3.1　稀土元素的组成和特性

从原子序数57的镧（La）到71的镥（Lu）的镧系元素加上原子序数39的钇（Y）和原子序数21的钪（Sc）共17个元素统称为稀土元素。根据稀土元素原子电子层结构和物理化学性质，以及它们在矿物中的共生情况和不同的离子半径可产生不同性质的特征，17个稀土元素通常分为两组：轻稀土（又称铈组）包括镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）；重稀土（又称钇组）包括铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu）、钪（Sc）、钇（Y）。称铈组或钇组，是因为矿物经分离得到的稀土混合物中常以铈或钇占优势而得名。也有人根据稀土元素理化性质的相似性和差异性或按其萃取性能将其分为轻、中、重稀土三组（Sc除外），依次为轻稀土（P204弱酸度萃取）：镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）；中稀土（P204低酸度萃取）：钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆Gd），铽（Tb）、镝（Dy）；重稀土（P204中酸度萃取）：钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu）、钇（Y）。

稀土元素是典型的金属元素。它们的金属活泼性仅次于碱金属和碱土金属元素，而比其他金属元素活泼。在17个稀土元素当中，按金属的活泼次序排列，由钪、钇、镧递增，由镧到镥递减，即镧元素最活泼。稀土元素能形成化学稳定的氧化物、卤化物、硫化物。稀土元素可以和氮、氢、碳、磷发生反应，易溶于盐酸、硫酸和硝酸中，此三酸即是稀土萃取的主要介质。

近年来，稀土被用作荧光体材料、磁性材料、热中子吸收材料或超导原材料等的功能性原材料而成为重要的战略物资。稀土功能性原材料的特性由各个单一元素特有的物理性质决定，随着各稀土元素的开发应用，对其纯度的要求越来越高。由稀土精矿分解后所得到的混合稀土化合物中分离提取出单一纯稀土元素，在化学工艺上是比较复杂和极为困难的，甚至有人形容稀土元素分离的难度犹如同位素分离的难度。其主要原因是稀土元素同属于元素周期表第ⅢB族，除了Ce有三价、四价之外，在水溶液中都是稳定的三价态，其物理和化学性质极为相近；其次是稀土精矿分解后所得到的混合稀土化合物中伴生的杂质元素较多，因此，在分离稀土元素的工艺流程中，不仅要考虑稀土元素之间的分离，而且还必须考虑稀土元素与伴生的杂质元素之间的分离。

稀土的分离和高度提纯技术大致可用以下三种方法：①利用氧化或还原反应的分步沉淀法；②离子交换法；③溶剂萃取法。溶剂萃取法具有处理容量大、反应速率快、分离效果好的优点，是目前稀土分离工业中应用最广泛的一种方法。也正是在稀土的分离过程中充分显示了溶剂萃取的“高效提取，精细分离”的技术特点。