用廉价的镨钕金属代替纯钕金属制造永 磁材料，其抗氧性能和机械性能明显提高，可加工成各种形状 的磁体。广泛应用于各类电子器件和马达上。 ★用于石油催化裂化。以镨钕富集物的形式加入Y型沸石分子 筛中制备石油裂化催化剂，可提高催化剂的活性、选择性和稳 定性。我国70年代开始投入工业使用，用量不断增大。 ★镨还可用于磨料抛光。另外，镨在光纤领域的用途也越来越 广。 11
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钐钴磁体元件
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铕
氧化铕大部分用于荧光粉。Eu3+用于红色荧光粉的激活剂，
Eu2+用于蓝色荧光粉。现在Y2O2S：Eu3+是发光效率、涂
敷稳定性、回收成本等最好的荧光粉。再加上对提高发光效率 和对比度等技术的改进，故正在被广泛应用。近年氧化铕还用 于新型X射线医疗诊断系统的受激发射荧光粉。氧化铕还可用 于制造有色镜片和光学滤光片，用于磁泡贮存器件，在原子反 应堆的控制材料、屏敝材料和结构材料中也能一展身手。
钷 造为 放核 射反 性应 元堆 素生 产 的 人

中国稀土资源分布
• 白云鄂博稀土矿：白云鄂博稀土矿与铁共生，主要 稀土矿物有氟碳铈矿和独居石，其比例为3∶1，都 到达了稀土回收品位，故称混合矿，稀土总储量 REO为3500万吨，约占世界储量的38%，中国储 量的92%，堪称为世界第一大稀土矿。
• 江西等地的风化壳淋积型稀土矿：是一种新型稀 土矿种，它的选冶相对较简单，且含中重稀土较高， 是一类很有市场竞争力的稀土矿。
• 亲石元素：与氧亲和力强，自然 界主要以硅酸盐或其他含氧盐和 氧化物集中于岩石圈中的元素。 这些元素离子的最外层多具有8 个电子层构造，氧化物的形成热 大于氧化铁的形成热，包括周期 表中二、三周期〔除氮、硫外〕、 四至七周期中I、Ⅱ族主族、 Ⅳ～Ⅵ族副族〔除钼〕与Ⅶ族中 的锰等元素。其中离子半径大的 亲石元素称为大离子亲石元素包 括钾、铷、钙、锶、钡、铊等。
物理性质：比重4.72～5.12，黄色、红褐色、浅绿或褐色。玻 璃光泽、油脂光泽，条痕呈白色、黄色，透明至半透明。硬度 4～4.5，性脆，有时具放射性、具弱磁性。在透射光下无色或 淡黄色，在阴极射线下不发光。
主要产于稀有金属碳酸岩中；花岗岩及花岗伟晶岩中；与花岗 正长岩有关的石英脉中；石英─铁锰碳酸盐岩脉中；砂矿中。氟 碳铈矿是提取铈族稀土元素的重要矿物原料。目前，最大的氟 碳铈矿位于中国内蒙古的白云鄂博矿
稀土元素 —— 铈
• 铈〔Ce〕：“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。
• 铈的应用最广泛，如催化剂、抛光粉、 储氢材料、热电材料、铈钨电极、陶瓷 电容器、压电陶瓷、铈碳化硅磨料、燃 料电池原料、某些永磁材料、各种合金 钢及有色金属等。在汽车尾气净化催化 剂中，铈是一种重要元素，美国在这方 面的消费量占稀土总消费量的三分之一 强。将铈作为玻璃添加剂，能吸收紫外 线与红外线，现已被大量应用于汽车玻 璃。不仅能防紫外线，还可降低车内温 度，从而节约空调用电。硫化铈可以取 代铅、镉等对环境和人类有害的金属应 用到颜料中，可对塑料着色，也可用于 涂料、油墨和纸张等行业。还可用于医 学探查、固体激光器、生物武器等。

稀土元素简介
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一、稀土元素介绍 二、稀土元素的一般物理性质 三、稀土元素的非金属化合物 四、稀土元素与化合物的反应.源自2一、稀土元素介绍
