稀土

稀土（Rare earth）是元素周期表中镧系(镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥)15个元素和21号元素钪、39号元素钇(共17个元素)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。

2024年6月29日，国务院总理李强签署国务院令，公布《稀土管理条例》，自2024年10月1日起施行。

组成元素

根据稀土原色的物理化学性质的差异性和相似性，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三组。

轻稀土组：镧、铈、镨、钕、钷

中稀土组：钐、铕、钆、铽、镝

重稀土组：钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇

已发现的稀土矿物有250种以上，其中具有工业价值的约50～60种，最重要的稀土矿物有氟碳铈(镧)矿、独居石、磷钇矿、离子吸附型稀土矿、褐钇铌矿等。

按萃取分离分类：

轻稀土（P204弱酸度萃取）—镧、铈、镨、钕

中稀土（P204低酸度萃取）—钐、铕、钆、铽和镝

重稀土（P204中酸度萃取）—钬、铒、铥、镱、镥、钇

理化性质

稀土金属的光泽介于银和铁之间。杂质含量对它们的性质影响很大，使之物理性质常有明显差异。大多数稀土金属具有顺磁性。钆在0℃时比铁具有更强的铁磁性；铽、镝、钬、铒等在低温下也呈现铁磁性。纯稀土金属导电性好，杂质含量越高，导电性越差。稀土金属具有可塑性，以钐和镱为最好。镧在6K时是超导体。镧、铈的低熔点和钐、铕、镱的高蒸气压显示其物理性质的极大差异。钐、铕、钆的热中子吸收截面比镉、硼还大。稀土元素的化学活泼性很强，能生成极稳定的氧化物、卤化物和硫化物等。在较低的温度下能与氢、碳、氮、磷及其他元素起作用，除钐、钇、钆之外，都能被腐蚀，并能溶于任何浓度的硫酸、盐酸，还溶于浓硝酸、碱金属氯化物溶液。与水作用放出氢气。

稀土元素通常缺少硫化物和硫酸盐（只有极个别的），这说明其具有亲氧性。

稀土的硅酸盐主要是岛状，没有层状、架状和链状构造；

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；

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。

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。

常见类型

原矿

独居石

独居石（Monazite）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。晶体成板状，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。

氟碳铈矿

化学成分性质：（Ce，La）[CO3]F。机械混入物有SiO2、Al2O3、P2O5。氟碳铈矿易溶于稀HCl、HNO3、H2SO4、H3PO4。

晶体结构及形态：

六方晶系。复三方双锥晶类。晶体呈六方柱状或板状。细粒状集合体。

物理性质：黄色、红褐色、浅绿或褐色。玻璃光泽、油脂光泽，条痕呈白色、黄色，透明至半透明。硬度4～4.5，性脆，比重4.72～5.12，有时具放射性、具弱磁性。在薄片中透明，在透射光下无色或淡黄色，在阴极射线下不发光 [5]。

生成状态：产于稀有金属碳酸岩中；花岗岩及花岗伟晶岩中；与花岗正长岩有关的石英脉中；石英─铁锰碳酸盐岩脉中；砂矿中。

用途：它是提取铈族稀土元素的重要矿物原料。铈族元素可用于制作合金，提高金属的弹性、韧性和强度，是制作喷气式飞机、导弹、发动机及耐热机械的重要零件。亦可用作防辐射线的防护外壳等。此外，铈族元素还用于制作各种有色玻璃。

磷钇矿

化学成分及性质：Y[PO4]。成分中Y2O 361.4%，P2O5 38.6%。有钇族稀土元素混入，其中以镱、铒、镝、钆为主。尚有锆、铀、钍等元素代替钇，同时伴随有硅代替磷。一般来说，磷钇矿中铀的含量大于钍。磷钇矿化学性质稳定。晶体结构及形态：四方晶系、复四方双锥晶类、呈粒状及块状。

