稀土冶煉需要用到哪些化學(xué)物質(zhì)?草酸、液堿、小蘇打這些有么?還有其他的么?

【專家解說】：稀土冶煉方法有兩種，即濕法冶金和火法冶金。 濕法冶金屬化工冶金方式，全流程大多處于溶液、溶劑之中，如稀土精礦的分解、稀土氧化物、稀土化合物、單一稀土金屬的分離和提取過程就是采用沉淀、結(jié)晶、氧化還原、溶劑萃取、離子交換等化學(xué)分離工藝過程。現(xiàn)應(yīng)用較普遍的是有機溶劑萃取法，它是產(chǎn)業(yè)分離高純單一稀土元素的通用工藝。濕法冶金流程復(fù)雜，產(chǎn)品純度高，該法出產(chǎn)成品應(yīng)用面廣闊。 火法冶金工藝過程簡樸，出產(chǎn)率較高。稀土火法冶煉主要包括硅熱還原法制取稀土合金，熔鹽電解法制取稀土金屬或合金，金屬熱還原法制取稀土合金等?；鸱ㄒ苯鸬墓餐攸c是在高溫前提下出產(chǎn)。 1.稀土精礦的分解 稀土精礦中的稀土，一般呈難溶于水的碳酸鹽、氟化物、磷酸鹽、氧化物或硅酸鹽等形態(tài)。必需通過各種化學(xué)變化將稀土轉(zhuǎn)化為溶于水或無機酸的化合物，經(jīng)由溶解、分離、凈化、濃縮或灼燒等工序，制成各種混合稀土化合物如混合稀土氯化物，作為產(chǎn)品或分離單一稀土的原料，這樣的過程稱為稀土精礦分解也稱為前處理。 分解稀土精礦有良多方法，總的來說可分為三類，即酸法、堿法和氯化分解。酸法分解又分為鹽酸分解、硫酸分解和氫氟酸分解法等。堿法分解又分為氫氧化鈉分解或氫氧化鈉熔融或蘇打焙燒法等。一般根據(jù)精礦的類型、品位特點、產(chǎn)品方案、便于非稀土元素的回收與綜合利用、利于勞動衛(wèi)生與環(huán)境保護、經(jīng)濟公道等原則選擇相宜的工藝流程。 碳酸稀土和氯化稀土的出產(chǎn): 這是稀土產(chǎn)業(yè)中最主要的兩種低級產(chǎn)品，一般地說，目前有兩個主要工藝出產(chǎn)這兩種產(chǎn)品。 一個工藝是濃硫酸焙燒工藝，即把稀土精礦與硫酸混合在回轉(zhuǎn)窯中焙燒。經(jīng)由焙燒的礦用水浸出，則可溶性的稀土硫酸鹽就進入水溶液，稱之為浸出液。然后往浸出液中加入碳酸氫銨，則稀土呈碳酸鹽沉淀下來，過濾后即得碳酸稀土。 另一種工藝叫燒堿法工藝，簡稱堿法工藝。一般是將60%的稀土精礦與濃堿液攪勻，在高溫下熔融反應(yīng)，稀土精礦即被分解，稀土變?yōu)闅溲趸⊥?，把堿餅經(jīng)水洗除去鈉鹽和多余的堿，然后把水洗過的氫氧化稀土再用鹽酸溶解，稀土被溶解為氯化稀土溶液，調(diào)酸度除去雜質(zhì)，過濾后的氯化稀土溶液經(jīng)濃縮結(jié)晶即制得固體的氯化稀土。 2.稀土元素的分離 目前，除Pm以外的16個稀土元素都可提純到6N(99.9999%)的純度。由稀土精礦分解后所得到的混合稀土化合物中，分離提掏出單一純稀土元素，在化學(xué)工藝上是比較復(fù)雜和難題的。其主要原因有二個，一是鑭系元素之間的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)十分相似，多數(shù)稀土離子半徑居于相鄰兩元素之間，非常相近，在水溶液中都是不亂的三價態(tài)。稀土離子與水的親和力大，因受水合物的保護，其化學(xué)性質(zhì)非常相似，分離提純極為難題。二是稀土精礦分解后所得到的混合稀土化合物中伴生的雜質(zhì)元素較多(如鈾、釷、鈮、鉭、鈦、鋯、鐵、鈣、硅、氟、磷等)。因此，在分離稀土元素的工藝流程中，不但要考慮這十幾個化學(xué)性質(zhì)極其相近的稀土元素之間的分離，而且還必需考慮稀土元素同伴生的雜質(zhì)元素之間的分離。 現(xiàn)在稀土出產(chǎn)中采用的分離方法(濕法出產(chǎn)工藝)有:(1)分步法(分級結(jié)晶法、分級沉淀法和氧化還原法);(2)離子交換法;(3)溶劑萃取法。 (1)分步法 從1794年發(fā)現(xiàn)的釔(Y)到1905年發(fā)現(xiàn)的镥(Lu)為止，所有自然存在的稀土元素間的單一分離，還有居里夫婦發(fā)現(xiàn)的鐳，都是用這種方法分離的。