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引言 稀土元素是镧系元素系稀土类元素群的总称

2013-08-08 01:08

引言
　　
　　稀土元素是镧系元素系稀土类元素群的总称，包含钪、钇及镧系中的镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥，共17 个元素。稀土元素在地壳中主要以矿物形式存在，其赋存状态主要有三种：（1）作为矿物的基本组成元素；（2）作为矿物的杂质元素；（3）呈离子状态被吸附于某些矿物的表面或颗粒间。现在用于工业提取稀土元素的矿物主要有四种：氟碳铈矿、独居石矿、磷钇矿和风化壳淋积型矿，前三种矿占西方稀土产量的95%以上。
　　
　　1 二氧化铈的基本性质和生产技术现状
　　
　　稀土被人们称为新材料的宝库，已被美国、西欧、日本等有关部门列为发展高新技术产业的关键元素和国家的战略元素；中国是公认的稀土大国，稀土产量、出口量、消费量均居世界第一位。目前已探明世界稀土资源工业总储量约为1 亿吨（以稀土氧化物计），占世界稀土工业储量的53.5%，矿物种类齐全[1]。我国稀土资源以地域和类型分成南（方）、北（方）、西（部）三大类。北方为混合型稀土矿（氟炭铈矿和独居石），储量集中分布在内蒙古白云鄂博铁矿；南方为离子吸附型稀土矿，资源储量分布于江西、广东、广西、福建、湖南等省（区），相对集中在江西、广东两省；西部四川冕宁和山东微山两地的稀土矿以氟炭铈矿为主。
　　目前每年全球稀土总消费量为9 万多吨，主要靠我国供应。稀土中各个元素在矿物中配分互不相同，稀土的消费中存在各个稀土元素利用不平衡的严峻问题。重稀土精矿中镝、铽、镨、钇等世界稀缺的元素需求量相对较大，而以铈、镧为主的轻稀土严重供大于求，造成大量积压。由于各个稀土元素在实际应用时用量不平衡，故造成丰度高的镧、铈和一些暂时用途少的部分重稀土元素过剩和积压，制约了稀土工业的发展。稀土元素中以铈的丰度最高，在氟碳铈矿中铈的配分接近50%，稀土产业的发展必须解决各个稀土元素发展不平衡问题，特别是充分开发丰度高的稀土元素的用途[2]。二氧化铈(CeO2)是一种价廉而用途极为广泛的稀土材料，广泛应用于超导、陶瓷、气体传感器、涂料、橡胶、照明、抛光材料及汽车尾气净化催化剂等许多方面，随着纳米CeO2 材料的制备，使CeO2 具备了更加优异的性能。　　

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　　2 二氧化铈的基本性质和生产技术现状
　　
　　CeO2 是最重要的、具有代表性的铈氧化物，具有萤石结构，浅黄色固体，熔点为2600℃，不溶于水，难溶于硫酸、硝酸，为强氧化剂。在空气中加热铈、氢氧化铈（III）或草酸铈（III）均可制得CeO2。镧系金属都容易在空气中燃烧生成三氧化二物，只有铈生成CeO2。
　　目前，我国生产CeO2 的主要原料有下列几种：
　　（1）稀土精矿（w（REO）≥50%，w（CeO2）=40%~50%），包括内蒙古包头的混合型稀土精矿及四川冕宁的氟碳铈精矿；
　　（2）混合氢氧化稀土（RE(OH)3），它是稀土精矿经处理而制成的中间原料，其中w（REO）≈60%，w（CeO2）≈50%；
　　（3）硫酸稀土（RE2(SO4)3）及氯化稀土（RECl3）。前者w（REO）≈50%，w（CeO2）≈50%，后者w（REO）≥45%，w（CeO2）≥45%。三种原料均供应充足。
　　我国生产CeO2 的工艺技术及设备经不断改进与完善，已进入全球同行业先进行列中。目前我国工业化生产中常用的工艺技术有化学氧化法，包括空气氧化法和高锰酸钾氧化法；焙烧氧化法；和萃取分离法，包括P204 和P507 在硫酸或盐酸介质中萃取分离[3]。
　　
　　3 二氧化铈的应用现状
　　
　　CeO2 是一种价廉而用途极为广泛的稀土材料，广泛应用于抛光材料、汽车尾气净化催化剂、气体传感器、表面工程、橡胶及陶瓷等方面，随着纳米CeO2 材料的制备，使CeO2具备了更加优异的性能。
　　
　　3.1 二氧化铈在催化剂上的应用