我国稀土资源开发现状与发展方向.ppt

我国稀土资源的开发现状及发展方向,池汝安教授武汉工程大学,稀土元素,一、稀 土 概 况,稀土的英文是Rare Earth，简写RE，意即“稀少的土”，其实这不过是18世纪遗留给人们的误会，由于当时人们只能制得一些不纯净的像土一样的氧化物而得名。稀土元素并不稀少，只是分散。稀土是镧系元素镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、再加上与其电子结构和化学性质相似的钪(Sc)和钇(Y)，共十七个元素。依据稀土硫酸盐的溶解度差异，常把稀土分为轻、中、重稀土三组，轻稀土为La、Ce、Pr、Nd四个元素，中稀土为Sm、Eu、Gd、Tb、Dy五个元素，重稀土为Ho、Er、Tm、Yb、Lu和Y六个元素。,一、稀土概况,1787年 卡尔阿雷尼乌斯军官在瑞典 伊特比（Ytterby）村发现,1794年 加多林（Gadolinite）,1843年 莫桑德(KGMosander),1878年 马利格纳克(Jean Charles GDe Marignac),1879年 尼尔森（LarsFNilsson）,1907年 韦尔斯巴克(Auer von Welsbach)、乌贝恩(GUrbain),1879年 克利夫（Per Theodore Cleve）,1886年 博依斯包德(Lecog de Boisbaudran),一、稀土概况重稀土的发现历程,Tungsten矿,铈土（谷神星）,1803年 伯采利乌斯（J.J.Berzelius）、黑新格尔（W.elsbach）、克拉普罗斯（M.H.Klaproth）,镧（隐藏之意）,1839年 莫桑德(K.G.Mosander),镨钕（双生子之意）,19世纪40年代 莫桑德(K.G.Mosander),镨,钕,1885年 韦尔斯巴克(Auer von Welsbach),铈,一、稀土概况轻稀土的发现历程,铌钇矿,钐,钆（纪念加多林）,钐土,钐,铕,1901年 德马克(E.A.Demarcay),1880年 马利格纳克(Jean Charles GDe Marignac),1879年 博依斯包德(Lecog de Boisbaudra),1947年，马林斯基（J.A.Marinsky）、格伦迪宁（L.E.Glendenin）和科里尔（C.E.Coryell）在处理铀裂变产物时，发现钷。,一、稀土概况轻稀土的发现历程,一、稀土概况应用,稀土有独特的4f电子结构，因此它有许多独特的性能，是现代工业和新材料的“味精”。早在19世纪末和20世纪30年代，稀土就已应用于照明用的白炽灯纱罩，随后稀土用于制备打火石和以稀土氟化物作添加剂加入弧光灯的碳极芯中。到40年代，稀土元素得到广泛的应用，主要用于抛光粉、玻璃的脱色剂和陶瓷的乳浊剂等，随后开发出单一稀土的应用。,一、稀土概况应用,目前，稀土已在冶金、陶瓷、玻璃、石油化工、核工业、电子工业、农业及医药方面得到广泛的应用。冶金工业 特种钢、稀土镁合金 玻璃、陶瓷工业 二氧化铈作为抛光剂 光学材料 三基色荧光粉、镧玻璃 磁性材料 钐钴永磁体、钕铁硼永磁体 超导材料 农业 稀土微肥 化学工业 石油裂化催化剂,镧的应用非常广泛，主要用途有：应用于压电材料、电热材料、热电材料、磁阻材料、发光材料(兰粉)、贮氢材料、光学玻璃、激光材料、各种合金材料等。此外，镧也应用到制备许多有机化工产品的催化剂中，光转换农用薄膜也用到镧。在国外，科学家把镧对作物的作用赋与“超级钙”的美称。,镧,一、稀土概况应用,1886年韦尔斯巴克(Auer Von Welsbaeh)发现铈元素的第一个用途，用于煤汽灯纱罩可以提高汽灯的亮度，即作汽灯纱罩的发光增强剂。1903年，韦尔斯巴克(Auer Von Welsbaeh)发现了铈元素的第二个用途制造打火石。1910年，人类发现了铈的第三个用途探照灯和电影放映机的电弧碳棒。,铈,一、稀土概况应用,从以上铈的三大用途可以看出，铈的用途都与发光有关。因此铈被誉为稀土元素家族中的“光明使者”。目前，铈的应用领域非常广泛，几乎所有的稀土应用领域中都包含有铈的应用。如抛光粉、储氢材料、热电材料、铈钨电极、陶瓷电容器、压电陶瓷、铈碳化硅磨料、燃料电池原料、部分永磁材料、各种合金钢及有色金属等。,铈,一、稀土概况应用,应用于磨料抛光以及光线领域。,镨,永磁体的制造:一方面廉价的镨钕金属代替昂贵的纯钕金属，降低了永磁体制造成本。