第三章 稀土的金属热还原

稀土y的还原电位-概述说明以及解释1.引言1.1 概述稀土y是一类具有特殊化学性质的元素，其在科学研究和工业生产中具有重要的应用价值。

稀土y的还原电位是指在电化学反应中，稀土y离子接受电子并形成具有更低氧化状态的离子或原子的电位值。

了解稀土y 的还原电位对于研究其在电化学反应中的行为和反应机制具有重要意义。

本文将从稀土y的性质、还原反应及影响稀土y还原电位的因素三个方面进行探讨，以期深入了解稀土y在电化学中的特性及其应用前景。

1.2 文章结构本文主要包括引言、正文和结论三个部分。

在引言中，将介绍稀土y 的背景和概述，以及本文的目的和意义。

在正文部分，将分为三个小节来讨论稀土y的性质、还原反应以及影响其还原电位的因素。

最后，在结论部分将总结本文的研究结果并探讨其意义和应用价值，同时展望未来可能的研究方向。

通过这样的结构，旨在系统全面地讨论稀土y的还原电位及其相关问题，为相关领域的研究提供参考和启发。

1.3 目的:本文旨在探讨稀土y的还原电位，并分析影响其还原电位的因素。

通过研究稀土y的性质和还原反应，深入了解其在电化学领域的重要性和应用价值。

同时，通过对稀土y还原电位的研究，有助于提高我们对稀土元素的认识，促进其在材料科学、环境保护等领域的应用与发展。

最终旨在为进一步探索稀土元素在电化学中的作用提供参考和启发。

2.正文2.1 稀土y的性质稀土元素是一组化学元素，它们在化学性质上具有相似性，但在物理性质上差异较大。

稀土元素通常被分为轻稀土和重稀土两类，其原子序数分布在57-71和89-103之间。

稀土元素在自然界中比较丰富，但以矿石形式存在，需要经过复杂的提取和分离工艺才能得到纯净的稀土金属。

稀土元素具有许多独特的性质，如较高的电子电负性，导致其在化合物中通常呈+3氧化态；同时，稀土元素也表现出较高的磁性和光学性质，使其在磁性材料和光学器件中具有重要应用价值。

稀土y作为其中一种稀土元素，具有其特定的性质特点。

《稀土材料及应用》教学大纲一、《稀土材料及应用》课程说明（一）课程代码：08131022（二）课程英文名称：Rare-Earth Material and Application（三）开课对象：材料物理专业方向（四）课程性质：《稀土材料及应用》是材料物理专业的专业选修课程之一，本课程旨在使学生掌握各种稀土材料的性能、制备工艺的同时，培养学生实践能力，培养自学、讲解、协作和分析的综合能力。

要求学习本课程前应修完普通物理、材料物理、普通化学、材料科学基础、无机材料化学、材料制备技术等课程。

（五）教学目的：稀土是我国的优势资源。

目前稀土材料已在国民经济的各个领域获得了广泛的应用。

通过开设本课程，讲授各种稀土材料的设计、制备技术、稀土在新材料开发中的作用机理，了解稀土材料在各个领域的应用现状和发展趋势，从而掌握稀土材料的应用知识，为充分利用我国的稀土资源，发展我国自有知识产权的新型稀土材料培养人才。

（六）教学内容：本课程主要学习稀土材料的基础理论、组织结构、材料性能、制备工艺以及稀土材料在各个领域的应用现状和发展趋势。

内容共分四部分，第一部分介绍稀土的一般物理化学性质、冶炼特点和发展简史；第二部分介绍稀土化合物生产的工艺方法；第三部分稀土金属及合金的制备方法；最后一部分介绍稀土材料的制备和应用。

