一、稀土的理化性質
1、缺少硫化物和硫酸鹽(只有極個別的),這說明稀土元素具有親氧性。
2、稀土(tu)的(de)硅酸鹽主要(yao)是(shi)島狀(zhuang),沒有(you)層(ceng)狀(zhuang)、架狀(zhuang)和鏈狀(zhuang)構造。
3、部分稀土礦物(wu)(特(te)別是復雜的氧化物(wu)及硅酸(suan)鹽)呈現非晶質狀態。
4、稀土礦(kuang)物(wu)的分布,在巖(yan)(yan)漿(jiang)巖(yan)(yan)及偉晶(jing)巖(yan)(yan)中以(yi)硅酸(suan)鹽(yan)及氧化(hua)物(wu)為主(zhu),在熱液礦(kuang)床及風化(hua)殼(ke)礦(kuang)床中以(yi)氟碳(tan)酸(suan)鹽(yan)、磷酸(suan)鹽(yan)為主(zhu)。富釔的礦(kuang)物(wu)大部分都賦(fu)存在花崗巖(yan)(yan)類巖(yan)(yan)石和(he)與(yu)其(qi)有關(guan)的偉晶(jing)巖(yan)(yan)、氣水熱液礦(kuang)床中。
5、稀土(tu)(tu)元素由于其原子結構、化學和晶體化學性(xing)質相近(jin)而經常共(gong)生(sheng)在同(tong)一個礦(kuang)物(wu)(wu)中,即鈰族(zu)稀土(tu)(tu)和釔族(zu)稀土(tu)(tu)元素常共(gong)存在一個礦(kuang)物(wu)(wu)中,但這類元素并非等(deng)量共(gong)存,有些礦(kuang)物(wu)(wu)以含鈰族(zu)稀土(tu)(tu)為主,有些礦(kuang)物(wu)(wu)則以釔族(zu)為主。
在已發現(xian)的250多種稀(xi)(xi)土(tu)礦物和含稀(xi)(xi)土(tu)元素(su)的礦物,適合現(xian)今選冶條(tiao)件的工業礦物僅有10余種。
二、稀土礦的種類有哪些
原礦
1、獨居石
獨居石(Monazite)又名磷鈰鑭礦(kuang)。
化(hua)學成(cheng)分(fen)及性質:(Ce,La,Y,Th)[PO4]。成(cheng)分(fen)變化(hua)很大。礦物(wu)成(cheng)分(fen)中稀土氧(yang)化(hua)物(wu)含量可達50~68%。類質同象(xiang)混入物(wu)有Y、Th、Ca、[SiO4]和[SO4]。獨居石溶(rong)于H3PO4、HClO4、H2SO4中。
晶(jing)體結構(gou)及形態:單斜(xie)晶(jing)系,斜(xie)方柱晶(jing)類。晶(jing)體成板狀,晶(jing)面常有(you)條紋,有(you)時為柱、錐、粒狀。
物(wu)理性質:呈黃褐色、棕色、紅(hong)(hong)色,間或有綠色。半(ban)透(tou)明(ming)至透(tou)明(ming)。條痕白色或淺紅(hong)(hong)黃色。具有強玻璃光(guang)澤。硬度5.0~5.5。性脆(cui)。比重4.9~5.5。電磁性中弱。在(zai)X射(she)線下發綠光(guang)。在(zai)陰極射(she)線下不發光(guang)。
生成(cheng)狀態:產在花崗巖(yan)及花崗偉晶巖(yan)中(zhong);稀有(you)金屬碳酸巖(yan)中(zhong);云英巖(yan)與石(shi)英巖(yan)中(zhong);云霞正長巖(yan)、長霓巖(yan)與堿性正長偉晶巖(yan)中(zhong);阿爾卑斯型脈中(zhong);混(hun)合巖(yan)中(zhong);及風化殼與砂礦中(zhong)。
用途:主要用來提取稀(xi)土元素。
產地:具有經(jing)濟開采價(jia)值的獨居(ju)石主要(yao)資源是(shi)沖積型或海(hai)(hai)濱(bin)砂礦(kuang)床(chuang)。最(zui)重(zhong)要(yao)的海(hai)(hai)濱(bin)砂礦(kuang)床(chuang)是(shi)在澳大利(li)亞沿(yan)海(hai)(hai)、巴西以及印度(du)等沿(yan)海(hai)(hai)。此(ci)外(wai),斯(si)里蘭(lan)卡(ka)、馬(ma)達加(jia)斯(si)加(jia)、南非、馬(ma)來西亞、中(zhong)國、泰國、韓(han)國、朝鮮等地都含有獨居(ju)石的重(zhong)砂礦(kuang)床(chuang)。
