稀土矿物分析及加工方案研究

摘要：稀土即化学元素周期表镧系元素的总称。稀土是重要的矿产资源，其不仅对于生产同时对于国家安全也是非常重要的，高效、准确地对稀土矿产进行分析和加工是稀土利用过程中非常重要的两个环节。就将就如何对稀土矿物从初级分析到最后加工做简要分析，以期对国内的稀土矿物利用提供一些参考。

关键词：稀土矿；矿物分析；稀土元素；镧系；稀土加工

中图分类号：TD955　文献标识码：A　文章编号：1671－7597(2011)0220083－01

1、稀土矿概述

稀土其实是一个历史遗留词，稀土元素是自18世纪末开始陆续被发现，在当时人们经常把那些不溶于水的固体称为土。以氧化态分离出来的土一般是很稀少的，因而将其称为稀土。通常把铽、钬、镝、铥、镱、铒、钇、镥、钆等几种元素组成的稀土命名钇组稀土或者重稀土；而把钕、镨、镧、钐、钷、铈、铕几种元素组成的稀土命名为铈组稀土或者轻稀土。也有部分学者依据稀土中各个元素(除钪外)的化学、物理性质的差异和相似性(有学者将钪作为稀散元素看待)，将其分成三类，即重稀土组，包括钇、镥、镱、铥、铒、钬；中稀土组包括镝、铽、钆、铕、钐；轻稀土组包括钷镧、铈、钕、镨。稀土即元素周期表中的镧系(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))以及与镧系密切相关的两种元素钇(Y)和钪(sc)一共17种，合称稀土(Rare Earth)。

稀土资源主要分布在亚洲，中国是世界上稀土储量最多的国家，同时也是稀土出口最多的国家。目前，日本是中国稀土的主要出口国。其可用于电子、军事、制造业、高科技产品的诸多领域。此外，美国的稀土资源也全都靠进口维持。当下，很多国家都在寻找新的稀土资源以摆脱对中国稀土资源的依赖，所以，如何充分利用现有的稀土资源，提高资源利用率，不仅对于经济发展，同时也是对国家安全有百利而无一害的大事。

2、稀土矿物分析

由于稀土矿中含有多种矿物元素，所以在稀土矿物分析过程中需要运用多种矿物分析方法。

2.1初级分析：1)稀土总量的测定。首先，运用传统的硫酸亚铁铵容量法对稀土矿物样品进行初步滴定，测定其稀土的总含量。硫酸亚铁铵容量法是滴定法的一种，滴定目标是二氧化钛和钒等。硫酸亚铁铵容量法可以简便快捷地分析稀土矿物中的主要元素，是常用的现场分析法之一。有些文献上则侧重于用EDTA法对稀土总量进行测定。虽然两种方法分别以不同元素作为测定标准，但是其测定结果相差不大。2)稀土中铁和吸附水的测定。利用传统的重铬酸钾、磷酸溶样容量法对稀土中的铁元素进行分析。利用重量法对吸附水进行测定，即对稀土样品进行加热处理直至重量不再变化为止，其重量差值则为吸附水的总量。3)重量法测定水、酸、碱不溶物。稀土矿物中含有很多对酸、碱和水具有不同溶解性的物质，对这些物质的初级测定可以应用重量法。例如将稀土矿样品粉碎称量后分别加入过量的酸、碱和水，令其充分溶解后称量样品质量变化情况。4)酸根的测定。对于溶解于酸、碱、水的部分样品，其溶液中会含有很多酸根离子，例如氯离子、硫酸根离子，对这些离子浓度、含量的测定将有助于判断样品的好坏。其中，硫酸根离子用硫酸钡沉淀法测定，氯离子可以运用硫氰酸汞分光光度法进行测定，分别以沉淀质量和吸光值对二者进行评估。

2.2中级分析：1)原子吸收分光光度法测定稀土矿物成分。分光光度法是稀土矿物分析中最常用同时也是最简便的方法之一。首先将样品与显色剂反应，然后通过分光光度计测量其特征波长吸光值以确定某元素在样品中的含量，一般吸光值越大则含量越高，运用这种方法可以分析稀土矿物中钠、钡、锶、钙、镁、钾、磷、钍、铜、镍、锰、锌、铬等元素含量。2)等离子体发射光谱法测定稀土矿物成分。等离子体发射光谱法可以测定很多痕量元素的含量，但是在测定之前溶液需要进行酸消解，酸消解之后放入仪器中，通过多种光学系统对雾化的等离子体样品发射光进行光谱检测。在稀土分析中，可用镧铈镨钕溶液检测钐，用钐铕钆溶液或镧铈液检测钕以及用镧铈液检测镨的含量。

2.3高级分析：1)稀土精矿总量测定。运用草酸盐重量法可以对稀土精矿的总量进行测定。草酸盐重量法主要是依据那些能与草酸发生反应并沉淀的离子进行质量测量进而推算稀土精矿总量。2)射光谱法测定多种化合物及元素含量。在稀土精矿分析中金属镧、铈、镨、钕及其化合物中氧化钕、氧化镨、氧化钇、氧化钐、氧化铈，少铕、少钕、镨钕、钐铕钆、镧铈、富镨金属及其氧化物配分均可以应用等离子体发射光谱法进行相关测定，但是测定中一定要注意背景的調整。此外，对于稀土矿物的分析还可采用荧光光度法与化学发光法、电化学分析法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、x射线荧光光谱法等技术进行辅助分析。同时对于某些元素的含量宜采用各种技术的联合才能最终确定其含量。

3、加工制备方案

稀土的加工制备过程是相当复杂的，首先用化学方法从独居石或氟碳铈镧矿中获取稀土元素的氧化物或氯化物的混合成分，随后再对其进行单元素的提取和分离，所用方法一般有：①离子交换。由于各种稀土元素与专门的离子交换剂相互结合的稳定性不同，所以可以将它们进行分离。这种方法是分离高纯稀土元素最行之有效的方法。但是，此法缺点是分离量小，而操作周期又长。②溶剂的萃取。由于稀土元素在有机相和水相的分配量是不同的，所以可将稀土元素的各种盐类与水和有机溶剂多次分立萃取，在不断地进行类似操作之后则可以将各个元素成份分离，此方法具有生产连续性以及大规模生产等诸多优点。

稀土金属单质的制备方案有：①热还原法。一般用镁、钙、钠、锂等金属做为还原剂，把稀土中的金属元素从其卤化物中置换出来，此过程一般需要在高温下进行。②电解法。在高温下电解稀土元素中的碱土金属、碱金属卤化物的熔融态盐，则可获得纯度较高的金属单质。随后还可采用真空蒸馏法、区域熔炼法、电迁移法和真空熔炼法对所获得产品进行进一步的纯制。

4、结语

稀土矿物的准确分析过程是多种手段联合利用的结果，单靠某一种或某几种分析手段是很难透彻了解稀土样品的品质的。稀土矿物的加工方案虽然已经基本成熟，但是，目前其加工成本还比较高，需要寻找更加低成本，高产率的加工方法。总之，只要对现有稀土资源做充分的利用，将我国稀土资源优势充分发挥出来，那么相信我国的很多需要稀土生产的行业将会越来越具各国际竞争力。

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