Обогащение руд и россыпей редких и благородных металлов - Полькин С.И.
Скачать (прямая ссылка):
В земной коре суммарное содержание редкоземельных элементов составляет 0,01 %, т. е. оно примерно такое же, как содержание меди, и больше, чем содержание свинца, олова, ртути, кадмия, вольфрама, молибдена и многих других элементов.
На долю элементов цериевой группы приходится 80 % (по массе), а иттриевой 20 %.
310
Таблица 13.1. Основные свойства редкоземельных элементов и тория
Название Символ Порядковый номер Температура плавления, Плотность, г/см3 Кларк, ю-* % Относительное содержание Ссумма TR взята за 100%), %
Лантан La 57 920+5 6,2 40 11,4
Церий Ce 58 804+5 6,8 40 28,6
Празеодим Pr 59 935+5 6,8 7 4,4
Неодим Nd 60 1024+5 7 30 15,9
Прометий Pm 61 — — — —
Самарий Sm 62 1052+ 5 7,5 4 4,4
Европий Eu 63 900 5,2 1 0,8
Гадолиний Gd 64 1350+5 7,9 7 6,4
Тербий Tb 65 1400—1500 8,2 1 1
Диспрозий Dy 66 1475—1500 8,6 4 2,9
Гольмий Но 67 1475—1525 8,8 1 0,8
Эрбий Er 68 1475—1525 9,0 9 2,6
Тулий Tm 69 1500—1550 9,3 T 0,5
Иттербий Yb 70 824+5 6,9 2 1,9
Лютеций Ln 71 1650—1750 9,8 1 0,6
Скандий Sc 55 1550—1600 3 6 —
Иттрий Y 39 1475-1525 4,8 20 17,8
Торий Th 90 1700+20 11,6 8 —
Свойства иттриевой группы исследованы крайне слабо, что служит главной причиной ограниченного их применения. Объясняется это большой трудностью получения их в чистом виде без примесей других редкоземельных элементов, что, в свою очередь, вызвано строением атомов этих элементов.
Химические реакции обусловлены главным образом электронами первого, внешнего, слоя, а электроны, расположенные в более глубоких слоях, менее подвижны. Лантаниды во внешних слоях имеют только по два электрода и различаются числом электронов во внутренних слоях. Считается, что в химических реакциях участвуют только два электрона из внешнего слоя плюс один из предпоследнего. Это определяет, во-первых, одинаковую, как правило, валентность редкоземельных элементов, равную трем, во-вторых, большое сходство их химических свойств и превращений и способность к изоморфизму. Изоморфизм заключается, по определению Д. И. Менделеева, в том, что одинаковое число атомов в молекуле того или иного химического вещества определяет «сходство в химических реакциях, близость в свойствах, одинаковую или близкую кристаллическую форму».
Характерным для элементов редких земель является близость их ионных радиусов, которая также объясняет сходство их свойств. У 16 редкоземельных элементов ионный радиус находится в пределах от 1•1O-10 (иттербий) до 1,22•1O-10 м (лантан), причем при переходе элемента к элементу разница не превышает 4•1O-12 м.
311
Редкоземельные металлы легко окисляются на воздухе, дают устойчивые оксиды и разлагают воду с образованием гидроксидов, из которых прокаливанием можно также получить оксиды. Характерна высокая теплота образования оксидов, например, теплота образования La2O3 равна 640 кДж на 1 г-атом кислорода. Это свойство обусловливает эффективное применение редкоземельных металлов в качестве раскисли-телей.
Все редкоземельные металлы активно соединяются с углеродом, серой, фосфором, азотом, чем пользуются для удаления этих элементов, например из стали и чугуна.
Тонкоизмельченные редкоземельные металлы пирофорны, на этом основывается их применение в трассирующих снарядах и пулях, в производстве кремней для зажигалок и т. д.
Наиболее резко отличаются по своим свойствам комплексные соединения редкоземельных элементов, причем устойчивость комплексных соединений возрастает закономерно от церия к лютецию. На этом базируется эффективный метод разделения редкоземельных элементов — метод ионного обмена. Известны многочисленные комплексные соединения редкоземельных элементов с многими органическими веществами.
В последние годы имеются значительные успехи в технологии получения в чистом виде отдельных металлов редких земель. Это позволило исследовать их свойства с целью расширения областей применения.
Потребителями редкоземельных металлов являются радио-, рентгено- и электротехника, производство стекла и керамики, атомная техника, черная и цветная металлургия, химическая промышленность, медицина и сельское хозяйство.
В радиотехнике редкоземельные металлы используют в составе нераспыляющихся поглотителей газов (геттеров). Применяемый для этих целей мишметалл содержит 52—65 % Ce, 22—30 % La и примеси других редкоземельных металлов. Взаимодействие церия и лантана с газами происходит интенсивно при 400—500 °С.
Оксид неодима используется в электронных приборах как диэлектрик с малым коэффициентом линейного расширения.
Перспективно применение боридов некоторых редкоземельных металлов (LaBo, YB6, GdBo, ScB6) в качестве материала для катодов в электронных приборах.
Важное применение в последние годы нашел тулий, который после облучения нейтронами в ядерном реакторе становится 7-излучателем. Образующийся при этом радиоактивный изотоп 170Tm может быть применен для изготовления портативных (массой 3 кг) генераторов мягких рентгеновых лучей медицинского назначения и для металлодефектоскопии, заменяющих громоздкую рентгеновскую аппаратуру. На один такой аппарат расходуется только 0,1—0,2 г тулия в виде оксида при продолжительности работы в течение года (период полу-