獨居石的生(sheng)產近幾年呈下降趨勢(shi),主(zhu)要原因是由于礦石中釷(tu)元素(su)具有放射(she)性,對(dui)環境有害。
2、氟碳鈰礦
化學(xue)成(cheng)分(fen)性質:(Ce,La)[CO3]F。機(ji)械混入(ru)物有(you)SiO2、Al2O3、P2O5。氟碳鈰(shi)礦易溶于稀(xi)HCl、HNO3、H2SO4、H3PO4。
晶體結構及形態:六方(fang)晶系。復三方(fang)雙錐晶類(lei)。晶體(ti)呈六方(fang)柱(zhu)狀或板狀。細粒狀集合體(ti)。
物理性質:黃(huang)色(se)、紅褐色(se)、淺綠或褐色(se)。玻(bo)璃光(guang)澤(ze)(ze)、油(you)脂光(guang)澤(ze)(ze),條痕呈(cheng)白色(se)、黃(huang)色(se),透(tou)明至半透(tou)明。硬度4~4.5,性脆,比重(zhong)4.72~5.12,有時具(ju)放射性、具(ju)弱(ruo)磁性。在(zai)薄片中透(tou)明,在(zai)透(tou)射光(guang)下(xia)無色(se)或淡黃(huang)色(se),在(zai)陰極(ji)射線下(xia)不發光(guang)。
生成狀態:產于稀有(you)金屬碳(tan)酸(suan)巖(yan)中(zhong);花(hua)崗巖(yan)及花(hua)崗偉(wei)晶(jing)巖(yan)中(zhong);與(yu)花(hua)崗正長(chang)巖(yan)有(you)關的石英脈中(zhong);石英─鐵錳碳(tan)酸(suan)鹽(yan)巖(yan)脈中(zhong);砂礦中(zhong)。
用途:它是(shi)提(ti)取鈰(shi)族(zu)稀土元素的(de)重要礦物原(yuan)料。鈰(shi)族(zu)元素可(ke)用于制(zhi)作合金,提(ti)高金屬的(de)彈性、韌性和強(qiang)度,是(shi)制(zhi)作噴氣(qi)式(shi)飛機、導彈、發動(dong)機及耐熱機械的(de)重要零件(jian)。亦可(ke)用作防輻射線的(de)防護外殼等。此外,鈰(shi)族(zu)元素還(huan)用于制(zhi)作各種有色(se)玻璃。
3、磷釔礦
化(hua)學(xue)成分及性質:Y[PO4]。成分中(zhong)Y2O 361.4%,P2O5 38.6%。有(you)釔族稀土元(yuan)素混入,其中(zhong)以(yi)鐿、鉺(er)、鏑、釓為(wei)主。尚有(you)鋯(gao)、鈾、釷(tu)等元(yuan)素代(dai)替(ti)釔,同(tong)時伴(ban)隨有(you)硅代(dai)替(ti)磷(lin)。一般來說,磷(lin)釔礦中(zhong)鈾的含量大于釷(tu)。磷(lin)釔礦化(hua)學(xue)性質穩定(ding)。
晶體結構(gou)及形態:四方晶系、復四方雙錐晶類、呈粒狀(zhuang)及塊狀(zhuang)。
物理性質(zhi):黃(huang)色(se)(se)、紅褐(he)色(se)(se),有時(shi)呈(cheng)黃(huang)綠(lv)色(se)(se),亦呈(cheng)棕色(se)(se)或淡褐(he)色(se)(se)。條痕(hen)淡褐(he)色(se)(se)。玻璃(li)光澤,油(you)脂光澤。硬(ying)度4~5,比重(zhong)4.4~5.1,具(ju)有弱的(de)多色(se)(se)性和放射性。
生(sheng)成狀態:主(zhu)要產(chan)于花(hua)崗巖、花(hua)崗偉晶巖中(zhong)。亦產(chan)于堿性花(hua)崗巖以及有關(guan)的(de)礦(kuang)床中(zhong)。在砂礦(kuang)中(zhong)亦有產(chan)出。
用(yong)途:大量富集(ji)時(shi),用(yong)作提煉稀土元(yuan)素的礦物原料。
4、風化殼淋積型稀土礦