另一方面，提高了永磁体的抗氧化性能和机械性能。,镨黄(釉用)原子红(釉用),氟化镨钕,陶瓷领域:使陶瓷的色彩更加丰富、纯正、淡雅。,石油领域:这种应用开始于20世纪70年代，主要用于制备石油裂化催化剂，提高催化剂的活性、选择性和稳定性。,一、稀土概况应用,钕金属还广泛的应用于有色金属 材料。在有色金属材料中添加适 量的金属钕，可以提高有色金属的高温性能、气密性能以及耐腐蚀性。此外，金属钕还可用于医疗领域，掺钕钇铝石榴石激光器代替手术刀，用于摘除手术或消毒创伤口，促进医疗技术的进步。,钕,掺钕的晶体,钕元素是稀土家族中一个十分独特的元素。钕最主要的用途是用于钕铁硼永磁材料的制作。钕铁硼永磁材料广泛应用于电子、机械等行业，为稀土高科技领域注入了新的生机与活力，被誉为“永磁之王”。,一、稀土概况应用,钷是在铀裂变产物中分离出来的，一直被人们视为人造稀土元素。但是，到了1972年，人们发现天然高品位铀矿若有足够的中子，便可以慢慢地进行天然的核裂变，从而生成钷，那么钷就不再是人造稀土元素了。钷的应用较少，主要作为热源，为真空探测和人造卫星提供辅助能量，以及作为钷电池的制造材料。此外，钷也运用于制备便携式X-射线仪、航标灯等。,钷,钷(Pm),一、稀土概况应用,钐土金属是钐钴磁体的原料，还可以用于陶瓷电容器和催化剂等领域。此外，钐还具有核性质，因此也可于原子能反应堆的结构材料，屏敝材料和控制材料，使核裂变产生巨大的能量。,钐,钐钴磁铁,一、稀土概况应用,硝酸钐,铕元素最主要的作用是用于荧光粉的制作。其中，Eu3+是发光效率、涂敷稳定性、回收成本等最好的荧光粉，主要用于红色荧光粉的激活剂，Eu2+用于蓝色荧光粉。此外，近年来的研究也拓展了铕元素的运用领域，包括将氧化铕应用于新型X射线医疗诊断系统的受激发射荧光粉、制造光学滤光片、制造有色镜片、用于磁泡贮存器件以及应用于原子反应堆的控制材料、屏敝 材料和结构材料。,铕,一、稀土概况应用,钆主要用途：1.钆的硫氧化物可以作为特殊亮度的示波管和x射线荧光屏的基质栅网，改善示波管和X射线荧光屏的性能。2.钆可作为抑制剂应用到核电站连锁反应级别的控制中，以保证核反应的安全。3.钆可作为钐钴磁体的添加剂，改善钐钴磁体的性能，保证其性能不会随温度的变化而变化。4.钆也可用于医学、计算机等领域。,钆,一、稀土概况应用,铽是一项具有显著经济效益的元素，广泛的应用于高技术领域，技术密集、知识密集型等一些尖端项目，有着诱人的发展前景。目前，铽的运用主要包括：1.作为三基色荧光粉中绿粉的激活剂。铽作为激活剂加入磷酸盐基质、硅酸盐基质、铈镁铝酸盐基质中，促使这些基质发出绿光。2.大量的应用于磁光贮存材料。用Tb-Fe非晶态薄膜研制的磁光光盘，作为计算机存储元件，其存储能力提高1015倍。3.广 泛应用于磁光玻璃生产。,铽,一、稀土概况应用,镝的主要用途包括：1.用作钕铁硼系永磁 体的添加剂。添加23%左右的镝在这种磁体中，可使其矫顽力提高。2.用作制备镝灯，可提高灯 具的亮度、完善颜色、提升色温、减小体积、稳 定电弧等作用。3.镝可用作荧光粉激活剂，如三基色荧光粉就是掺镝的发光材料。4.镝可用作磁光存贮材料，能使存贮材料的记录速度和读数敏感度提高。5.镝也可用于原子能工业以及制备大磁致伸缩合金铽镝铁(Terfenol)合金。,镝,氧化镝,一、稀土概况应用,钬的应用领域较小，用量也较少，主要是作为添加剂应用到各个行业中。1.铥可以作为金属卤素灯的添加剂。2.在磁致伸缩合金Terfenol-D中添加适量的钬，能降低合金饱和磁化所需的外场。3.钬也可以作为钇铁或钇铝石榴石的添加剂，主要应用于医学领域。4.掺钬的光纤也大量 的应用于光纤激光器、光纤放大器、光纤传感器等光通讯 器件的制作，并发挥了重要的作用。,钬,钬铁合金,一、稀土概况应用,铒,铒是一种光学性质十分突出的稀土元素,掺铒的激光晶体及其输出的1730nm激光和1550nm激光可制成军事上用的对人眼安全的便携式激光测距仪,Er3+可做稀土上转换激光材料的激活离子,铒广泛的用于玻璃工业中,一、稀土概况应用,铥的主要用途有：1.用于医学领域。铥在核反应堆内辐照后产生一种能发射X射线的同位素。该同位素可用于便携式血液辐射仪的制造。此外，铥对肿瘤组织具有亲合性，可用于临床诊断和治疗肿瘤。2.铥可作为激活剂应用到X射线增感屏的荧光粉中，降低X射线对人的照射和危害。3.铥用于玻璃工业中。目前，输出功率最高、输出脉冲量最大的固体激光材料的生产就应用到Tm3+。