重稀土概述

根據稀土元素間物理化學性質和地球化學性質的某些差異和分離工藝的要求，學者們往往把稀土類元素分為輕、重兩組或者 輕、中、重三組。兩組的分法以釓為界，釓以前的鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪7個元素為輕稀土元素，亦稱鈰組稀土元素;釓及釓以后的鋱、鈥、鉺、銩、鐿、镥和釔等9個元素稱為重稀土元素，亦稱釔組稀土元素。盡管釔的原子量僅為89，但由于其離子半徑在其它重稀土元素的離子半徑鏈環(huán)之中，其化學性質更接近重稀土元素。在自然界也與其它重稀土元素共生。故它被歸為重稀土組。輕中重三組稀土的分類法沒有一定之規(guī)，如按稀土硫酸復鹽溶解度大小可分為:難溶性鈰組即輕稀土組，包括鑭、鈰、鐠、釹、釤;微溶性鋱組即中稀土組，包括銪、釓、鋱、鏑;較易溶性的釔組即重稀土組，包括釔、鈥、鉺、銩、鐿、镥。然而各組之間相鄰元素間的溶解度差別很小，用這種方法是分不凈的。多用萃取法分組，例如用二2乙基已基磷酸即P204可在釹/釤間分組，然后再在釓/鋱間分組等。這們，鑭、鈰、鐠、釹稱為輕稀土，釤、銪、釓稱為中稀土，鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥再加上釔稱為重稀土。

稀土被人們稱為新材料的"寶庫"，是各國科學家，尤其是材料專家最關注的一組元素，被美國、日本等國家有關部門列為發(fā)展高技術產業(yè)的關鍵元素。有人認為，隨著稀土元素的開發(fā)，將會引發(fā)一場新的技術革命。

稀土元素最初是從瑞典產的比較稀少的礦物中發(fā)現的，"土"是按當時的習慣，稱不溶于水的物質，故稱稀土。稀土的英文是RareEarth,意即"稀少的土"。人類第一次從天然礦物中發(fā)現稀土是1794年。稀土元素之間的性質相近，在自然界中往往共生在一起，1794年首次發(fā)現的是混合稀土。由于當時科學技術水平的限制，人們只能制得一些不純凈的、像土一樣的氧化物，故人們便給這組元素留下了這么一個別致有趣的名字。隨著科技的進步，以后才逐漸將它們彼此分離出來。從發(fā)現稀土到將17個稀土元素找齊最后一個稀土元素是1947年發(fā)現的，共經歷了150多年。

根據國際純粹與應用化學聯合會對稀土元素的定義，稀土類元素是門捷列夫元素周期表第三副族中原子序數從57至71的15個鑭系元素，即鑭57、鈰58、鐠59、釹60、钷61、釤62、銪63、釓64、鋱65、鏑66、鈥67、鉺68、銩69、鐿70、镥71，再加上與其電子結構和化學性質相近的鈧21和釔39，共計17個元素。除鈧與钷外，其余15個元素往往共生。

稀土元素在元素周期表中的位置十分特殊,17個元素同處在第ⅢB族，鈧、釔、鑭、分別為第四、五、六、長周期中過渡元素系列的第一個元素。鑭與其后的14個元素性質十分相似，化學家們只能把它們放入一個格子內，難怪有人把它們當成"同位素"對待，然而由于其原子序數不同，還不能算作真正的同位素。就是說，它們性質十分相似，又不完全一樣，這就造成了這組元素分離的困難，但也表明只要利用其微小的差別，分離又是可能的。

稀土元素是典型的金屬元素。它們的金屬活潑性僅次于堿金屬和堿土金屬元素，而比其他金屬元素活潑。在17個稀土元素當中，按金屬的活潑次序排列，由鈧，釔、鑭遞增，由鑭到镥遞減，即鑭元素最活潑。稀土元素能形成化學穩(wěn)定的氧化物、鹵化物、硫化物。稀土元素可以和氮、氫、碳、磷發(fā)生反應，易溶于鹽酸、硫酸和硝酸中。

稀土易和氧、硫、鉛等元素化合生成熔點高的化合物，因此在鋼水中加入稀土，可以起到凈化鋼的效果。由于稀土元素的金屬原子半徑比鐵的原子半徑大，很容易填補在其晶粒及缺陷中，并生成能阻礙晶粒繼續(xù)生長的膜，從而使晶粒細化而提高鋼的性能。

稀土元素具有未充滿的4f電子層結構，并由此而產生多種多樣的電子能級。因此，稀土可以作為優(yōu)良的熒光，激光和電光源材料以及彩色玻璃、陶瓷的釉料。稀土離子與羥基、偶氮基或磺酸基等形成結合物，使稀土廣泛用于印染行業(yè)。而某些稀土元素具有中子俘獲截面積大的特性，如釤、銪、釓、鏑和鉺，可用作原子能反應堆的控制材料和減速劑。而鈰、釔的中子俘獲截面積小，則可作為反應堆燃料的稀釋劑。

稀土具有類似微量元素的性質，可以促進農作物的種子萌發(fā)，促進根系生長，促進植物的光合作用。

根據稀土元素原子電子層結構和物理化學性質，以及它們在礦物中共生情況和不同的離子半徑可產生不同性質的特征，十七種稀土元素通常分為二組:

輕稀土包括:鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、。

重稀土包括:釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、鈧、釔。

按礦物特點分類:

鈰組(輕稀土)-鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤和銪;

釔組(重稀土)-釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥和鈧。

按萃取分離分類: 輕稀土(P204弱酸度萃取)-鑭、鈰、鐠、釹;

中稀土(P204低酸度萃取)-釤、銪、釓、鋱和鏑;

重稀土(P204中酸度萃取)-鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔。