《白云鄂博稀土矿冶炼技术》详细阐述了稀土元素的物理性质和化学性质，并进行深入剖析，为后续提取工艺和处理方法提供了理论依据。重点介绍了白云鄂博混合稀土精矿的传统与*新冶炼技术，着重介绍了提取过程中关键环节—分解工艺，包括酸法、碱法、铝盐络合分解法等不同的分解途径，以及相应的反应原理、工艺流程、反应条件等内容。分解工艺是整个提取过程的关键环节，涉及多种化学和物理原理的综合运用。稀土精矿的有效分解是稀土分离提取的基础，分解稀土矿物的方法有多种，但具体*适合的工艺，还需要企业根据实际情况进行分析判断。《白云鄂博稀土矿冶炼技术》有助于读者全面了解白云鄂博混合稀土精矿的各种分解工艺，为后续的稀土元素分离和提纯奠定基础。除稀土元素外，白云鄂博稀土矿中还含有其他有价元素，《白云鄂博稀土矿冶炼技术》亦对这些有价元素的回收利用技术进行了简要介绍，以提高整个矿产资源的综合利用价值。

第1章绪论
　　1.1稀土元素概念与性质
　　1.1.1稀土元素的概念
　　稀土元素是指具有相似理化性质的镧系元素和钪、钇这17种元素的总和。自从18世纪以来，有若干种氧化物被相继发现，它们不溶于水，就像土一样，这种氧化物被叫作“土”，因此它们就有了稀土的名字。
　　自1794年，科学家们*次在硅铍钇矿中发现钇元素开始，到1947年，从核反应堆裂变产物中分离出钷元素，全部稀土元素的发现历时153年。其中，钪属于典型的分散元素，与其他16种元素的共生程度较低，性质差异较大。钷属于放射性元素，它存在于富铀矿中或由反应堆铀的裂变产生。所以，在实际的稀土生产中，只包含15种元素。
　　稀土元素属于化学元素周期表中第ⅢB族，理化性质相似。根据稀土矿物的形成特点和分离工艺上的要求，将稀土元素分为轻、重稀土两组或者轻、中、重稀土三组，常见的分组方法如表1.1所示。应当指出：轻、中、重的分界线并没有严格、统一的标准。
　　在国际上，稀土元素通常用“R”表示，而有些国家，如德国用“RE”，法国用“TR”，俄罗斯用“P3”，我国用“RE”表示，单*的镧系元素用“Ln”表示。
　　1.1.2稀土元素的性质
　　1.稀土元素的电子层结构
　　根据能量*低原理，镧系元素的原子具有两种类型的电子组态，即[Xe]4fn6s2和[Xe]4fn.15d16s2，[Xe]是氙的电子组态，即1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p6。钪和钇虽不含4f电子，但*外层电子具有(n-1)d1ns2组态。因此，其化学性质上与镧系元素具有一定的相似性，难以采用普通的化学方法进行分离。这也是它们被归为稀土元素的原因。表1.2为稀土元素的外部电子层结构。
　　由表1.2可知，镧系元素原子的*外两个电子层（O层和P层）的结构并没有随着原子序数的增大而显著变化。这是因为填充的电子填入了尚未填满的受外层电子屏蔽但不受邻近原子电磁场影响的较内层的4f亚层上。另外，按照洪德定则，在原子和离子的电子层结构中，当同一亚层处于全空、全满或半丰满状态时是比较稳定的，因此，4f亚层处于4f0(La3+)、4f7(Gd3+)、4f14(Lu3+)时，其稳定性相对较好。它们之后的Ce3+、Pr3+、Tb3+分别比稳定的电子组态多1个或2个电子，因此它们可以进一步氧化为+4价，而Sm、Eu、Yb分别比稳定的电子组态少1个或2个电子，因此可以还原为+2价，这是这几种元素具有反常价态的原因。
　　除了电子层的结构因素以外，稀土元素的价态还受到热力学、动力学等多种因素的影响，且易于以其他价态形式存在于合金中。近年来，随着合成条件的不断完善，具有反常价态的稀土元素越来越多，除了四价的Ce、Pr、Tb以及二价的Sm、Eu、Yb之外，新的四价化合物也相继被合成，几乎所有的二价稀土化合物均已形成，但也有相当一部分并非真正的二价化合物。