稀土就是化学元素周期表中镧系元素——镧 (La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、 铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、 铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)，以及与镧系的15个元素 密切相关的两个元素——钪(Sc)和钇(Y)共17种元素， 称为稀土元素(Rare Earth)。简称稀土(RE或R)。
2RE3++3CO32- → RE2(CO3)3 RE2(CO3)3在900oC时热分解为氧化物。
RE2(CO3)3 → RE2O3+3CO2
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性质： 镧系元素硫酸盐和硫酸铝相似，易溶于水，含结晶水
Ln2(SO4)3·xH2O；脱水时经历以下三步： Ln2(SO4)3·xH2O→ Ln2(SO4)3 →Ln2O2SO4 →Ln2O3
惰性气氛中也被氧化，形成三价氧化物。 二价稀土元素的氢氧化物Eu(OH)2可用10mol/L
NaOH和金属Eu反应制备;
Eu+3H2O → Eu(OH)2H2O+H2
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（三）、稀土元素的几种含氧酸盐
一、稀土元素的碳酸盐
稀土水合碳酸盐能与大多数酸反应，在水中的溶解 度在10-5~10-7mol/L范围内。稀土碳酸盐在900oC时分解成 氧化物。向可溶性的稀土盐溶液中加入略过量的 (NH4)CO3，可生成 (RE2CO3)3（正碳酸盐）：
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陶瓷工业领域
• 稀土可以加入陶瓷和瓷釉之中，减少釉和 破裂并使其具有光泽。稀土更主要用做陶 瓷的颜料，由于稀土元素有未充满的4f电子， 可以吸收或发射从紫外、可见到红外光区 不同波长的光，发射每种光区的范围小， 导致陶瓷的颜色更柔和、纯正，色调新颖， 光洁度好。如黄色、紫罗兰色、绿色、桃 红色、橙色、棕色、黑色等。稀土氧化物 可以制造耐高温透明陶瓷(应用于激光等领 域)、耐高温坩埚(冶金)。
电光源工业领域
• 稀土作为荧光灯的发光材料，是节能性的 光源，特点是光效好、光色好、寿命长。 比白炽灯可节电75—80%。
冶金工业领域
• 稀土在冶金工业中应用量很大，约占稀土总用量的1/3。 稀土元素容易与氧和硫生成高熔点且在高温下塑性很小 的氧化物、硫化物以及硫氧化合物等，钢水中加入稀土， 可起脱硫脱氧改变夹杂物形态作用，改善钢的常、低温 韧性、断裂性、减少某些钢的热脆性并能改善加热工性 和焊接件的牢固性。 • 稀土在铸铁中作为石墨球化剂、形核剂核对有害元素的 控制剂，提高铸件质量，对铸件的机械性能有很大改善， 主要用于钢锭模、轧锟、铸管和异型件四个方面。 • 在有色合金方面应用，对以有色金属为基的各种合金都 有良好的作用，改善合金的物理和机械性能。应用最多 的使铝、镁、铜三个系列。
• 稀土元素是现代高科技所必需的，从航空到核能， 都离不开稀土元素。我国是的稀土产量是世界第一， 约占世界总量的60％，但是由于我国的分离稀土的 技术、设备落后，成本高、而且只能分离出一部分。 于是我国只能出口廉价的矿石给日本、美国，却要 以高昂的价价格从他们那买回来必需的稀土元素。 我国一年进口的稀土元素所花的钱甚至比出口稀土 矿石所得到的钱还要多。 • 目前稀土元素的应用蓬勃发展，已扩展到科学技术 的各个方面，尤其现代一些新型功能性材料的研制 和应用，稀土元素已成为不可缺少的原料。