（七）学时数、学分数及学时数具体分配学时数： 72学时分数： 4学分（八）教学方式以多媒体教学手段为主要形式的课堂教学。

（九）考核方式和成绩记载说明考核方式为考试。

严格考核学生出勤情况，达到学籍管理规定的旷课量取消考试资格。

综合成绩根据平时成绩和期末成绩评定，平时成绩占40% ，期末成绩占60% 。

二、讲授大纲与各章的基本要求第一章稀土概述教学要点：通过本章的教学，使学生初步了解稀土材料的物理化学性质、冶炼特点以及发展历史和前景，了解稀土在地壳中的分布及其在矿物中的赋存状态,了解稀土的主要工业矿物和矿床。

教学时数：8学时教学内容：第一节稀土诸元素和它们的发展简史第二节稀土的一般物理和化学性质及冶炼特点第三节稀土矿物一、稀土在地壳中的分布及其在矿物中的赋存状态二、稀土的主要工业矿物和矿床考核要求：第一节稀土诸元素和它们的发展简史（了解）第二节稀土的一般物理和化学性质及冶炼特点（识记）第三节稀土矿物一、稀土在地壳中的分布及其在矿物中的赋存状态（了解）二、稀土的主要工业矿物和矿床（了解）第二章稀土化合物生产的工艺方法教学要点：通过本章的教学使学生了解稀土化合物生产的工艺方法，掌握稀土精矿的分解方法，掌握稀土精矿的分解方法，掌握单一稀土的分离方法。

稀土元素的化学反应稀土元素的化学反应一、稀土元素简介稀土元素是指周期表中第57（镧）~71（镥）号原子序的镧系元素，以及第三副族的钪和钇共17个元素，即镧La(lan)、铈Ce(shi)、镨Pr(pu)、钕Nd(nv)、钷Pm(po) 、钐Sm(shan) 、铕Eu(you) 、钆Gd(ga)，铽Tb(te)、镝Dy(di)、钬Ho(huo)、铒Er(er)、铥Tm(diu)、镱Yb(yi)、镥Lu(lu)以及钇Y(yi)、钪Sc（kang）。

它们在自然界中共同存在，性质非常相似，但彼此之间又存在有一些差别，这是由它们的原子和离子的电子结构决定的。

由于这些元素发现的比较晚，又难以分离出高纯的状态，最初得到的是元素的氧化物，他们的外观似土，所以称它们为稀土元素。

其实从它们在地壳中的含量（丰度）看，其中的某些元素并不稀少。

二、稀土元素的化学反应1、稀土金属及合金制取制备稀土金属，首先是制备出稀土氧化物、氯化物或氟化物后再用熔盐电解法或金属热还原法等制取金属。

单一稀土金属的制备方法因元素不同而异。

熔盐电解法被广泛用于制取稀土合金，金属热还原也可以直接制取某些具有实际价值的稀土合金。

此外，国外还研究了其他制取稀土金属的还原方法。

(1) 熔盐电解法制取稀土金属与合金熔盐电解法是用稀土的氧化物、氯化物或氟化物，与钙、钡、钠或钾的氯化物或氟化物组成的混合熔盐作为电解质，高温下进行电解。

一般而言，熔盐电解法生产规模较大，适用于生产混合稀土金属、铈组或镨钕混合金属以及镧、铈、镨、钕等单一稀土金属，其产品纯度有限。

钐、铕、铥、臆因蒸汽压高等原因不适宜用熔盐电解法制备。

(2) 金属热还原法制取稀土金属根据化学热力学的计算，在一定温度、压力和物理条件下，一些碱金属或碱土金属与无水稀土氯化物反应可以将稀土氯化物还原为稀土金属，并与反应生成的渣相分离，这就是金属热还原法。

钙热还原稀土氟化物2REF3(s)+3Ca(l) →2RE(l)+3CaF2(l) (1450-1750度)锂热还原稀土氯化物RECl3(l)+3Li(g) →RE(l)+3LiCl(g) (800-1100度)镧、铈还原稀土氧化物RE2O3(s) + 2La (l) →2RE(g) + La2O3 (s) (1200-1400度)2RE2O3(s) + 3Ce(l) →4RE(g)+ 3CeO2(s)2、稀土元素的活泼性及氧化还原性（1）稀土元素的活泼性稀土元素是典型的金属元素。