4.铥还可作为照明光源金属卤素灯的添加剂。,铥,铥锭,一、稀土概况应用,镱的主要用途包括：1.因为镱在磁场中具有膨胀的特性，即超磁致伸缩性，所以镱可作磁致伸缩材料。2.镱可作热屏蔽涂层材料。3.镱元件在标定的压力范围内灵敏度高，这为镱在压力测定应用方面开辟了一个新途径。4.镱可用于无线电陶瓷、电子计算机记忆元件添加剂、荧光粉激活剂、光学玻璃添加剂以及玻璃纤维助熔剂等方面。5.镱还可用于磨牙空洞的树脂基填料，以 替换过去普遍 使用银汞合金。,镱,一、稀土概况应用,镥的主要用途有：1.在石油裂化、烷基化、氢化和聚合反应中稳定的镥核素起到了催化的作用。2.镥作为钇铁或钇铝石榴石的添加剂应用于工业生产中。3.镥可以作为 磁泡贮存器和某些特殊合金的原材料。4.镥 可以作为能源电池技术和荧光粉的激活剂。5.国外研究发现，镥可以用于电致变色显示 和低维分子半导体中。,镥,一、稀土概况应用,钇是一种用途广泛的金属，主要用途包括：1.钢铁及有色合金的添加剂。2.钕钇铝石榴石激光束可用于大型构件进行钻孔、切削和焊接等机械加工。3.Y-Al石榴石单晶片可应用于电子显微镜荧光屏的制作，提高荧光屏的亮度，降低对散射光的吸收。4.含钇达90%的高钇结构合金可用于航空航天领域。,钇,此外，钇的运用领域还扩展到耐高温喷涂材料、原子能反应堆燃料的稀释剂、永磁材料添加剂以及电子工业等。,一、稀土概况应用,钪,钪(sc),高纯氧化钪,钪合金座管,钪的应用主要包括以下几个：1.钪用于化学工业，主要作为酒精脱氢及脱水剂，以及用于生产乙烯和用废盐酸生产氯时的高效催化剂。2.钪用于冶金工业，钪主要作为合金的添加剂，用于合金的制造。3.钪用于电子工业。4.钪用于玻璃工业，主要是用于含钪的特种玻璃制造。5.钪也可用于电光源工业，医学，海洋工业等领 域。目前，在国外已经有人开始研究用钪来医 治癌症。,一、稀土概况应用,二、稀土资源世界稀土资源分布,稀土资源在世界上分布极不均匀，主要集中在中国、俄罗斯、美国、澳大利亚、印度、南非、加拿大、埃及等国家。中国稀土储量和产量均居世界首位。近年来，世界各国对于稀土资源的争夺日益激烈，争夺战遍及北美洲、亚洲以及非洲。,二、稀土资源世界稀土资源分布,美国已知储量最大的稀土资源加州帕斯山矿,重整稀土战略 欲建国家储备,美国,美国稀土资源约占世界稀土总量的13.2%，位居全球第二，仅次于中国。美国国内14个州蕴藏大量稀土矿，其中已知储量最大的是加利福尼亚州的帕斯山、阿拉斯拉州的博坎山脉和怀俄明州的贝尔洛奇山。,上世纪90年代开始，美国因环境污染问题和当时中国低廉的稀土价格出口而逐渐停止生产稀土。近几年来，全球最大稀土供应国中国采取加强稀土管控措施，国际稀土价格一路走高。出于国家安全和经济安全的考虑，美国紧急重整稀土战略，并决定重新启动稀土矿山开采，并着手寻找下游应用客户。,二、稀土资源世界稀土资源分布,非洲,稀土争夺最激烈的战场,全球稀土争夺战最激烈的战场在于非洲。资料显示，非洲拥有世界半数以上的碳酸盐岩，该地质是稀土元素主要富集的岩层。此外，非洲采矿作业区域中余留下的大量独居石砂，该物质主要用于提取稀土元素，也极具价值。而南非是非洲地区最重要的独居石生产国。位于开普省的斯廷坎普斯克拉尔的磷灰石矿，伴生有独居石，是世界上唯一单一脉状型独居石稀土矿。埃及稀土资源也很丰富，其矿床位于尼罗河三角洲地区，属于河滨沙矿，矿源由上游风化的冲积砂沉积而成，独居石储量约20万吨。,从事开采原材料的投资公司UmbonoCapital的首席地质学家保罗内科斯说：“如果在碳酸盐中寻找稀土的话，非洲就是首选地点。”相关专家认为，非洲是世界稀土开发最具潜力的地区。,二、稀土资源世界稀土资源分布,亚洲,日抢夺多国稀土开发权,在亚洲，除中国之外，印度和蒙古的稀土也相当丰富。印度是世界第五大稀土生产国，探明储量大约310万吨，占全球储量3%。印度主要矿床是砂矿。印度的独居石最大矿床分布在喀拉拉邦、马德拉斯邦和奥里萨拉邦。,作为世界稀土消费大国的日本稀土资源稀缺，因此，中国的限制稀土出口政策迫使日本寻求别的进口渠道，以期望寻求实现稀土来源多元化。去年10月，日本首相菅直人会见到访的蒙古国总理苏赫巴托尔巴特包勒德，双方决定日本将与蒙古合作开发稀土资源项目。此后，日本国会又通过追加预算案，拨出3369亿日元专门用于和第三国合作开发稀土资源。,二、稀土资源世界稀土资源分布,大洋洲,澳储量和潜力都很大,当各国的目光都聚集在非洲稀土市场时，远在大洋洲的澳大利亚稀土行业正悄然发展。