　　2.镧系收缩
　　镧系元素离子中，随着原子序数的增大，新增加的电子并没有填充到外层，而是填充到4f内层。由于4f电子云弥散，使其并非全部分散在5s、5p的壳层内部。随着原子序数增加1时，核电荷增加1，尽管电子也会增加1，但是4f电子仅能屏蔽一部分新增加的核电荷，因此，人们普遍认为4f电子仅能屏蔽核电荷的85%。在原子内，4f电子云弥散不像在离子中那么大，所以它的屏蔽系数稍高。因此，随着原子序数的增加，外层电子受到有效核电荷的引力实际上是增加了，这种引力的增加，从而导致原子或离子的半径减小，这种现象即为“镧系收缩”，镧系元素的收缩使与其同族的上一个周期的元素钇的三价离子半径处于镧系元素体系中（靠近铒）。钇与镧系元素在化学性质上有很大的相似性，且与镧系元素共生于同一矿物中，不易分离。在分离稀土的过程中，将钇归入重稀土一组；而由于钪的离子半径与镧系元素相差较大，所以通常不会与稀土矿物共存。
　　镧系收缩现象可以用来解释化合物的某些性质。镧系收缩使得镧系元素的离子半径递减，从而导致镧系元素的性质随原子序数的增大而有规律地递变。如镧系元素碱性的变化，随原子序数的增加而减弱；络合物的稳定性随原子序数增加而增强。
　　金属的原子半径是指金属晶体中两个原子核之间距离的一半，即半径大致相当于*外层电子云密度*大的地方。因此在金属中，*外层电子在相邻原子之间是相互重叠的，它们可以在晶格之间自由运动而成为传导电子，一般情况下这种离域的传导电子是3个。然而，铕和镱一般都是4f7、4f14半满或全满的电子组态，因此它们一般只提供2个电子为离域电子，而相邻原子间的外层电子云很少会彼此交叠，从而使其有效半径显著增大，这就是铕和镱原子半径大于其邻近金属原子半径的缘故。而铈原子则不同，其4f中仅有一个电子，易于提供4个离域电子，从而维持其相对稳定的电子组态，这就是铈原子半径小于其邻近金属原子半径的缘故。
　　3.稀土元素的物理性质
　　稀土元素具有典型的金属特性，除了镨、钕呈淡黄色以外，其余大部分都呈银灰色。稀土金属的某些物理性质列于表1.3中。除了钐（菱形结构）、铕（体心立方结构）之外，大多数稀土元素都呈六方密集或面心立方结构。然而，钪、钇、镧、铈、镨、钕、钐、铽、镝、钬、镱等都具有同素异构体，由于它们的晶体转变过程较缓慢，所以在金属中往往会形成两种不同的晶形结构。
　　钇组稀土金属除了镱以外，其熔点（1312～1652℃）均比铈组稀土金属高。而铈组稀土金属（除了钐和铕之外）的沸点也比钇组稀土金属（除了镥）要高。在这些稀土元素中，金属钐、铕、镱的沸点（1430～900℃）是*低的。
　　钐、铕、钆的热中子俘获截面很大，分别为6500bam、4500bam、44000bam，远高于常用于反应堆作热中子控制材料的镉(2500bam)和硼(1715bam)，而铈和钇*小。
　　高纯度稀土金属的布氏硬度值在20～30之间，且容易进行机械成型，因此是一种理想的材料。尤其是金属钇和钐的可塑性是*好的。钇组稀土金属中，除了镱之外，其余的弹性模量都比铈组稀土金属的要高。稀土金属的机械性能与其所含的杂质含量密切相关，尤其是氧、硫、氮、碳等杂质。
　　稀土金属的导电性较差。镧在4～6K下表现出超导电性，而其他稀土金属即使在接近0K时也无超导电性。钆、镝、钬具有铁磁性；除了镧和镥为反磁性物质外，其他所有稀土金属均为顺磁性，如表1.4和图1.3所示。