金属热还原法制取稀土金属金属热还原法制取稀土金属(preparation of rare earth metal by metallot}letmic reduction)在高温下用活性较稀土强的金属还原剂将稀土化合物还原成金属的过程。

这是稀土金属制取的重要方法，所用的金属还原剂有钙、锂、镧和铈等。

1826年莫桑德(C．G．Mosande,’)首次用金属钾在氢气气氛下还原氯化铈制得金属铈。

此后一百余年间相继制得金属钆、镧、镨、钕等金属。

1953年达恩(A．H．Daane)和斯佩丁(F．H．Spedding)~．I钙还原稀土氟化物制得致密状金属钇和其他重稀土金属。

同年达恩等又用镧还原氧化钐和氧化镱制得金属钐和镱。

1956年美国卡尔森(O．N．carlson)等人采用钙还原钇的中间合金法制得金属钇。

至20世纪60年代已能用金属热还原法制取纯度超过99％的全部稀土金属。

制取规模为每批数十克至数十千克。

中国从20世纪60年代末开始进行金属热还原法制取稀土金属的研究，70年代初已能制得全部稀土金属，80年代实现大批量生产。

原理用金属还原剂还原稀土化合物，只有当反应的自由能变化AG为负值时，还原反应方可进行。

镁、钙、锂还原稀土卤化物和氧化物的AG值与温度的关系曲线如图。

图中曲线表明，金属镁与稀土卤化物和氧化物反应的AG具有正值或较小的负值，而钙、锂与稀土卤化物反应的AG为负值。

因此，钙、锂可作为还原剂将稀土卤化物还原成稀土金属。

镧和铈能将其他稀土氧化物还原成金属。

方法采用金属热还原法制取稀土金属的前提条件是：被还原的稀土化合物易于制备，纯度高；反应物中非稀土杂质含量少，还原剂纯度在99.9％以上；反应容器与稀土金属及反应物作用小；还原反应须在惰性气体保护下进行(制备钐等在真空下进行)。

主要有稀土氟化物钙热还原法、稀土氯化物钙热还原法、稀土氯化物锂热还原法和稀土氧化物镧、铈热还原法。

稀土氟化物钙热还原法用还原剂金属钙将稀土氟化物还原金属的过程。

概述稀土火法冶金技术分为三大类：熔盐电解、金属热还原和火法提纯技术。

稀土火法冶金( rare earths pyrometallurgy)技术是指应用高温这一重要的热力学条件，完成还原稀土离子成金属态和金属提纯的过程。

此过程没有水溶液参加，故又称为火法冶金。

火法冶金工艺过程简单，生产率较高。

稀土火法冶炼主要包括硅热还原法制取稀土合金，熔盐电解法制取稀土金属或合金，金属热还原法制取稀土合金等。

火法冶金的共同特点是在高温条件下生产。

稀土金属的制备方法有：①金属热还原法。

常用钙、锂、钠、镁等金属做还原剂，还原稀土金属的卤化物。

②熔盐电解法。

可电解稀土卤化物与碱金属、碱土金属卤化物的熔盐。

进一步纯制可采用真空熔炼法、真空蒸馏法、电迁移法和区域熔炼法。

二：稀土氯化物电解制取稀土金属2.1氯化物熔盐电解的基本原理根据电解质能够发生电离的原理，由RECl：—KCl组成的电解质，在熔融状态下也会发生电离作用，化合物离解为能自由运动的阳离子和阴离子。

氯化稀土将按如下方式离解RECl3＝RE3十十3C1—-氯化钾将按如下方式离解：KCl＝K十十C1—在直流电场的作用下，电解质中的阳离子K十、RE3十都朝电解槽的阴极运动，而阴离子Cl—则向电解槽的阳极移动，结果在靠近阴极的电解质层中，集中有大量的阳离子，在靠近阳极的电解层中，集中有大量的阴离子。

