工业维生素——稀土

稀土是元素周期表中的镧系元素和钪、钇共十七种金属元素的总称。自然界中有250种稀土矿。

最早发现稀土的是芬兰化学家加多林(John Gadolin)。1794年，他从一块形似沥青的重质矿石中分离出第一种稀土"元素"(钇土，即Y₂O₃)。

因为18世纪发现的稀土矿物较少，当时只能用化学法制得少量不溶于水的氧化物，历史上习惯地把这种氧化物称为"土"，因而得名稀土。

一、元素分类

根据稀土元素原子电子层结构和物理化学性质，以及它们在矿物中共生情况和不同的离子半径可产生不同性质的特征，十七种稀土元素通常分为二组：

轻稀土包括：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕。

重稀土包括：钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇。

按萃取分离分类:

轻稀土(弱酸度萃取)-镧、铈、镨、钕；

中稀土(低酸度萃取)-钐、铕、钆、铽和镝；

重稀土(中酸度萃取)-钬、铒、铥、镱、镥、钇。

二、资源分布

⒈ 稀土特点

稀土由14种自然元素，以及合成元素组成。自然储量超过1.5亿吨，可开采储量超过0.88亿吨。稀土市场是一个多元化的市场，它不只是一个产品，而是15个稀土元素和钇、钪及其各种化合物从纯度46%的氯化物到99.9999%的单一稀土氧化物及稀土金属，均具有多种多样的用途。加上相关的化合物和混合物，产品不计其数。

稀土元素在地壳中的含量并不稀少，总的克拉克值达到了234.51%，比常见元素铜(克拉克值10%)、锌(克拉克值5%)、锡(克拉克值4%)、铅(克拉克值14%)、镍(克拉克值8%)、钴(克拉克值3%)都多。稀土元素在自然界矿物中的分布总体上看存在着三个特点:

①随原子序数的增加，稀土元素的克拉克值呈下降趋势

②原子序数为偶数的稀土元素的克拉克值一般大于与其相邻的奇数元素

③铈组元素(La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd)在地壳的含量大于钇组元素(Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y)。

⒉ 状态

在自然界中，稀土主要富集在花岗岩、碱性岩、碱性超基性岩及与它们有关的矿床中。稀土元素在矿物中的赋存状态，按矿物晶体化学分析主要有三种。

(1)稀土元素参加矿物的晶格，构成矿物必不可少的组成部分。这类矿物通常称之为稀土矿物。独居石(RePO₄)、氟碳铈矿([La、Ce]FCO₃)都属于此类。

(2)稀土元素以类质同象置换矿物中Ca、Sr、Ba、Mn、Zr等元素的形式分散在矿物中。这类矿物在自然界中较多，但是大多数矿物中的稀土含量较低。含稀土的萤石、磷灰石均属于此类。

(3)稀土元素呈离子吸附状态赋存于某些矿物的表面或颗粒之间。这类矿物属于风化壳淋积型矿物，稀土离子吸附于哪种矿物与该种矿物风化前所含矿母岩有关。稀土元素在地壳中平均含量为165.35×10。在自然界中稀土元素主要以单矿物形式存在，世界上已发现的稀土矿物和含稀土元素的矿物有250多种，其中稀土含量ΣREE＞5.8%的有50-65种，可视为稀土独立的矿物。重要的稀土矿物主要为氟碳酸盐和磷酸盐。

三、理化性质

一是缺少硫化物和硫酸盐(只有极个别的)，这说明稀土元素具有亲氧性；

二是稀土的硅酸盐主要是岛状，没有层状、架状和链状构造；

三是部分稀土矿物(特别是复杂的氧化物及硅酸盐)呈现非晶质状态；

四是稀土矿物的分布，在岩浆岩及伟晶岩中以硅酸盐及氧化物为主，在热液矿床及风化壳矿床中以氟碳酸盐、磷酸盐为主。富钇的矿物大部分都赋存在花岗岩类岩石和与其有关的伟晶岩、气水热液矿床中；

五是稀土元素由于其原子结构、化学和晶体化学性质相近而经常共生在同一个矿物中，即铈族稀土和钇族稀土元素常共存在一个矿物中，但这类元素并非等量共存，有些矿物以含铈族稀土为主，有些矿物则以钇族为主。

在已发现的250多种稀土矿物和含稀土元素的矿物，适合现今选冶条件的工业矿物仅有10余种。

四、常见类型

㈠ 原矿

独居石

独居石又名磷铈镧矿。

化学成分及性质：(Ce，La，Y，Th)[PO₄]。成分变化很大。矿物成分中稀土氧化物含量可达50-68%。类质同象混入物有Y、Th、Ca、[SiO₄]和[SO₄]。独居石溶于H₃PO₄、HClO₄、H₂SO₄中。

晶体结构及形态：单斜晶系，斜方柱晶类。晶体呈板状，晶面常有条纹，有时为柱、锥、粒状。

物理性质：呈黄褐色、棕色、红色，间或有绿色。半透明至透明。条痕白色或浅红黄色。具有强玻璃光泽。硬度5.0-5.5。性脆。比重4.9-5.5。电磁性中弱。在X射线下发绿光。在阴极射线下不发光。

生成状态：产在花岗岩及花岗伟晶岩中；稀有金属碳酸岩中；云英岩与石英岩中；云霞正长岩、长霓岩与碱性正长伟晶岩中；阿尔卑斯山脉中；混合岩中；及风化壳与砂矿中。

用途:主要用来提取稀土元素。

产地:具有经济开采价值的独居石主要资源是冲积型或海滨砂矿床。最重要的海滨砂矿床是在澳大利亚沿海、巴西以及印度等沿海。此外，斯里兰卡、马达加斯加、南非、马来西亚、中国、泰国、韩国、朝鲜等地都含有独居石的重砂矿床。

独居石的生产近几年呈下降趋势，主要原因是由于矿石中钍元素具有放射性，对环境有害。