風化(hua)殼淋積(ji)型稀(xi)土礦(kuang)(Ion absorpt deposit),即離子(zi)吸附(fu)型稀(xi)土礦(kuang),是(shi)(shi)中國特有的新型稀(xi)土礦(kuang)物。所謂“離子(zi)吸附(fu)”系稀(xi)土元(yuan)素(su)不以(yi)化(hua)合(he)物的形式存在,而是(shi)(shi)呈離子(zi)狀態吸附(fu)于粘土礦(kuang)物中。這些稀(xi)土易(yi)為強電解質交(jiao)換而轉入溶(rong)液(ye),不需要破碎(sui)、選礦(kuang)等工藝過(guo)程,而是(shi)(shi)直接(jie)浸取(qu)即可獲得混合(he)稀(xi)土氧化(hua)物。故這類礦(kuang)的特點是(shi)(shi):重稀(xi)土元(yuan)素(su)含量(liang)高,經(jing)濟(ji)含量(liang)大(da),品位低,覆蓋面大(da),多在丘陵地帶,適(shi)于手工和半機(ji)械(xie)化(hua)開采(cai),開采(cai)和浸取(qu)工藝簡單(dan)。
風化(hua)殼淋積(ji)型(xing)稀土(tu)礦,主要分布(bu)在中(zhong)國江西、廣東、湖南、廣西、福建等地(di)。
5、鑭釩褐簾石
日本山口大學(xue)(xue)、愛媛(yuan)大學(xue)(xue)和(he)東京大學(xue)(xue)的(de)(de)聯(lian)合(he)研究小組發(fa)(fa)表一(yi)(yi)份公報說,他們(men)在(zai)(zai)三(san)重縣發(fa)(fa)現了一(yi)(yi)種含(han)有(you)(you)稀(xi)(xi)土(tu)的(de)(de)新(xin)品種礦(kuang)物(wu)。稀(xi)(xi)土(tu)在(zai)(zai)改(gai)造傳統產業和(he)發(fa)(fa)展高新(xin)技術領域(yu)當中具有(you)(you)“點石成金”的(de)(de)作(zuo)用。而新(xin)礦(kuang)物(wu)是(shi)2011年(nian)4月(yue)在(zai)(zai)三(san)重縣伊勢(shi)市的(de)(de)山中發(fa)(fa)現的(de)(de),它是(shi)含(han)有(you)(you)稀(xi)(xi)土(tu)鑭和(he)稀(xi)(xi)有(you)(you)金屬(shu)釩的(de)(de)一(yi)(yi)種特殊褐簾(lian)石。2013年(nian)3月(yue)1日,這種礦(kuang)物(wu)被(bei)國際礦(kuang)物(wu)學(xue)(xue)協會認定為新(xin)礦(kuang)物(wu),并被(bei)命名(ming)為“鑭釩褐簾(lian)石”。
成品
1、碳酸氯化稀土
這是(shi)稀(xi)土工業中最主(zhu)要(yao)的兩種初級產(chan)品(pin),一般(ban)地說(shuo),當前有兩個主(zhu)要(yao)工藝(yi)生產(chan)這兩種產(chan)品(pin)。
一個工藝是濃硫酸(suan)焙(bei)燒(shao)工藝,即(ji)把稀(xi)(xi)土(tu)(tu)精礦(kuang)與硫酸(suan)混合在回(hui)轉窯中焙(bei)燒(shao)。經過(guo)(guo)焙(bei)燒(shao)的礦(kuang)用水浸(jin)(jin)出,則可溶(rong)性的稀(xi)(xi)土(tu)(tu)硫酸(suan)鹽就進入水溶(rong)液(ye),稱之為浸(jin)(jin)出液(ye)。然后往浸(jin)(jin)出液(ye)中加入碳酸(suan)氫銨(an),則稀(xi)(xi)土(tu)(tu)呈(cheng)碳酸(suan)鹽沉淀下(xia)來,過(guo)(guo)濾后即(ji)得(de)碳酸(suan)稀(xi)(xi)土(tu)(tu)。
