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XXXX
学校
毕
业
论
文
论文题目：
稀土高纯化制备技术
院
系：
专
业：
学
号：
姓
名：
指导教师：
撰写时间：
摘
要
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。
稀土在高技
术领域的作用只有在高纯化后，
其各项物理、
化学特性才能充分发挥出来。
如发<
/p>
光材料、
激光材料、
光电子材料等要求稀
土纯度
5N
以上；
非稀土杂
质含量要求
越来越低，如
Fe
、
Cu
、
Ni
、
Pb
等重金属含量要求小于<
/p>
1×10
-6
。因此，高纯化仍
将是未来稀土产品的一个发展方向。
关键词
：
稀土
高纯化
材料
1
Abstract
The application of rare earth elements
to flourish, has been extended
to
all
aspects
of
science
and
technology,
in
particular
the
development
and
application
of
modern
functional
materials,
rare
earth
elements
has
become
an
indispensable
raw
materia
Rare
earth
in
the
field
of
high
technology in high purification effect
only after the various physical and
chemical
characteristics
fully
play
out.
Such
as
luminescence
materials,
laser
materials
and
photoelectron
materials
requirements
for
rare
earth
purity
5N
above;
The
rare
earth
miscellaneous
nature
content
requirements, such
as Fe, lower Cu, Ni, Pb heavy metal content such
as
required less than 1 x
10
-6
. Therefore, high
purification will still be the
future
of rare earth products are a development direction
keywords
:
Rare earth
high
purification
materials
2
目
录
引言
..
..................................................
............
4
1
稀土对现代社会的影响
............................................ ..
5
1.1
稀土的用途
< br>............................................... .......
5
1.1.1
稀土元素在传统产业领域中应用
..................................
5
1.1.2
稀土元素在高新技术产业中应用
..................................
6
1.2
现在生产稀土工艺
............................................ ....
7
1.2.1
熔盐电解
..............................................
........
7
1.2.2
金属热还原
.............................................
.......
8
1.2.3
真空蒸馏提纯
............................................ ......
8
1.2.4
硅热法、碳热法生产稀土硅铁合金
................................
8
2
稀有金属高纯化
< br>............................................... .....
9
2.1
真空熔炼提纯
..............................................
......
9
2.2
固态电迁移法
(SSE)
提纯
< br>.........................................
1
0
2.3
电化学精炼提纯与区域熔炼提纯
...................................
1
2
3
总结
..
..................................................
.........
1
2
参考文献
.......................................
....................
1
4
致谢
..............................
.................................
1
5
3
引言
?
稀土金属共有
17
个化学元素。稀土元素具有一系列特殊性能，过去主要
应用于冶金、石油化工、玻璃陶瓷等方面，现在随着高技术的发展，稀土在电子
工业、<
/p>
原子能、
航空航天和光电技术等方面也得到广泛应用。
随着高技术的发展，
稀土在电子、
光电子、
新型陶瓷等方面的应用越来越广。
对高纯稀土金属材料的
需求量也日益增加。
同时为了开发稀土金属及其化合物新的特性，
特别是光、
电、
磁性能，也要求制备更高纯度的材
料。
?
复合化是稀土新材料的开发主要依
靠稀土与其他化合物经过一系列工艺
过程形成复合稀土材料，
复
合化是稀土化合物产品的发展趋势。
超细化是稀土化
合物的粒度
将影响应用材料的质量，
这是因为随着粒度的减小，
比表面积也
随之
加大，
表面活性不断改善，
稀土的
功能将得到更充分的发挥。
超细化能够促使各
项物理化学反应加
速，
颗粒之间的结合力增加。
稀土化合物的超细化既是一项复<
/p>
杂的、高技术深度的研究，也是提高稀土化合物经济价值的重要手段。
4
1
稀土对现代社会的影响
1.1
稀土的用途
< br>稀土元素是镧系元素系稀土类元素群的总称，包含钪
