稀土冶金答案

1、写出TBP、P350的结构式2、比较P204和P507在萃取性能上的异同。3、萃取法分离氧化钇的原理是什么？4、酸性萃取剂为什么需要皂化？写出皂化的反应方程式。5、简单说明萃淋树脂分离稀土元素的基本原理。6、简单说明分配比、分离系数、理论塔板高度和分离度的概念。7、设计包头稀土精矿生产氧化钕的工艺流程（从精矿分解开始）。说明其中的工艺原理。,作业：,1、写出TBP、P350的结构式TBP(磷酸三丁酯):（C4H9O）3P=OP350：甲基膦酸二-(1-甲基庚酯）：（C8H17O）2(CH3)P=O,作业：,2、比较P204和P507在萃取性能上的异同。答：（1）相同点：P204和P507都是一元酸萃取剂；萃取稀土元素时都是正序萃取；（2）不同点：P507分子含有一个烷基R，由于R具有斥电子性，使分子的酸性弱于P204，使P204的萃取能力大于P507；P507对稀土的分离系数较P204的大；,3、萃取法分离氧化钇的原理是什么？答：环烷酸萃取体系萃取稀土的顺序：YbSmDyLuNdGdPrTmTbCeHoErLaY，分离时利用环烷酸萃取稀土元素的次序与P204、P507的差异来提取高纯氧化钇，萃取时，环烷酸为难萃组分，留在水相当中而与其他元素发生分离。,4、酸性萃取剂为什么需要皂化？写出皂化的反应方程式。答：从萃取和反萃取的机理可知，萃取反应一旦发生、体系酸度就升高；洗涤、反萃取一旦发生则酸度就降低，均不能保持选定的酸度，从而影响稀土元素的分离效果。用皂化P204为萃取剂，皂化基本反应为：NH4+AH有=NH4A有+H+（铵皂化反应）Na+AH有=NaA有+H+（钠皂化反应）,5、简单说明萃淋树脂分离稀土元素的基本原理。答：萃淋树脂法是同时具有溶剂萃取和离子交换的一种形式，以萃淋树脂为柱填充材料，利用萃取剂的高选择性和柱子的多极性萃取色层法分离稀土元素的方法，其基础是稀土元素在两个非互溶相（固定相于移动相）之间分配的差异，而将他们分离。,6、简单说明分配比、分离系数、理论塔板高度和分离度的概念。答：分配比：在离子交换反应达到平衡时，被交换离子在树脂相和水相中浓度的比值。D=(VR-VM)/VS分离系数：代表溶液中两种离子的分离效果，其值等于同一条件下两离子分配比的比值，=D1/D2=(VR1-VM)/(VR2-VM)理论塔板高度：对离子交换柱而言，在流动相的离子在色层柱中吸附(萃取)解吸(反萃取)一次所需要的行程为理论塔板高度，也为一个理论塔板数，N=16(VR/VW)2；N=L/H分离度：离子交换法中定量描述两组分分离程度的量，其值计算方法：RS=(VR1-VR2)/1/2(VW1+VM2)。,7、设计包头稀土精矿生产氧化钕的工艺流程（从精矿分解开始），说明其中的工艺原理。答：用包头稀土精矿生产氧化钕的流程可分为以下几个步骤：（1）、用浓硫酸高温焙烧分解包头稀土精矿，主要发生下列反应：2REFCO3+3H2SO4=RE2(SO4)3+2HF+2CO2+2H2O2REPO4+3H2SO4=RE2(SO4)3+3H3PO4（2）、分解后用水浸取焙烧产物中的稀土已经转化为可溶性的硫酸盐，可以直接用水浸出,浸出时可以将大部分难溶性的非稀土杂质除去。,（3）、净化浸出液加入FeCl3除去磷酸根，加MgO调节pH值除去Fe3+和Th4+等杂质；（4）以P204为萃取剂，用溶剂萃取法分两步萃取分离混合稀土溶液，第一步Nd/Sm分组；第二步Pr/Nd分组（5）、将萃取所得的硫酸钕溶液，用NH4HCO3为沉淀剂，沉淀Nd3+：Nd3+6NH4HCO3+2Nd2(SO4)3=2Nd2(CO3)3+3(NH4)2SO4+3H2SO4（6）灼烧：灼烧Nd2(CO3)3得到氧化钕，Nd2(CO3)3=Nd2O3+3CO2,1、稀土与非稀土金属离子的分离有哪些常用的方法？