澳大利亚迄今仍是稀土生产几乎为零的国家，但行业分析人士认为，澳大利亚存在大量具有高价值性能的稀有金属矿藏，尽管澳大利亚稀土行业仍处于初级阶段，但丰富的矿藏可能会使澳大利亚在短短几年后将成为全球主要的稀土生产国之一。,澳大利亚稀土公司莱纳已经与日本贸易公司双日株式会社签订合同，在未来10年内，每年向日方出售8.5万吨以上的稀土。此举显示出澳矿企业正在抢占全球稀土市场份额，而日本在稀土进口渠道方面也更加多元化了。,二、稀土资源我国稀土资源,保有储量大。矿种齐全，复杂矿和易选矿都有。（四大类）分布较合理。稀土配分全。（15个元素）风化壳淋积型稀土矿独特性,二、稀土资源我国主要稀土资源,特点：,丁道衡,1927年，地质学家丁道衡随西北科学考察团前往内蒙古、宁夏、甘肃、青海、新疆等地约400万平方公里区域勘探，并发现白云鄂博铁矿资源，并带回矿物标本。,二、稀土资源我国主要稀土资源,白云鄂博稀土矿,1935年，中国地质学会志第14卷第2期正式发表了何作霖的题为绥远白云鄂博稀土类矿物的初步研究(英文)的论文，他在论文中正式公布他的研究成果，分别将他在白云鄂博矿中发现的两种稀土矿物暂时命名为“白云矿”和“鄂博矿”。后证实“白云矿”就是氟碳铈矿，“鄂博矿”就是独居石。于是大家公认，丁道衡是白云鄂博矿山的发现者，而何作霖却是发现其中稀土矿的第一人,中国发现稀土第一人何作霖,二、稀土资源我国主要稀土资源,白云鄂博稀土矿,包头白云鄂博稀土矿是一种主要由独居石和氟碳铈矿组成的混合稀土矿。白云鄂博稀土矿石经过多期矿化作用和异常发育的交待蚀变而形成的矿山，因此该矿床的物质极为复杂。至今为止，在该矿山中发现的矿物多达130多种，其中磁铁矿、赤铁矿、氟碳铈矿、独居石、铌矿物、磷灰石、钠闪石、方解石、重晶石、石英、白云石、钠辉石、长石等运用广泛，在这些矿石中发现71种元素，稀土矿物遍及全矿区，储量丰富。内蒙古包头白云鄂博混合稀土矿（其中 铁矿储量9.5亿吨，铌储量519万吨，占全国总 储量的70%，稀土矿工业储量3600万吨，占全世 界的36%，占全国的90%以上）,二、稀土资源我国主要稀土资源,白云鄂博稀土矿,四川省最早发现稀土是在1960年。当时四川省地质局第一区测绘大队三分队在冕宁幅1：20万区调工作中发现了三岔河稀土矿，在当时的条件下由于储量太小、技术和经济条件的限制未能使这一稀土矿资源得到开发利用。随后三次（1972年、1982年、1984年）在牦牛坪附近发现稀土矿物，引起重视，并成立一个专门的稀土找矿队 一九地质队，该地质队先后发现冕宁牦牛坪大型稀土矿（1986年）、德昌大陆乡大型稀土矿（1994年）。稀土储量200万吨，两矿现均已被江西铜业并购。,攀西稀土矿的发现,二、稀土资源我国主要稀土资源,早在1958年，原济南地质局就开始了在济南市各地区展开了找矿工作。山东地矿局二队从1963年也开始在济南市内勘探稀土矿。但直到1974年山东地矿局二队和原济南地质局才对微山稀土资源有清楚的认识，并于1974年12月提交了微山稀土矿地质报告。微山稀土矿可采稀土储量255万吨。,微山稀土矿的发现,二、稀土资源我国主要稀土资源,二、稀土资源我国主要稀土资源,湖北省十堰市竹山县铌、稀土矿矿区位于南秦岭地槽的北大巴山加里东褶皱带东北缘和武当隆起西部边缘两个大构造单元接触处的过渡带中，共有大小岩体12个，分布在长12公里的范围内，庙垭含矿杂岩体在规模和含矿性等方面都在首位。湖北省第四地质队1965年普查时首次发现，湖北省第五地质队于1971年1981年进行地质详查-初勘工作，并完成了竹山庙垭矿区铌、稀土矿区详查初勘地质报告。,竹山稀土矿,二、稀土资源我国主要稀土资源,竹山庙垭矿区整个杂岩体的含矿率较高；品位稳定，一般铌矿体Nb2O5品体在0.1%以上，稀土矿体TR2O3品位在1.5%左右；延深大，沿倾向延深410米仍有工业矿体，矿化向深部略有变贫趋势。主要伴生组分有铀、钍、磷、硫、锆等，但放射性元素铀钍丰度不高，仅局部富集（与磷灰石紧密伴生），一般呈类质同相存在于其它矿物居多，而呈独立矿物的较少。竹山稀土矿铌-稀土资源储量十分丰富，其中Nb2O5储量92万吨，平均品位0.1196%，为罕见的特大型矿床，稀土储量121万吨，平均品位1.716%，经济价值超600亿元。,竹山稀土矿,二、稀土资源我国主要稀土资源,风化壳淋积型稀土矿,二、稀土资源我国主要稀土资源,龙南稀土矿位于江西省龙南县足洞地区，原岩是燕山早期的白云母花岗岩和黑云母花岗岩。