稀土的分組

稀土雖然是17種元素的統(tǒng)稱，但在日常生活中所提及的稀土元素，一般指的是除去基本上不和其它稀土元素一起伴生的鈧和人造放射性的钷以外的15種稀土元素。

眾所周知，這些稀土元素的化學(xué)性質(zhì)十分相近，難以分離，一度使人們認(rèn)為是一種元素，也使稀土元素從**次被發(fā)現(xiàn)到最后一個(gè)稀土元素被單獨(dú)分離耗時(shí)近150年。但是隨著人們實(shí)現(xiàn)了稀土元素的分離，對(duì)稀土元素的性質(zhì)和應(yīng)用研究的不斷深入，稀土元素之間在地球化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)和化學(xué)性方面的差異性逐漸被人們發(fā)現(xiàn)，并且在這些性質(zhì)差異的基礎(chǔ)上具有小范圍的相似性，形成了所謂的“二”、“三”、“四”分組，而這些分組在稀土分離等技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，對(duì)稀土科技的進(jìn)步和稀土產(chǎn)業(yè)的發(fā)展發(fā)揮了重要的作用。

一、輕重稀土“二”分組

目前最為常用的是“二”分組法，以釓為界限分為兩組，鑭、鈰、鐠、釹、釤、銪為一組，被稱為輕稀土組，釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥和釔為另一組，被稱為重稀土組。這一分組方法與稀土元素的賦存特點(diǎn)有關(guān)，不同的礦物一般主要富集其中一組稀土元素為，如氟碳鈰礦等就是目前主要的輕稀土元素來源，而分布在中國(guó)南方和緬甸等東南亞地區(qū)的離子型稀土礦物則是重稀土元素的主要來源。

　　當(dāng)然，處于同一分組中的稀土元素在賦存上依然具有較大的差異性，如輕稀土組中鈰和鑭的含量最多，在典型礦物中兩者含量占比在70-85%之間，其中鈰幾乎能占到一半以上，因此輕稀土組也會(huì)被稱為鈰組（族）稀土。而離子型礦物富集的重稀土組元素中的釔含量占比最高，因此重稀土族得名釔組（族）稀土。

　　造成稀土“二”分組的深層原因是稀土元素本身電子結(jié)構(gòu)的差異，由于三價(jià)釓離子具有半充滿的4f電子層，使得該層電子的屏蔽效應(yīng)有所增加，從而減小了原子的有效電荷。這一電子結(jié)構(gòu)微小差異，使得隨著原子序數(shù)增加而基本保持連續(xù)變化趨勢(shì)的鑭系收縮規(guī)律出現(xiàn)了異常點(diǎn)，也就造成了以釓分界兩組稀土元素的性質(zhì)差異。例如，輕稀土組元素可以生成硝酸復(fù)鹽，而大部分重稀土組元素則難以生產(chǎn)硝酸復(fù)鹽。輕稀土組和重稀土組的草酸鹽的溶解度差異較大，前者很小，而后者很大。這些化學(xué)性質(zhì)上的差異，可以應(yīng)用于分離工藝中，首先將稀土分成兩組，從而降低分離的難度和成本。

二、“三”分組和“三”出口

在解決稀土分離問題的過程中，人們有過各種各樣的嘗試，其中就包括利用稀土化合物在溶液中的溶解度差異或者稀土離子與萃取劑結(jié)合程度的大小不同等性質(zhì)實(shí)現(xiàn)稀土元素的分類。在研究過程中人們發(fā)現(xiàn)，稀土元素具有三分、扎堆的特性，在不同的化學(xué)、物理性質(zhì)中，普遍會(huì)按照輕稀土、中稀土和重稀土的規(guī)律聚集，當(dāng)然，不同性質(zhì)直接分組的邊界略有區(qū)別。

　　例如，利用標(biāo)志性的“三出口”萃取分離工藝?yán)玫牡木褪窍⊥猎氐娜纸M特性，制備除這些分組元素的富集物，為進(jìn)一步的分離提供基礎(chǔ)。此時(shí)稀土分組為，輕稀土：鑭、鈰、鐠、釹；中稀土：釤、銪、釓；重稀土：鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥和釔。

　　研究顯示，硫酸鹽、硝酸鹽等許多稀土化合物都有“三”分組現(xiàn)象，其本質(zhì)仍然源于稀土元素的電子結(jié)構(gòu)的特殊性。

三、基于的“四”分組

除了“三”分組，對(duì)于不同的萃取劑，由于形成配合物的穩(wěn)定性不同，稀土元素還表現(xiàn)出了“四”分組特點(diǎn)，即重稀土元素又一分為二，除了釔、鈧以外的十六個(gè)稀土元素可以平均的分成四個(gè)組，為稀土元素的進(jìn)一步分離提供了更大的便利。

　　總體而言，稀土元素眾多的分組根源于稀土元素獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)，以及因此帶來的特殊性能。稀土元素的這些特性，不但使其在礦物富集過程中存在選擇性，造成輕重稀土元素在不同種類的礦物中富集。而且各類化合物性質(zhì)方面有著明顯的差異性和相似性，這些性質(zhì)成為開發(fā)高效稀土分離工藝的基礎(chǔ)。盡管單一稀土元素的分離工藝已經(jīng)得到了完善的解決，利用萃取分離技術(shù)，人們已經(jīng)可以高效的獲得純度很高的稀土元素。但是，基于稀土元素“分組”的工藝技術(shù)依然在稀土工業(yè)中發(fā)揮著重要的作用。