分别说明它们的原理.2、为什么研究者要进行晶型稀土碳酸盐的制备研究？3、简单叙述一下由稀土氧化物制备无水稀土氯化物的工艺过程。,1、稀土与非稀土金属离子的分离有哪些常用的方法？分别说明它们的原理。答：一、中和法（除非稀土杂质）在稀土溶液中，加入氨水、氢氧化钠、碳酸氢铵或碳酸铵为中和剂，使溶液pH值在4-5，溶液中碱性弱的金属离子形成氢氧化物沉淀而稀土离子不形成，使他们得到分离的方法。二、草酸盐沉淀法稀土离子和草酸根形成不溶于水而微溶于酸的水和沉淀：RE3+H2C2O4+H2ORE2(C2O4)3nH2O+H+利用稀土草酸盐微溶于酸而非稀土金属草酸盐在酸性溶液中溶解度大的性质将它们分离；三、硫化物沉淀法许多金属离子（如铁、镍、铜、锰）的硫化物都是溶度积很小的沉淀，可以采用硫化物沉淀法去除稀土溶液中的重金属杂质。四、萃取法萃取法分离稀土与非稀土工艺中，合适的萃取剂和介质的选择是分离的关键；,2、为什么研究者要进行晶型稀土碳酸盐的制备研究？答：稀土工业中，沉淀稀土主要有草酸沉淀和碳铵沉淀两种方法，两种方法各有优缺：a、草酸沉淀：优点：沉淀结晶性好，易于过滤和洗涤，与共存离子分离的选择性好；缺点：成本高，草酸对人体和环境不利，且形成的草酸稀土必须通过灼烧变为稀土氧化物再用酸溶解才能变为稀土化合物利用，后续应用麻烦；b、碳铵沉淀优点：稀土碳酸盐可以直接转变为其他化合物且成本较低，对环境和人体友好；缺点：稀土碳酸盐溶解度小导致形成的沉淀为无定形体，使后续过滤和分离困难，且对杂质的选择性也差；比较以上两种方法，必须研究晶型碳酸稀土的沉淀方法，才能使碳铵沉淀法得到广泛应用。,3、简单叙述一下由稀土氧化物制备无水稀土氯化物的工艺过程。（1）、将稀土氧化物和氯化铵混合在高温下氯化：RE2O3(s)+NH4ClRECl3(s)+NH3+H2O（2）、产物中过量的氯化铵可以通过在真空中或氯化氢气流中加热脱气的方法除掉。（3）、稀土氯化物的净化上述方法制备的氯化物中尚含有氧、碳等杂质元素，可以用真空蒸馏法，去除氧、碳等杂质使其得到进一步净化。,1、稀土金属按沸点不同可分为几组？各自常用的制备方法是什么？2、简述稀土氯化物体系和氟化物-氧化物熔盐电解的原理，并写出电极反应。3、金属热还原法制备稀土金属有哪些？各自的化学反应是什么？4、稀土熔盐电解时，为什么要控制原料中钐和铕的含量？5.、氯化稀土熔盐电解时，发生阳极效应的原因是什么？6、金属钕为什么一般不用氯化物体系熔盐法制备？7、熔盐电解法制备稀土合金有几种方法？,1、稀土金属按沸点不同可分为几组，各自常用的制备方法是什么？答：稀土金属按沸点不同可分为三组，第一组是La、Ce、Pr、Nd，它们熔点低而沸点很高；第二组是Sm、Eu、Yb、Tm，它们的沸点是稀土金属中最低的，而熔点居中；第三组是Tb、Dy、Ho、Er、Y、Lu，它们熔点高，沸点也高；La、Ce、Pr、Nd采用熔盐电解法或氯化物钙热还原法制取；Sm、Eu、Yb、Tm金属制取在碳管炉中采用氧化物经La、Ce金属热还原蒸馏法制取；Tb、Dy、Ho、Er、Y、Lu金属采用氟化物钙热还原法制取，在真空感应炉中进行。,2、简述稀土氯化物体系和氟化物-氧化物熔盐电解的原理，并写出电极反应。（1）、稀土氯化物体系：在直流电场作用下，阳离子RE3+、K+朝阴极方向移动，而阴离子Cl-则朝阳极方向移动。