龙南风化壳淋积型稀土矿的原岩所含的独立稀土矿物主要是硅铍钇矿和氟碳钙钇矿，因此，原岩风化后形成一个重稀土矿床，属于钇元素为主的重稀土端元矿物矿床，其中重稀土含量达到80%左右。,龙南稀土矿,选矿工艺：,由以前的池浸工艺改进为原地浸出工艺，采用草酸沉淀回收稀土,二、稀土资源我国主要稀土资源,寻乌稀土矿,选矿工艺：,寻乌稀土矿位于江西寻乌县，选冶相对较简单，稀土元素主要以铈和镧为主，是一类很有市场竞争力的新型稀土矿种，也是发现的风化壳淋积型稀土矿床中唯一的以轻稀土为主的稀土矿床。,采用原地浸出工艺浸出稀土离子，采用草酸沉淀回收稀土,二、稀土资源我国主要稀土资源,选矿工艺：,信丰稀土矿位于江西信丰县，稀土储量丰富，易采选，是一种典型的中钇富铕稀土矿。形成中钇富铕稀土矿床的原岩可以是加里东期或燕山期的各种花岗岩和火山岩等。这种矿床在风化壳淋积型稀土矿床中分布最为广泛，大部分稀土矿床都选择这种稀土配分类型。,采用原地浸出工艺浸出稀土离子，采用草酸沉淀回收稀土,信丰稀土矿,二、稀土资源稀土配分,稀土元素配分是指15个稀土元素（La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y）氧化物各自所占的百分含量，由于不同稀土元素的用途和需求量存在很大的差异，因此不同的稀土配分的稀土矿，其价值相差很远。稀土配分的分析与总结，有助于了解稀土矿的成矿规律和丰富稀土元素地球化学，于此同时也有利于评价稀土矿的开采价值。,稀土分为轻、中、重稀土三组，轻稀土为La、Ce、Pr、Nd四个元素，中稀土为Sm、Eu、Gd、Tb、Dy五个元素，重稀土为Ho、Er、Tm、Yb、Lu和Y六个元素。,二、稀土资源稀土配分,我国矿物型稀土矿主要有白云鄂博稀土矿、攀西稀土矿、微山稀土矿和竹山稀土矿。其中白云鄂博稀土矿和竹山稀土矿都是氟碳铈矿和独居石为工业矿物的混合共存的混合稀土矿；而攀西稀土矿和微山稀土矿则是以单一稀土矿氟碳铈矿为工业矿物的简单易选稀土矿。它们都是强烈选择轻稀土配分型，是轻稀土的主要来源。,风化壳淋积型稀土矿是水合或羟基水合稀土离子，吸附在粘土矿物表面，可用无机盐的阳离子，通过离子交换将稀土离子交换于溶液中，再草酸沉淀或溶剂萃取回收稀土。我国风化壳淋积型稀土矿主要有龙南矿、信丰矿和寻乌矿，主要以中重稀土为主，很好地弥补了矿物型稀土矿稀土配分强烈选择轻稀土配分型而缺少中重稀土的空缺，解决了现代工业和制造业中中重稀土紧缺的问题。,二、稀土资源稀土配分,二、稀土资源稀土配分,我国主要稀土矿稀土配分,二、稀土资源稀土配分,由表可以看出，白云鄂博、攀西、微山的轻稀土（La，Ce，Pr，Nd）分别占稀土总量的96.77%，96.25%，98.78%，中稀土（Sm，Eu，Gd，Tb，Dy）分别占稀土总量的2.1%，2.69%，1.13%，重稀土（Ho，Er，Tm，Yb，Lu，Y）分别占稀土总量的0.48%，1.06%，1.09%。其中白云鄂博、攀西、微山稀土矿的铈含量分别高达50.07%，47.69%，48.75%，占总量的一半。矿物型稀土矿主要以氟碳铈矿为主，仅白云鄂博和湖北竹山含有一定量独居石，产地不同的氟碳铈矿，虽然在配分值上有些差别，但整体而言，都是选择轻稀土配分型，特别是铈的配分值最高。由此说明矿物型稀土矿强烈选择轻稀土，以铈元素为主。,信丰稀土矿的铈配分值为3.23%，明显低于寻乌稀土矿的，存在铈亏效应，而铕的配分值较高为0.93%，和原岩相比，在全风化层有明显的富集，是一种典型的中钇富铕稀土矿。,二、稀土资源稀土配分,龙南、寻乌、信丰稀土矿的轻稀土分别占稀土总量的7.82%，90.44%，53.96%，中稀土分别占稀土总量的17.01%，5.49%，15.82%，重稀土分别占稀土总量的75.1%，4.62%，29.9%。,可看出，龙南稀土矿为典型重稀土矿床，其中钇的含量高达64.83%，这是由于龙南矿的原岩所含的独立稀土矿物主要是硅铍钇矿和氟碳钙钇矿，因此原岩风化后，形成一个以钇元素为主的重稀土端元矿物矿床。,寻乌稀土矿为低钇富铕稀土矿，钇配分量为2.55%，为典型的轻稀土矿，特别是铈含量高达47.16%。寻乌稀土矿是发现的风化壳淋积型稀土矿床中唯一的以轻稀土为主的稀土矿床，特别是不存在铈亏效应的稀土矿床，也是一个罕见的以铈元素为主的轻稀土矿床。