　　通常具有未充满的4f电子层的原子或离子有30000多条可以观察到的谱线，远多于d层和p层未充满电子的原子或者离子。因此，稀土元素可以吸收或发射从紫外到红外光区的各种谱线。
　　稀土离子在某些激发态能级上的平均寿命可以达到10.6～10.2s，远远超过普通原子和离子的10.10～10.8s。利用这一特性，可以制备出具有长余辉的荧光材料。
　　4.稀土元素的化学性质
　　稀土元素具有很强的化学活性，从钪到钇再到镧，化学活性依次递增，从镧到镥依次降低，其中，镧、铈和铕的活性*大。在低温条件下，稀土元素可与氢、碳、氮、磷等多种元素发生反应。稀土金属具有非常低的燃点，如铈为160℃、镨为190℃、钕为270℃，它们都可以形成非常稳定的氧化物、卤化物和硫化物。
　　稀土金属在盐酸、硫酸、硝酸等溶剂中极易溶解，且能够使水分解，但不和碱发生反应。稀土金属在氢氟酸和磷酸中很难溶解，这是因为其能与酸形成一层难溶的氟化物和磷酸盐类的保护膜。

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 稀土元素概念与性质 1
1.1.1 稀土元素的概念 1
1.1.2 稀土元素的性质 1
1.2 稀土矿物与资源 17
1.2.1 稀土资源分布 17
1.2.2 稀土矿物分类与特征 25
参考文献 43
第2章 白云鄂博稀土矿浓硫酸冶炼技术 44
2.1 浓硫酸低温冶炼技术 44
2.1.1 浓硫酸低温分解的原理 44
2.1.2 浓硫酸低温分解混合稀土精矿动力学分析 46
2.1.3 浓硫酸低温分解工艺 49
2.1.4 浓硫酸低温分解工艺的改进 53
2.1.5 浓硫酸低温分解新工艺 54
2.2 浓硫酸高温冶炼技术 78
2.2.1 浓硫酸强化分解的原理 78
2.2.2 浓硫酸强化焙烧分解工艺 80
2.2.3 浓硫酸强化分解工艺的改进 87
2.2.4 浓硫酸强化分解工艺的发展 88
参考文献 118
第3章 白云鄂博稀土矿碱法冶炼技术 120
3.1 烧碱冶炼技术 120
3.1.1 烧碱分解的原理 120
3.1.2 烧碱分解的精矿处理 121
3.1.3 烧碱分解工艺 122
3.1.4 烧碱分解工艺的改进 127
3.1.5 烧碱的循环回收利用 142
3.1.6 氢氧化钾分解混合稀土精矿 144
3.2 碳酸钠冶炼技术 168
3.2.1 碳酸钠分解的反应原理 168
3.2.2 碳酸钠分解工艺 169
3.2.3 碳酸钠分解工艺进展 171
参考文献 179
第4章 白云鄂博稀土矿铝盐冶炼技术 181
4.1 铝盐冶炼技术 181
4.1.1 铝盐分解的原理 182
4.1.2 铝盐分解工艺 183
4.1.3 铝盐分解工艺新进展 200
4.2 铝盐浸出液中稀土与非稀土的分离 220
4.2.1 复盐沉淀法分离稀土与非稀土的原理 220
4.2.2 复盐沉淀法分离稀土的工艺 224
4.2.3 复盐沉淀产物分析 229
4.3 稀土分离废水合成冰晶石 231
4.3.1 氟铝络合的原理 231
4.3.2 废水合成冰晶石工艺 233
4.3.3 冰晶石产品分析 241
参考文献 244
第5章 白云鄂博稀土矿其他冶炼技术 246
5.1 氯化铵冶炼技术 246
5.1.1 氯化铵冶炼原理 246
5.1.2 氯化铵分解工艺 247
5.2 MgCl2冶炼技术 254
5.2.1 MgCl2冶炼原理 254
5.2.2 MgCl2分解工艺 257
5.3 其他方法 282
5.3.1 微波分解混合稀土精矿 282
5.3.2 NaOH-CaO-H2O体系中的机械力化学分解混合稀土精矿 287
参考文献 296