稀土金屬

稀土金屬（rare earth metals)又稱稀土元素，是元素周期表ⅢB族中鈧、釔、鑭系17種元素的總稱，常用R或RE表示。從1794年發現第一個稀土元素釔，到1972年發現自然界的稀土元素鉕，歷經178年，人們才把17種稀土元素全部在自然界中找到。稀土金屬的光澤介於銀和鐵之間。稀土金屬的化學活性很強。

基本介紹

• 中文名：稀土金屬
• 外文名：Rare Earth Metals
• 別名：稀土元素
• 簡稱：R或RE
• 族：IIIB
• 世界儲量：21000萬噸
• 中國儲量：9030萬噸

定義

稀土金屬（rare earth metals）又稱稀土元素，稀有金屬，是元素周期表ⅢB族中鈧、釔、鑭系17種元素的總稱，常用R或RE表示。

鈧和釔因為經常與鑭系元素在礦床中共生，且具有相似的化學性質，故被認為是稀土元素。

與其名稱暗示的不同，稀土元素（鉕除外）在地殼中的豐度相當高，其中鈰在地殼元素豐度排名第25，占0.0068%（與銅接近）。然而，由於其地球化學性質，稀土元素很少富集到經濟上可以開採的程度。稀土元素的名稱正是源自其匱乏性。人類第一種發現的稀土礦物是從瑞典伊特比村的礦山中提取出的矽鈹釔礦，許多稀土元素的名稱正源自於此地。

化學符號

它們的名稱和化學符號是鈧（Sc）、釔（Y）、鑭（La）、鈰（Ce）、鐠（Pr）、釹（Nd）、鉕（Pm）、釤（Sm）、銪（Eu）、釓（Gd）、鋱（Tb）、鏑（Dy）、鈥（Ho）、鉺（Er）、銩（Tm）、鐿（Yb）、鑥（Lu）。它們的原子序數是21（Sc）、39（Y）、57（La）到71（Lu）。

國內儲量

在已探明的稀土儲量中，中國位居第一，約占世界總儲量21000萬噸的43%，前獨立國協達4000萬噸，世界儲量的19.5%，位居第二，美國為2700萬噸，占世界12.86%，位居第三。其次巴西、澳大利亞、越南、加拿大和印度等國的擁有量也相當可觀。（現朝鮮發現世界上最大稀土礦，儲量為中國6倍，初步評估結果顯示潛在礦物總量60億噸，總計2.162億噸稀土氧化物）

稀土金屬

中國控制世界稀土市場約98%的份額。

從中國進口稀土的主要三個國家有：日本、韓國、美國。其中，日本、韓國沒有稀土資源，而美國擁有稀土資源但禁止開採。如果中國一直保持著這樣的出口量，20年後，中國可能成為稀土小國或稀土無國。

起源

稀土是歷史遺留的名稱。稀土金屬是從18世紀末葉開始陸續發現。當時人們常把不溶於水的固體氧化物稱為土，例如把氧化鋁叫陶土。稀土一般是以氧化物狀態分離出來，又很稀少，因而得名稀土。稀土金屬的化學性質很相似，所以在礦物中共生，但是鈧的化學性質同其他稀土差別較大，一般稀土礦物中不含鈧。最稀少的鉕最初是從鈾反應堆裂變產物中獲得的，放射性元素147Pm的半衰期為 2.7年。過去認為自然界中不存在鉕，直到1965年，芬蘭一家磷酸鹽工廠在處理磷灰石時發現了痕量的鉕。