,二、稀土资源稀土配分,风化壳淋积型稀土矿的稀土元素配分是指除除钷和钪以外的15个稀土元素各自氧化物的百分含量。,风化壳淋积型稀土矿原岩的稀土配分与矿中的离子相稀土配分存在着一定的关系。,铈亏效应,钆断效应,分馏效应,富铕效应,稀土配分四大效应,二、稀土资源稀土配分,铈是一个特殊的元素，它的原子系数为58，属于偶原子系数，根据地球化学理论，它应该富于59号元素镨。但是，它的含量在风化壳淋积型稀土矿提取物中很低，铈元素的配分值明显亏损，都在1以下。这是由于Ce3+容易被氧化成Ce4+，在低pH值下，仍有强烈的水解作用。因此，它已经水解成难以交换溶解的四价铈，形成氢氧化铈沉淀，然后脱水形成二氧化铈，又叫水铈矿，不易淋洗下来。这种违背了元素地球化学的奇偶规则，58号的铈元素的稀土配分值低于57号元素的镧和59号元素镨的配分值，铈元素发生了亏损，又称铈亏效应。,（1）稀土配分的铈亏效应,二、稀土资源稀土配分,从原岩到风化壳矿石，再从风化壳矿石到风化壳淋积型稀土矿的提取物，它们的配分值呈现出铕的配分增加。在地质上将风化壳矿石和风化壳淋积型稀土矿的提取物与陨石的稀土元素的配分值相比，铕的配分值明显增高，表明原岩在风化过程铕出现明显的富集现象，这就是富铕效应。,（2）稀土配分的富铕效应,二、稀土资源稀土配分,风化壳淋积型稀土矿中，稀土配分变化很大。不仅随横向宽度变化，而且随纵向深度也变化。某地产的三个稀土矿稀土配分随深度变化的测定结果见下表。,表 稀土配分随深度的变化（）,（3）稀土配分的分馏效应,二、稀土资源稀土配分,（3）稀土配分的分馏效应,风化壳淋积型稀土矿的矿体可被视为一个开放的交换柱，固定相为以粘土矿物为主的矿石，流动相为水合或羟基水合稀土离子。当稀土吸附在粘土矿物上时，不同的稀土离子其被吸附能力仍有微小的差别。自然界中，有许多与稀土元素形成配合物的配体，如CO32-，HCO3-和F-等。重稀土元素相对于轻稀土元素优先与这些配体形成配合物，脱离上层粘土矿物的媳妇，随淋滤水下迁，富集于深层。换句话说，对于一个含稀土的风化壳矿体，出现了上层轻稀土含量高，下层重稀土含量高的现象。这表明在矿石的风化发育形成风化壳矿时，风化解离出的稀土离子在随地下水迁移富集的过程中发生了分馏现象，这就是分馏效应。,二、稀土资源稀土配分,（4）稀土配分的钆断效应,表 风化壳淋积型稀土矿提取物稀土元素氧化物之间相关矩阵表,从表可知，若把相关矩阵表分为三个区域，B区域C区域的正负值出现在钆，A区域与B区域的正负值也基本出现在钆（除配分值低的Ce、Eu和Sm外），表明稀土分成轻重稀土两组时，应该以钆为界，钆之前的元素之间呈正相关，钆之后含钆Gd-Lu、Y元素之间呈正相关，钆之前与钆之后元素为负相关，这种现象我们称之为钆断效应。,（4）稀土配分的钆断效应,二、稀土资源稀土配分,三、稀土矿物和矿床主要工业稀土矿物,稀土矿物有250多种，但能在工业上利用的矿物只有十几种：氟碳铈矿、独居石、磷钇矿、风化壳淋积型稀土矿、褐钇铌矿、磷灰石、氟碳钙铈矿、氟碳钙钇矿、硅铍钇矿、铌钇矿、黑稀金矿、复稀金矿、钇易解石、铈易解石、铈铌钙钛矿、榍石。其中前四种是主要工业矿物。,攀西稀土矿及微山稀土矿都为单一的氟碳铈矿。氟碳铈矿为易选矿，一般为黄色、红褐色、浅绿或褐色。油脂光泽、玻璃光泽，条痕呈黄色、白色，透明至半透明，其硬度一般为44.5，比重约为4.725.12，具有放射性和弱磁性。氟碳铈矿是一种重要的稀土物质，具有稀土含量高、钍含量低、铈组稀土极高的特点。氟碳铈矿以轻稀土配分为主，主要提供轻稀土。因此，它是提取铈组元素的主要矿物原料。,三、稀土矿物和矿床氟碳铈矿,三、稀土矿物和矿床独居石,独居石又称磷铈镧矿，选择轻稀土，主要以铈为主，也存在以镧和钕为主的独居石。独居石是分布最广的一种稀土矿物，在中酸性岩、碱性岩及衍生的伟晶岩和热液产物中，以及在碳酸盐、变质岩、矽卡岩，甚至在沉积岩中的都有产出。独居石是难以风化的矿物，从花岗岩或者伟晶岩等原岩中解离出的独居石矿粒，可随水迁移形成重砂，因此大多数重砂中独居石含量都很高。,1969年，江西省地质局九八大队（现赣南地质调查大队）四分队，在江西省龙南县足洞地区开展1：50000区域普查时发现花岗岩风化壳中有稀土异常现象。1974年，江西省地质局九九地质队发现了比龙南县规模更大的寻乌稀土矿。随后，在江西、福建、广东、广西、云南、浙江、湖南等地都发现了风化壳淋积型稀土矿。