在稀土氯化物电解条件下，阳离子中的稀土离子RE3+获得电子生成稀土金属，在阴极上的电化学反应为：RE3十十3e一＝RE阴离子中的氯离子C1—则在阳极上失去电子，并生成氯气(C12)，在阳极上的电化学反应为：2C1—一2e—===Cl23C1——3e—===3/2 C12这样，电解的结果，在阴极上使得到稀土金属，在阳极上放出氯气，而消耗了氯化稀土和直流电。

电解过程中的总反应式可以表示如下：RECl3===RE+3/2 C122.2 稀土氯化物电解原料和电解质稀土氯化物电解原料是把稀土氯化物和氯化钾按一定比例配制(一般氯化稀土重量为35—50％)构成熔盐电解体系。

〔19〕中华人民共和国专利局〔12〕发明专利申请公开说明书〔11〕CN 85100813A 〔43〕公开日1986年10月1日〔21〕申请号85100813〔22〕申请日85.4.1〔30〕优先权〔32〕84.10.05〔33〕美国〔31〕695,701〔71〕申请人通用汽车公司地址美国密执安州底特律市伯尔华德西3044号〔72〕发明人R·A·沙马 〔74〕专利代理机构中国专利代理有限公司代理人陶令霭 罗宏 刘元金〔51〕Int.CI 4C01F 17/00权利要求书 5 页 说明书 17 页 附图 2 页〔54〕发明名称稀土氧化物的金属热还原〔57〕摘要稀土氧化物能够通过一种新颖高效的金属热还原工艺来还原成稀土金属。

把稀土氧化物和钠金属一道扩散于适当及熔化的氯化钙中，钠与氯化钙发生反应而形成钙金属，钙金属进而将稀土氧化物还原成稀土金属。

所形成的稀土金属在反应器中形成离散层而被分离出来。

85100813权 利 要 求 书第1/5页1、通过金属热还原法在浆盐浆中将稀土氧化物还原成稀土金属，其反应式如下：REnOm+mCaCl2+2mNa→nRE+mCaO+2mNaCl式中，RE表示一种或数种稀土元素，n和m为数字，其相对值决定于稀土的氧化状况。

2、通过金属热还原法在熔盐浆中将钕氧化物还原成钕金属，其反应式如下：Nd2O3+3CaCl2+6Na→2Na+3CaO+6NaCl3、通过非电解还原法将稀土氧化物还原成稀土金属的具体方法如下：将含有氯化钙的熔剂熔成盐浆;把预定数量的稀土氧化物添加到上述熔盐浆上，再将一定量的钠添加到上述熔盐浆中。

钠的添加量应足以使钙金属在化学计量上产生余量，这要视其中的稀土氧化物的数量而定。

上述反应式如下：CaCl2+2Na→Ca+2NaCl此外，应使上述熔盐浆保持熔融状态并加以搅拌，以便让钙金属将稀土氧化物还原成稀土金属。

4、通过非电解还原法将钕氧化物还原成钕金属的方法如下：将含有氯化钙的熔剂熔成盐浆;把预定数量的钕氧化物添加到上述熔盐浆上，再加进一定量的钠。

稀土氧化物的金属热还原法
丁晓玲;吴炳乾
【期刊名称】《南方冶院科技》
【年(卷),期】1996(000)001
【总页数】5页(P23-27)
【作者】丁晓玲;吴炳乾
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TF845.031
【相关文献】
1.真空铝热还原法生产金属锶--铝热还原工艺的研究 [J], 张明杰;李继东;郭清富
2.氧化物热还原法制备Al3Ti粉末的基础研究 [J], Suzu.,RO;哉为国
3.复合金属氧化物脱硫剂还原法再生机理 [J], 刘世斌
4.铝热还原法制备铝-稀土中间合金的研究 [J], 曹大力;王吉坤;石忠宁;王兆文
5.复合金属氧化物脱硫剂还原法再生过程 [J], 刘世斌
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。