稀土金屬

發展

1787年瑞典人阿倫尼烏斯（C.A. Arrhenius）在斯德哥爾摩附近的於特比 （Ytterby）小鎮上找到一種不尋常的黑色礦石，1794年芬蘭人加多林（J.Gadolin）從中分離出一種新的物質。三年後（1797），瑞典人埃克貝里（A.G.Ekeberg）證實了這一發現，並以發現地名給新的物質命名為yttria（釔土）。後來為了紀念加多林，稱這種礦石為gadolinite（加多林礦，即矽鈹釔礦）。1803年德國化學家克拉普羅特（M.H.Klaproth）、瑞典化學家貝采利烏斯(J.J.Berzelius）和希辛格爾(W. Hisinger）分別從一種礦石（鈰矽礦）中發現了一種新的物質──鈰土（ceria）。1839年瑞典人穆桑德爾（C.G. Mosander)發現了鑭。1843年穆桑德爾又發現了鋱和鉺。1878年瑞士人馬里納克發現了鐿。1879年法國人布瓦博德朗發現了釤，瑞典人克利夫（P.T.Cleve）發現了鈥和銩，瑞典人尼爾松（L.F. Nilson）發現了鈧。1880年瑞士人馬里納克發現了釓。1885年奧地利人韋爾斯巴赫（A. von Wels-bach）發現了鐠和釹。1886年布瓦博德朗發現了鏑。1901年法國人德馬爾凱（E.A.Demarcay）發現了銪。1907年法國人於爾班（G.Urbain）發現了鑥。1947年美國人馬林斯基（J.A.Marinsky）等從鈾裂變產物中得到鉕。從1794年加多林分離出釔土至1947年製得鉕，歷時150多年。

稀土金屬

稀土工業

稀土工業始於 19世紀 80年代。當時需要從獨居石（釷和稀土礦物）中提取制汽燈紗罩用的釷，而稀土則是無用的副產品。到20世紀初，稀土在打火石、碳弧棒、玻璃著色和拋光粉等方面陸續得到套用。同時電燈取代了汽燈，因而在處理獨居石過程中，釷和稀土主副易位。第二次世界大戰期間，釷因為核技術的需求而大量生產，稀土又成為處理獨居石過程的副產品，但純度不高，套用不廣。到50年代，由於離子交換和溶劑萃取新技術成功地套用於稀土的分離和提純，稀土產品純度提高，價格下降。60年代，稀土用作石油裂化催化劑和製取螢光粉；70年代出現稀土鈷永磁體，並在煉鋼中添加稀土，這些都促進了稀土工業的迅速發展。中國於50年代末製得除鉕以外的全部稀土金屬，60年代初開始工業生產。1972年製得鉕。

稀土金屬

資源

稀土在地殼中占0.0153%，其中鈰的地殼豐度最大（0.0046%）。

其次是釔、釹、鑭等（表1）。稀土的豐度與常見金屬鋅、錫、鈷相近。含稀土礦物已經發現的有250種以上，有工業價值的約50～60種，有開採價值的不到10種。最重要的稀土礦物是：氟碳鈰鑭礦(Ce, La)FCO₃，工業精礦含稀土約60%和70%（按氧化物計，下同），大量產於美國加利福尼亞州；氟碳鈰鑭礦與獨居石共生礦，工業精礦含稀土約60%和68%，大量產於中國內蒙古自治區白雲鄂博；獨居石CePO₄、Th₃(PO₄)₄是鈦鐵礦、金紅石、鋯英石加工的副產品，工業精礦含稀土約60%，主要產於澳大利亞、馬來西亞、印度、巴西等國；磷釔礦是釔和重稀土的重要資源，工業精礦含釔約30%，主要產於馬來西亞；離子吸附型稀土礦分為重稀土型和輕稀土型兩類，在用電解質溶液滲浸法直接從原礦中浸出稀土時，前者所得混合稀土氧化物中氧化釔含量約為60%，後者為少鈰富鑭釤銪的輕稀土，產於中國。

中國稀土資源十分豐富，工業儲量占世界第一位。除內蒙古自治區白雲鄂博稀土共生礦和贛南離子吸附型礦外，廣東、廣西、江西、山東、湖南、台灣等省區還有獨居石、磷釔礦、褐釔鈮礦、氟碳鈰鑭礦等。世界各國稀土資源（中國除外）。鈧在地殼中處於分散狀態，是提取鎢、錫等金屬時的副產品。