分步法是利用化合物在溶劑中溶解的難易程度(溶解度)上的差別來進行分離和提純的。方法的操縱程序是:將含有兩種稀土元素的化合物先以相宜的溶劑溶解后，加熱濃縮，溶液中一部門元素化合物析出來(結(jié)晶或沉淀)。析出物中，溶解度較小的稀土元素得到富集，溶解度較大點的稀土元素在溶液中也得到富集。由于稀土元素之間的溶解度差別很小，必需重復(fù)操縱多次才能將這兩種稀土元素分離開來，因而這是一件非常難題的工作。全部稀土元素的單一分離耗費了100多年，一次分離重復(fù)操縱竟達2萬次，對于化學(xué)工作者而言，其艱辛的程度，可想而知。因此用這樣的方法不能大量出產(chǎn)單一稀土。 (2)離子交換法 因為分步法不能大量出產(chǎn)單一稀土，因而稀土元素的研究工作也受到了阻礙，第二次世界大戰(zhàn)后，美國原槍彈研制計劃即所謂曼哈頓計劃推動了稀土分離技術(shù)的發(fā)展，因稀土元素和鈾、釷等放射性元素性質(zhì)相似，為盡快推進原子能的研究，就將稀土作為其代用品加以利用。而且，為了分析原子核裂變產(chǎn)物中含有的稀土元素，并除去鈾、釷中的稀土元素，研究成功了離子交換色層分析法(離子交換法)，進而用于稀土元素的分離。 離子交換色層法的原理是:首先將陽離子交換樹脂填充于柱子內(nèi)，再將待分離的混合稀土吸附在柱子進口處的那一端，然后讓淋洗液從上到下流經(jīng)柱子。形成了絡(luò)合物的稀土就脫離離子交換樹脂而隨淋洗液一起向下活動?；顒拥倪^程中稀土絡(luò)合物分解，再吸附于樹脂上。就這樣，稀土離子一邊吸附、脫離樹脂，一邊跟著淋洗液向柱子的出口端活動。因為稀土離子與絡(luò)合劑形成的絡(luò)合物的不亂性不同，因此各種稀土離子向下移動的速度不一樣，親和力大的稀土向下活動快，結(jié)果先到達出口端。 離子交換法的長處是一次操縱可以將多個元素加以分離。而且還能得到高純度的產(chǎn)品。這種方法的缺點是不能連續(xù)處理，一次操縱周期花費時間長，還有樹脂的再生、交換等所耗本錢高，因此，這種曾經(jīng)是分離大量稀土的主要方法已從主流分離方法上退下來，而被溶劑萃取法取代。但因為離子交換色層法具有獲得高純度單一稀土產(chǎn)品的凸起特點，目前，為制取超高純單一稀土產(chǎn)品以及一些重稀土元素的分離，還需用離子交換色層法分離制取。 (3)溶劑萃取法 利用有機溶劑從與其不相混溶的水溶液中把被萃取物提取分離出來的方法稱之為有機溶劑液-液液萃取法，簡稱溶劑萃取法，它是一種把物質(zhì)從一個液相轉(zhuǎn)移到另一個液相的傳質(zhì)過程。 溶劑萃取法在石油化工、有機化學(xué)、藥物化學(xué)和分析化學(xué)方面應(yīng)用較早。但近四十年來，因為原子能科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，超純物質(zhì)及稀有元素出產(chǎn)的需要，溶劑萃取法在核燃料產(chǎn)業(yè)、稀有冶金等產(chǎn)業(yè)方面，得到了很大的發(fā)展。我國在萃取理論的研究、新型萃取劑的合成與應(yīng)用和稀土元素分離的萃取工藝流程等方面，均達到了很高的水平。 溶劑萃取法其萃取過程與分級沉淀、分級結(jié)晶、離子交換等分離方法比擬，具有分離效果好、出產(chǎn)能力大、便于快速連續(xù)出產(chǎn)、易于實現(xiàn)自動控制等一系列長處，因而逐漸變成分離大量稀土的主要方法。 溶劑萃取法的分離設(shè)備有混合澄清槽、離心萃取器等，提純稀土所用的萃取劑有:以酸性磷酸酯為代表的陽離子萃取劑如P204、P507，以胺為代表的陰離子交換液N1923和以TBP、P350等中性磷酸酯為代表的溶劑萃取劑三種。這些萃取劑的粘度與比重都很高，與水不易分離。通常用煤油等溶劑將其稀釋再用。 萃取工藝過程一般可分為三個主要階段:萃取、洗滌、反萃取。 【所以稀土冶煉需要用到液堿，碳酸氫銨，蘇打，硫酸等等】