电解的结果，在阴极上析出稀土金属，在阳极上析出氯气。稀土氯化物熔盐电解的电极过程：阴极：RE3+3e-=RE阳极：2Cl-2e-=Cl23Cl-3e-=3/2Cl2总反应：RECl3=RE+3/2Cl2,（2）、氟化物-氧化物熔盐体系RE2O3不能直接电解，只有在碱金属和碱土金属的氟化物-REF3熔体中，才可实现。RE2O3在氟化物熔体中，首先熔解、解离，然后稀土离子在阴极上还原成金属。阳极过程：O2-2e1/2O2；O2+CCO2阴极过程：RE3+3e-RE总反应：RE2O3(s)+C(s)2RE(l)+3/2CO2(g),3、金属热还原法制备稀土金属有哪些？各自的化学反应是什么？（1）、金属钙还原REF3制备稀土金属：3Ca+2REF33CaF2+2RE(14501750)（2）、Ca还原稀土氯化物3Ca(L)+2RECl3(L)3CaCl2(L)+2RE(L)(8501100)（3）、Li还原稀土氯化物3Li(g)+RECl3(L)3LiCl(g)+RE(L)(8001100)（4）、La、Ce热还原RE2O3RE2O3(s)+2La(L)1200-1400La2O3(s)+2RE(g)2RE2O3(s)+3Ce(L)1200-14003CeO2(s)+4RE(g),4、稀土熔盐电解时，为什么要控制原料中钐和铕的含量？答：稀土熔盐电解制取混合稀土金属的电流效率比单一金属镧、铈、镨的都低，用熔盐电解法几乎得不到金属钐，是由于Sm3+、Eu3+等也会发生不完全的放电反应：Sm3+2e-Sm2+；Eu3+2e-Eu2+主要原因是钐和铕存在变价，在电解过程中二价钐和铕在两极上循环往复而空耗电流，固效率低；,5、氯化稀土熔盐电解时，发生阳极效应的原因是什么？答：阳极效应：熔盐电解时发生在碳质阳极上的特征现象，生产中当阳极效应发生时，电解槽电压急剧升高，使电流效率降低，影响电解各个技术指标，且产品的产量和质量降低。发生阳极效应的主要原因是氯气与阳极材料作用生成一层电阻大于石墨的惰性氯碳化合物和气膜，致使电解质不能很好地湿润石墨阳极，从而失去了正常电化学反应赖以进行的电极-熔盐之间的界面层。,6、金属钕为什么一般不用氯化物体系熔盐法制备？答：钕在氯化钕中溶解度高，在熔盐中又有多种价态，因此在钕的熔点以上电解时，电流效率很低，所以一般不用氯化物体系熔盐法制备金属钕。,7、熔盐电解法制备稀土合金有几种方法？（1）、电解共析法制取稀土铝合金（RE-Al）共析出电解稀土合金是指两种或两种以上的金属离子在阴极上同时析出并合金化制取合金的方法。（2）、液态阴极电解法制取RE-Mg合金利用低熔点的非稀土液态金属作为电解过程的阴极，使稀土在液态阴极上析出，制备含稀土的合金。（3）、自耗阴极电解制取稀土合金（Nd-Fe）稀土离子在固态阴极上得电子生成稀土金属，稀土金属向固态阴极扩散形成熔点合金，并凝聚成合金球而滴落到接收器中。,1、简单说明稀土金属提纯的特点。2、简单叙述真空蒸馏和真空熔炼这两种方法。3、试分析熔盐电解和电解精炼方法的异同点。,1、简单说明稀土金属提纯的特点。答：（1）、稀土金属性质活泼，易于与金属和非金属发生作用，因此，提纯应在氩气或真空气氛中进行；（2）、选择合适的坩埚和冷凝器材料，避免提纯过程中污染稀土金属；（3）、任何一种提纯方法对稀土杂质的去除效果都很差，所以，要尽量选择稀土杂质含量低的金属来提纯。,2、简单叙述真空蒸馏和真空熔炼这两种方法。答：真空蒸馏法：是利用某些待提纯金属蒸汽压高的特性，在高温高真空下蒸馏，使待提纯金属与杂质分离而达到