特性
稀土元素具有丰富的电子能级，可与 其他元素形成稳定的化合物，表现出 独特的物理和化学性质，如荧光、催 化、磁性等。
稀土元素在地壳中的分布
分布
稀土元素在地壳中分布广泛，但 相对集中于某些矿物中，如氟碳 铈矿、独居石等。
储量
全球稀土资源丰富，主要分布在 中国、美国、澳大利亚等国家。
稀土元素的重要应用
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CATALOGUE
稀土元素的分析方法
质谱法
总结词
高灵敏度、高分辨率
详细描述
质谱法是一种通过测量样品离子质量和丰度来进行分析的方法。在稀土元素分析中，质 谱法具有高灵敏度和高分辨率的特点，能够准确地测定稀土元素的质量数，进而确定元
素组成。
原子吸收光谱法
总结词
高精度、低背景干扰
VS
详细描述
原子吸收光谱法是一种基于原子能级跃迁 的分析方法。通过测量特定波长的光被吸 收的程度，可以确定样品中目标元素的存 在和浓度。在稀土元素分析中，原子吸收 光谱法具有高精度和低背景干扰的优点， 能够准确测定稀土元素的含量。
稀土元素分析化学的定义与重要性
定义
稀土元素分析化学是研究稀土元素的性质、组成、结构和形态，以及它们在环 境、材料和生物体内的存在、迁移、转化和检测的科学。
重要性
稀土元素在高科技产业、新材料、新能源等领域具有广泛应用，因此准确测定 稀土元素的含量和分布对于科学研究、工业生产和环境保护具有重要意义。
稀土元素分析化学的主要方法
THANKS
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分析准确度与精密度的提高
总结词
提高分析准确度与精密度是稀土元素 分析化学的重要挑战，有助于减小误 差和提高分析质量。
详细描述
随着分析技术的发展，稀土元素分析 化学将不断提高准确度和精密度，减 少误差和不确定性，提高分析质量， 以满足更严格的质量控制和检测要求 。

磁性
恸
顺磁性 χm=10-6 ~10-5 磁性
4、抗磁性物质 、抗磁性物质 不存在未成对电子 → 磁 不 物 物
抗磁性 χm= -10-5 ~-10-6 磁 磁性 磁 场
性 子
5、 反铁磁性物质 、 FeO， FeF3 ， NiF3 ， ， NiO， MnO ， 各种锰 盐 ， 各种锰盐 以 及 部 分 铁 氧 体 ZnFe2O4 等 ， 它 们 相 邻 原子的磁矩反向平行， 原子的磁矩反向平行 ， 而且彼此的强度相等， 而且彼此的强度相等 ， 没有磁性。 没有磁性。
磁 场
亚铁磁性 χm= 10-2 ~106 磁矩的排列与磁性的关系
3、顺磁性物质 、顺磁性物质 存在未成对电子 存在未成对电子 → 永久磁 矩。La，Pr，MnAl， ， ， ， FeSO4·7H2O， Gd2O3 … ， 惣 Ni 。 磁性 磁性 顺磁性 (Tc)。 。
磁矩 磁 场
在 Fe, Co,
稀土超磁致伸缩材料的应用
稀土超磁致伸缩材料的电—机械能转换功能远优于其他 材料：它的应变值最高，能量密度最大，响应快，精度高， 可靠性高而运转能力大，可用于小型和微型大功率精密控制 换能器，如大功率发射型声纳，大功率超声换能器，微型大 功率低频电声设备，精密定位系统，传感器等，在军事，航 天航空、海洋、地质、石油、化工、制造自动化、计算机、 光通讯等领域已经获得应用。如：
稀土超磁 致伸缩材 料制动器 声信号 发生器 电—机 换能器 传感器和 电子器件
稀土磁致 冷材料和 磁蓄冷材 料
磁制冷材料的特征值
磁体的磁性（自旋）熵SM
特征值
磁体的晶格体系熵SL
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