,三、稀土矿物和矿床风化壳淋积型稀土矿,风化壳淋积型稀土矿的发现,首次发现风化壳淋积型稀土矿之地江西龙南县猪麻墩,我国风化壳淋积型稀土矿床分布略图,风化壳淋积型稀土矿,风化壳淋积型稀土矿的命名,“风化壳淋积型稀土矿”是目前这种矿物被公认的名称，孰不知这种矿物曾经有过许多的名称，如“七一矿”、“江西稀土矿”、“离子吸附型稀土矿”、“南方稀土矿”等，每种名称命名的背后，都代表了一个历史时期这种矿物的历史意义和该矿物的研究水平。,三、稀土矿物和矿床风化壳淋积型稀土矿,风化壳淋积型稀土矿特征,风化壳淋积型稀土矿是我国特有的稀土矿，它的稀土配分富含中重稀土元素，是我国中重稀土的主要来源，其代表有龙南重稀土矿床、寻乌轻稀土矿床、中钇富铕稀土矿床。,三、稀土矿物和矿床风化壳淋积型稀土矿,二、稀土资源世界稀土矿床分布,稀土元素矿床的特征主要有：矿石矿物组成复杂的难选性，综合利用潜力大的有用矿物多样性，稀土元素的选择性，矿石具有放射性，矿床规模悬殊很大的不等性及矿床成因的复杂性。,世界主要稀土矿床矿物类型分布,二、稀土资源我国稀土矿分类,矿物型稀土矿：包头白云鄂博稀土矿 攀西稀土矿 山东微山稀土矿 竹山稀土矿风化壳淋积型稀土矿：寻乌稀土矿 信丰稀土矿 龙南稀土矿海滨砂矿,风化壳淋积型稀土矿矿床矿物类型分布,我国稀土资源极为丰富，白云鄂博是当今世界上公认的最大的稀土元素矿床，风化壳淋积型稀土矿床是我国首次发现并开发利用的。我国稀土矿床具有储量大、分布广、矿种全、类型多的特点。,四、稀土选矿工艺,稀土矿与捕收剂反应的模型,矿物相稀土浮选原理,四、稀土选矿工艺,活性基团电负性越小，越有利于捕收稀土矿物,可用基团电负性来表征。采用王淀佐院士推荐的计算方法(均考虑一个与基团相邻的碳原子),活性基团的选择,稀土矿物浮现药剂的选择,成环螯合物的稳定性是:六元环五元环七元环 四元环,羟肟酸型捕收剂是最佳选择,四、稀土选矿工艺,几种常见捕收剂活性基形成共轭键情况,活性基团捕收能力的大小顺序为：,共轭体系大键形成的选择,四、稀土选矿工艺氟碳铈矿,氟碳铈矿选矿工艺,四、稀土选矿工艺海滨砂,海滨砂选矿工艺,四、稀土选矿工艺混合矿,混合矿选矿工艺,四、稀土选矿工艺风化壳淋积型稀土矿,风化壳淋积型稀土矿是我国特有的稀土矿资源，因而没有相关稀土提取工艺可借鉴，需要根据其稀土赋存状态的性质选择相应的提取工艺，目前已经形成了池浸、堆浸、原地浸取三代工艺。,四、稀土选矿工艺风化壳淋积型稀土矿,浸取工艺的发展,第一代池浸工艺,第二代堆浸工艺,第三代原地浸取工艺,工业生产上采用池浸的淋浸过程是在水泥池中进行的。将稀土原矿堆积在池中滤层上，用浸取剂溶液自上而下自然渗入，将稀土离子交换至溶液中。,堆浸工艺是将风化壳淋积型稀土矿在底垫材料上筑堆，通过浸取剂溶液循环喷淋，使矿中的离子型稀土溶解出来。,原地浸矿工艺是将浸取剂溶液直接注入原生矿注液井，原地浸取。得到的稀土浸出液通过出液槽或者出液井流入集液沟，最后流进集液池，进行浓缩和富集处理。,四、稀土选矿工艺风化壳淋积型稀土矿,风化壳淋积型稀土矿中主要是黏土类矿物，包括高岭石、多水高岭石和白云母等，其标准化学式如下：,高岭石,多水高岭石,白云母,风化壳淋积型稀土矿的稀土浸取机理,四、稀土选矿工艺风化壳淋积型稀土矿,当风化壳淋积型稀土矿用盐类电解质溶液淋洗时，稀土离子就交换下进入溶液，类似于离子交换过程。,式中：s表示固相；aq表示水相,第一代池浸工艺,风化壳淋积型稀土矿的冶金技术开始于20世纪70年代。1971年，江西共产主义劳动大学足洞分校的师生尝试着用自己研究的“土”方法用草酸沉淀提取稀土来获得稀土精矿，解决了从风化壳淋积型稀土矿物中提取稀土的工艺问题，从而形成了风化壳淋积型稀土矿第一代浸取工艺。,四、稀土选矿工艺风化壳淋积型稀土矿,稀土原矿,淋浸,浸取剂（7%NaCl溶液1%-4%(NH4)2SO4溶液）,尾矿（堆弃）,稀土浸取液,沉淀,母液,中和,石灰乳,中和渣,再生液,配制,草酸稀土,洗涤,灼烧,水洗,二次灼烧,混合稀土氧化物,食盐,第一代池浸工艺流程图,四、稀土选矿工艺风化壳淋积型稀土矿,第二代堆浸工艺,由于风化壳淋积型稀土矿第一代浸取工艺采用氯化钠作为浸取剂，氯化钠造成了土壤严重盐化，破坏了生态环境。1979年，采用硫酸铵作为稀土浸取剂。经长时间试验后认为，硫酸铵作为稀土浸取剂较好的完善了第一代浸取工艺的不足，可用于生产实践。最终形成了以硫酸铵作为浸取剂的风化壳淋积型稀土矿第二代浸取工艺。