另一(yi)種工(gong)藝(yi)叫燒堿(jian)法(fa)工(gong)藝(yi),簡稱堿(jian)法(fa)工(gong)藝(yi)。一(yi)般是將60%的(de)稀(xi)(xi)(xi)土(tu)(tu)(tu)精(jing)礦與(yu)濃(nong)堿(jian)液(ye)攪勻,在(zai)高溫下熔融(rong)反應,稀(xi)(xi)(xi)土(tu)(tu)(tu)精(jing)礦即被分解(jie)(jie),稀(xi)(xi)(xi)土(tu)(tu)(tu)變為氫(qing)(qing)氧(yang)化(hua)稀(xi)(xi)(xi)土(tu)(tu)(tu),把(ba)堿(jian)餅經(jing)水(shui)洗除去鈉鹽和(he)多(duo)余的(de)堿(jian),然后(hou)把(ba)水(shui)洗過的(de)氫(qing)(qing)氧(yang)化(hua)稀(xi)(xi)(xi)土(tu)(tu)(tu)再用鹽酸溶(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie),稀(xi)(xi)(xi)土(tu)(tu)(tu)被溶(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie)為氯化(hua)稀(xi)(xi)(xi)土(tu)(tu)(tu)溶(rong)(rong)(rong)液(ye),調酸度除去雜(za)質,過濾后(hou)的(de)氯化(hua)稀(xi)(xi)(xi)土(tu)(tu)(tu)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)經(jing)濃(nong)縮結(jie)晶即制得固體的(de)氯化(hua)稀(xi)(xi)(xi)土(tu)(tu)(tu)。
2、磷礦稀土
自(zi)然界的稀(xi)(xi)土元素除了賦存在各(ge)種稀(xi)(xi)土礦中(zhong)外(wai),還(huan)有相當(dang)大(da)的一部分與磷灰石(shi)和磷塊(kuai)巖礦共生。由于(yu)稀(xi)(xi)土的離子半徑(0.848~0.106nm)與Ca2+(0.106nm)很接(jie)近,稀(xi)(xi)土以類質同象方式賦存于(yu)磷礦巖中(zhong)。世(shi)界磷礦總儲量約為(wei)(wei)1000億噸(dun),稀(xi)(xi)土平均含量為(wei)(wei)0.5‰,估計世(shi)界磷礦中(zhong)伴生的稀(xi)(xi)土總量為(wei)(wei)5000萬噸(dun)。
針對礦中稀(xi)土含量低及(ji)其(qi)賦(fu)存狀(zhuang)態特殊等特點,國(guo)內外已(yi)經開展了多種回(hui)收工(gong)藝研究(jiu),可分(fen)為濕法(fa)和熱法(fa):
濕法(fa)中,根據分解酸不同(tong)又可分為硝酸法(fa)、鹽酸法(fa)、硫酸法(fa)。從(cong)磷(lin)化工(gong)過(guo)程回收稀(xi)土有多種,均和磷(lin)礦加工(gong)方(fang)式(shi)密切相關。
熱法(fa)生產過(guo)程中(zhong),稀(xi)土主要進入硅酸(suan)(suan)鹽熔渣中(zhong),可(ke)采用大(da)量鹽酸(suan)(suan)或硝(xiao)酸(suan)(suan)分(fen)解浸出,過(guo)濾除去硅石(shi)后,再(zai)采用TBP等萃(cui)取回收(shou)稀(xi)土,稀(xi)土回收(shou)率可(ke)以(yi)達到(dao)60%。
隨著(zhu)磷(lin)(lin)礦資源不斷(duan)利用,正轉向低品質磷(lin)(lin)礦的(de)開發(fa),硫酸(suan)濕(shi)法磷(lin)(lin)酸(suan)工藝成為磷(lin)(lin)化工主(zhu)流方法,對硫酸(suan)濕(shi)法磷(lin)(lin)酸(suan)中的(de)稀(xi)(xi)土進(jin)行回收已成為研究熱點(dian)。在硫酸(suan)濕(shi)法磷(lin)(lin)酸(suan)生產過程中,通(tong)過控(kong)制稀(xi)(xi)土在磷(lin)(lin)酸(suan)中的(de)富集,再采用有(you)機溶劑萃取提取稀(xi)(xi)土的(de)工藝比早期開發(fa)的(de)方法更具有(you)優(you)勢。
3、混合稀土
由稀土礦中提(ti)取出含有鑭、鈰、鐠、釹及少量釤、銪、釓混合的氧化物(wu)或氯化物(wu)經熔鹽電解制(zhi)出的金屬。稀土總(zong)量大于(yu)(yu)98%,鈰大于(yu)(yu)48%的輕(qing)稀土。在(zai)空氣中易氧化為黑色,室溫下能和水反應,升(sheng)溫而加快(kuai)。可做打火石(shi)、合金添加劑、貯氫材料等。