物理性质：黄色、红褐色，有时呈黄绿色，亦呈棕色或淡褐色。条痕淡褐色。玻璃光泽，油脂光泽。硬度4～5，比重4.4～5.1，具有弱的多色性和放射性。

生成状态：主要产于花岗岩、花岗伟晶岩中。亦产于碱性花岗岩以及有关的矿床中。在砂矿中亦有产出。 用途：大量富集时，用作提炼稀土元素的矿物原料。

镧钒褐帘石

日本山口大学、爱媛大学和东京大学的联合研究小组发表一份公报说，他们在三重县发现了一种含有稀土的新品种矿物。稀土在改造传统产业和发展高新技术领域当中具有“点石成金”的作用。而新矿物是2011年4月在三重县伊势市的山中发现的，它是含有稀土镧和稀有金属钒的一种特殊褐帘石。2013年3月1日，这种矿物被国际矿物学协会认定为新矿物，并被命名为“镧钒褐帘石”。

相关化合物

碳酸盐和氯化物是稀土工业中最主要的两种初级产品，一般地说，当前有两个主要工艺生产这两种产品。

一是浓硫酸焙烧工艺，即把稀土精矿与硫酸混合在回转窑中焙烧。经过焙烧的矿用水浸出，则可溶性的稀土硫酸盐就进入水溶液，称之为浸出液。然后往浸出液中加入碳酸氢铵，则稀土呈碳酸盐沉淀下来，过滤后即得碳酸稀土。

另一种工艺叫烧碱法工艺，简称碱法工艺。一般是将60%的稀土精矿与浓碱液搅匀，在高温下熔融反应，稀土精矿即被分解，稀土变为氢氧化稀土，把碱饼经水洗除去钠盐和多余的碱，然后把水洗过的氢氧化稀土再用盐酸溶解，稀土被溶解为氯化稀土溶液，调酸度除去杂质，过滤后的氯化稀土溶液经浓缩结晶即制得固体的氯化稀土。

磷矿稀土

自然界的稀土元素有相当大的一部分与磷灰石和磷块岩矿共生。由于稀土的离子半径（0.848～0.106nm）与 Ca2 （0.106nm）很接近，稀土以类质同象方式赋存于磷矿岩中。世界磷矿总储量约为1000亿吨，稀土平均含量为0.5‰，估计世界磷矿中伴生的稀土总量为5000万吨。针对矿中稀土含量低及其赋存状态特殊等特点，国内外已经开展了多种回收工艺研究，可分为湿法和热法：

湿法中，根据分解酸不同又可分为硝酸法、盐酸法、硫酸法。从磷化工过程回收稀土有多种，均和磷矿加工方式密切相关。

热法生产过程中，稀土主要进入硅酸盐熔渣中，可采用大量盐酸或硝酸分解浸出，过滤除去硅石后，再采用TBP等萃取回收稀土，稀土回收率可以达到60%。

混合稀土

由稀土矿中提取出含有镧、铈、镨、钕及少量钐、铕、钆混合的氧化物或氯化物，经熔盐电解制出的金属混合物。稀土总量大于98%，铈大于48%的轻稀土。

工业制备方法

选矿

选矿是利用组成矿石的各种矿物之间的物理化学性质的差异，采用不同的选矿方法，借助不同的选矿工艺，不同的选矿设备，把矿石中的有用矿物富集起来，除去有害杂质，并使之与脉石矿物分离的机械加工过程。

当前中国和世界上其它国家开采出来的稀土矿石中，稀土氧化物含量只有百分之几，甚至有的更低，为了满足冶炼的生产要求，在冶炼前经选矿，将稀土矿物与脉石矿物和其它有用矿物分开，以提高稀土氧化物的含量，得到能满足稀土冶金要求的稀土精矿。稀土矿的选矿一般采用浮选法，并常辅以重选、磁选组成多种组合的选矿工艺流程。

内蒙古白云鄂博矿山的稀土矿床，是铁白云石的碳酸岩型矿床，在主要成分铁矿中伴生稀土矿物（除氟碳铈矿、独居石外，还有数种含铌、稀土矿物）。采出的矿石中含铁30%左右，稀土氧化物约5%。在矿山先将大矿石破碎后，用火车运至包头钢铁集团公司的选矿厂。选矿厂的任务是将Fe2O3从33%提高到55%以上，先在锥形球磨机上磨矿分级，再用圆筒磁选机选得62～65