,四、稀土选矿工艺风化壳淋积型稀土矿,四、稀土选矿工艺风化壳淋积型稀土矿,稀土原矿,淋浸,除杂剂,浸取剂(NH4)2SO4溶液,尾矿（堆弃、植被恢复）,稀土浸取液,沉淀,沉淀,洗涤,灼烧,灼烧,转晶,草酸,草酸稀土,碳酸氢铵,晶型碳酸稀土,混合稀土氧化物,第二代硫酸铵堆浸工艺流程,风化壳淋积稀土矿堆浸现场加液系统,风化壳淋积稀土矿堆浸现场图,第三代原地浸取工艺,原地浸出从70年代中期最初用于铜铀的开采，现已发展到多种有色金属矿种的开采，并逐步完善。我国是成功应用原地浸取开采稀土矿的国家。目前我国用原地浸取法生产的稀土占总产量的约80%。,四、稀土选矿工艺风化壳淋积型稀土矿,四、稀土选矿工艺风化壳淋积型稀土矿,风化壳淋积型稀土矿原地浸矿工艺是将浸取剂溶液直接注入原生矿注液井，原地浸取。得到的稀土浸出液通过出液槽或者出液井流入集液沟，最后流进集液池，随后将收集的浸出液进行浓缩和富集处理，制成市场所需的稀土产品。浸取剂溶液注完后，用水顶出稀土浸出液，并充分回收稀土母液，实现闭路循环系统。原地浸矿从70年代中期最初用于铜铀矿的开采，现已发展到多种有色金属矿种的开采，并逐步完善。,第三代原地浸取工艺,四、稀土选矿工艺风化壳淋积型稀土矿,风化壳淋积型稀土矿原地浸取流程图,配制浸取,注液井,矿体,集液沟,稀土富液,稀土贫液,沉淀,尾液,晶型碳酸稀土或草酸稀土,灼烧,REO,碳铵或草酸,顶水,四、稀土选矿工艺风化壳淋积型稀土矿,原地浸取回收残矿把稀土资源利用率提高了3050。原地浸取采矿不破坏地表，不开采矿砂，因此不产生尾矿污染。沉淀后的上清液经处理后返回采场作为顶水循环使用，没有废水污染，社会效益明显。,原地浸出的布液现场图(a),原地浸出的布液现场图(b),原地浸出的布液现场图(c),风化壳淋积稀土矿原地浸取现场集液沟,稀土矿浸出母液,碳酸氢铵沉淀母液,稀土浸出及沉淀母液,风化壳淋积稀土矿原地浸取二年后植被恢复情况,四、稀土选矿工艺风化壳淋积型稀土矿,浸取剂的改进,食盐做浸取剂,硫酸铵做浸取剂,氯化钠做浸取剂，浸取浓度较高需要6%-8%，产生大量的氯化钠废水，造成土壤盐化和板结，破坏环境，影响作物生长，造成农作物和林作物减产，乃至枯死。江西大学提出了硫酸铵做浸取剂，实现了低浓度浸取，浓度为1%-4%，减少了浸矿试剂的消耗，同时硫酸铵是氮肥，避免了浸矿剂对土壤的污染。,四、稀土选矿工艺风化壳淋积型稀土矿,沉淀剂的改进,草酸做沉淀剂,碳酸氢铵做沉淀剂,草酸做沉淀剂，沉淀后母液有有毒的草酸，草酸稀土的重稀土溶度积大，沉淀率低，草酸消耗过大。碳酸氢铵做沉淀剂，沉淀后母液含碳酸氢铵，是一种化肥，碳酸稀土的溶度积比草酸小，提高了稀土沉淀率。,10月1日，嫦娥二号成功发射，其运载火箭导航系统中的重要部件永磁器件就是由包头稀土院蒙稀磁业有限公司的科研人员承担制作的，为嫦娥二号成功飞天立了大功。此外，包头稀土院所属的蒙稀磁业有限公司曾成功为“长征”系列运载火箭、“神舟”系列飞船及“嫦娥”探月工程等国家重点工程和航天、航空、航海、兵器、电子等诸多领域研制、生产了大量的稀土材料，为国家事业做出突出贡献。,稀土永磁体,五、稀土商业价值商业热点,商业热点：,目前，银行股、地产股普遍下跌一两个百分点，稀土永磁概念大涨6%，几大稀土概念股包钢稀土、广晟有色、五矿发展和中色股份悉数涨停，带动一批永磁概念股和小金属股大幅上扬，拉动有色金属板块平均涨幅接近4%。,五、稀土商业价值商业热点,位于南非北开普省的稀土资源带进行大规模开发。其目标是成为在中国之外,世界上最主要的稀土生产 和供应商之一。,稀土成为新的投资重点,据南非媒体报道,总部设在卢森堡的弗兰提尔稀土公司（Frontier Rare EartHSLtd）近日宣布,计划在加拿大进行首次公开,募股（IPO）以筹集资金对,五、稀土商业价值商业热点,商业热点：,然而，对稀土行业的调控措施本是我国政府的一项调整政策，却在国外引起很大争议。,2010年9月初，国务院正式发布关于促进企业兼并重组的意见，首次把稀土列为重点行业兼并重组的名单，并减少稀土出口。,五、稀土商业价值商业热点,日本每日新闻社昨天报道，菅直人政府正准备起草一份新的经济刺激计划，预算达5万亿日元，主要投入对稀土矿资源及其替代品的开发。10月1日，日本经济产业大臣大畠章宏宣布，为了摆脱稀土进口严重依赖中国的现状，将提前实施开发稀土替代材料的计划，要在一年内开发出铈的替代材料并达到实用化。,五、稀土商业价值商业热点,英国金融时报报道称，美国能源部 将在今后数周内拟定战略，目的是增加美