Sc
、钇
Y
及镧系中的
镧
< br>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
，共
17
个元素。
“稀土”
一词是十八世纪沿用下来的名称，
因
为当时用于提取这类元素的矿物
比较稀少，而且获得的氧化物难以熔化，也难以溶于水，
也很难分离，其外观酷
似“土壤”
，而称之为稀土。稀土元素分
为“轻稀土元素”和“重稀土元素”
：
轻稀土元素
定义
原子序数较小
主要元素
铈
Ce
、镨
Pr
、钕
Nd
、钷等
重稀土元素
原子序数比较大
钆
< br>Gd
、铽
Tb
、镝
北方
Dy
、钬
Ho
、铒
Er
、
铥
Tm
、镱
Yb
、镥
Lu
等
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。
稀土元素的
主要用途在军事
方面、冶金工业方面、石油化工方面和玻璃陶瓷方面。
主要存在地方
< br>钪
Sc
、钇
Y
< br>镧
La
南方
1.1.1
稀土元素在传统产业领域中应用
农业领域：目前发展有稀土
农学、稀土土壤学、稀土植物生理学、稀土卫生
毒理学和稀土微量分析学等学科。
稀土作为植物的生长、
生理调节剂，
对农作物
具有增产、改善品质和抗逆性三大特征；同时稀土属低毒物质，对人畜无害，对
环境无污染；合理使用稀土，可使农作物增强抗旱、抗涝和抗倒伏能力。当前我
< br>国农田施用稀土面积达
5
000
—
7
000
万亩
/
年，为国家增产粮、棉、
豆、油、糖
等
6
—
8
亿公斤，直接经济效益为
10
—
15
亿元，年消费稀土
1
100
—
1
200
吨。
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
5
土元素容易与氧和硫生成高熔点且在高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
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。<
/p>
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。
石油化工领域：
稀土用于石油
裂化工业中的稀土分子筛裂化催化剂，
特点是
活性高、选择性好
、汽油的生产率高。稀土在这方面的用量很大。
<
/p>
玻璃工业领域：
稀土在玻璃工业中有三个应用：
< br>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）
。
< br>
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、
红色、
橙色、棕色、黑色等。稀土氧化物可以制造耐高透明陶瓷（应用于激光等
领域）
、
耐高坩埚（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、寿长。比白炽灯可节电
75
< br>—
80
％。
1.1.2
稀土元素在高新技术产业
中应用
显示器的发光材料：稀土元素中钇、铕是红色荧光粉的主要
原料，广泛应用
于彩色电视机、计算机及各种显示器。目前，我国年产彩电红粉
300
—
400
吨，<
/p>
计算机显示器红粉
50
—
100
吨，
以满足国产
3 <
/p>
500
万支彩显管和近百万支显示器
的需
求。
磁性材料：钕、钐
、镨、镝等是制造现代超级永磁材料的主要原料，其磁
性高出普通永磁材料
4
—
10
倍，广泛应用于电
视机、电声、医疗设备、磁悬浮列
车及军事工业等高新技术领域。据专家预测，本世纪末
此类材料产值将达到
35
亿美元。我市南开大学研究开发出拥有
自主知识产权的钕铁硼永磁材料就属此
6
类，现正与肯达集团合作进行产业化。
储氢材料：稀土与过渡元素的金属间化合物
MMNi
5
（
MM
为混合稀土金属）
和
LaNi
5
是优良的吸氢材料，被称为氢海绵。其最为成功的应用是制造二次电池
——金属氢化物电池，
即镍氢电池。
其等体
积充电容量是目前广泛使用的镍镉电
池的
2
倍，
充放电循环寿和输出电压与镍镉电池一样，
但没有了镉
污染。
我市南
开大学在储氢材料研究开发上有很大优势，
通过
863
项目，
和
平海湾公司已开始
了镍氢电池产业化工作。
激光材料：稀土离子是固体激光材料和无机液体激光材料的最
主要的激活
剂，
其中以掺
Nd
3
＋的激光材料研究得最多，
除钇铝石榴石
（
YAG
）
、
铝酸钇
（
YAP
）
玻璃等基质外，高稀土浓度激光材料可能称为特殊应用的材料。
精密陶瓷：
氧化钇部分稳定的
氧化镐是性能十分优异的结构陶瓷，
可制作各
种特殊用途的刀剪
；可以制作汽车发动机，因其具有高导热、低膨胀系数、热稳
定性能好、在
1 650℃下工作强度不降低，导致发动机马力大、省燃料等优点。
催化剂：
稀土除用于制造石油裂化催化剂外，
广泛应用于很多化学反应，
如
稀土氧化物
LaO
3
、
Nd
2
O
< br>3
和
Sm
2
O
3
用于环己烷脱氢制苯，用
Ln
CoO
3
代替铂催化氧化
氨制硝酸。并
在合成异戊橡胶、顺丁橡胶的生产中作为催化剂。
汽车尾气需要将
CH
、
CO
氧化，对
NO
X
进行还原处理，以解决目前城市空气
污染问题。
稀土元素是汽车尾气净化催化剂的主要原料。
我市化工研究院在这方
面有很强的优势，可推动形成一个汽车尾气净化器产品。
高超导材料：
近几年研究表明
，
许多单一稀土氧化物及其某些混合稀土氧化
物是高超导材料的
重要原料。
一旦高超导材料进入实用，
整个世界将起翻天覆地<
/p>
的变化。目前，我国在稀土超导材料的成材研究方面取得了有意义的突破。
1.2
现在生产稀土工艺
目前我国稀土金属工业化生产采用工艺技术主要分为：
熔盐电解、金属热还
原和真空蒸馏提纯技术。
对制备稀土硅铁合
金主要采用硅热法、
碳热法制备技术。
1.2.1
熔盐电解
分为氯化物熔盐体系（
RECl
3
-KCl
）电解稀土氯化
物工艺技术和氟化物熔
盐体系（
REF
3
-LiF
）电解稀土氧化物
工艺技术。目前，前一种工艺技术主要用
于制备混合稀土金属，
但由于环境污染问题，
一些企业已开始采用氟化物熔盐体
系（<
/p>
REF
3
-LiF
< br>）电解氧化物制备混合稀土金属；单一稀土金属的制备主要采用
氟化物熔盐体系，
我国在
20
世纪
60
年代进行了该工艺电解制备稀土金属试验
7
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