現狀

“中國對西方發動稀土戰”的論調就在西方滿天飛。稀土這種分布在世界多國的資源，被描述成中國要挾他國的“獨門武器”。德國《每日鏡報》援引一名德國經濟界駐京代表的話說，中國人玩稀土就像當年歐佩克玩石油一樣；美國《新聞周刊》則稱，稀土是高懸於中國貿易夥伴頭上的“達摩克利斯之劍”。

根據《2013-2017年中國稀土金屬冶煉行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》分析，以下是幾個地區稀土現狀：

1，日本。是渲染稀土荒擔憂論調聲音最大的，沒有稀土資源，卻身為世界稀土消費大國的日本。雖然它已廉價從中國購買、儲備了能用20年的稀土，但仍然大張旗鼓地邁開了全球尋找稀土廉價供應商的腳步。日本外交官的身影頻繁穿梭於印度、越南、蒙古、哈薩克斯坦等國家，這些國家有個共同點：擁有或可能擁有稀土。日本迅速同歐美組成“抗議陣營”，日媒指責中國的稀土戰略，同俄羅斯玩弄天然氣管道的手法如出一轍，是徹頭徹尾的“資源武器化”。並搬出WTO規則來大肆製造國際輿論，目的恐怕不僅是想迫使中國在稀土出口上對日實質讓步，而是要藉此在國際輿論中將中國孤立化。

2，美國。美國稀土生產商表示，計畫在2012年年底前，將集團在美國的稀土年產量大幅提升至2萬噸，並以中國的一半價錢，搶占1/6市場。美國稀土生產商指出，從中國裝運出口的稀土數量肯定減少。為打破中國控制稀土供應的局面，美國在加州的礦場計畫在2013年1月1日動工，項目將耗資5.11億美元。美國能源部助理部長9月30日表示，重要資源供應源的多元化勢在必行。

3，歐盟。據路透報導，歐盟貿易專員Karel De Gucht周三表示，他將在下月與中國舉行會談時向該國施壓，要求其保證稀土供應，儘管尚無確鑿的證據顯示中國限制稀土出口已損及歐洲的相關產業。他表示，“如果需要，我們肯定會向世界貿易組織提出投訴，但直至目前，尚無確鑿的證據顯示歐洲企業因此受到影響。”

4，印日合作。印度總理辛格在日本訪問向媒體透露，在中國減少對日稀土出口、中日關係面臨考驗時，印度將利用“大好機會”，促進與日本在稀土貿易及其它方面的合作。印度前外交官員則稱，印日合作，可把中國“將死”。

5，真正目的。“事實上，除鐵礦石之外，世界對於石油、煤炭資源的爭奪仍然十分激烈，慘烈程度遠遠大於對稀土的爭奪。”中國商務部研究院日本問題專家唐淳風說，一些西方國家渲染“稀土大戰“其實是沒影兒的事”。

一位中國專家稱，不要把稀土和其他的一些金屬資源以及石油，放在一起類比，它們並不一樣。全球一年只需要12萬噸，這是非常小的用量，其中還有很多是被有戰略遠見的國家儲備起來的，稀土根本就不是像鐵、銅、鋁、石油這樣大量消耗的資源，而是像味素一樣稍用一點就能發揮巨大作用的戰略元素。這位專家說，真正需要的那些套用強國，早就以低價大量儲備了中國的稀土，所以中國對稀土的調控，根本不會威脅到它們。它們大肆炒作，其實是想讓中國繼續以不合理的廉價，供給他們稀土；同時消耗中國具有獨特優勢的戰略資源，等到中國優勢轉為弱勢，他們就會以極為昂貴的價錢反賣給中國。這正是幾個稀土進口大國與中國較量的手法。有日本專家也認為，以日本為突出代表的國家，大造尋找或重啟稀土開發的勢頭，不排除是為了牽制中國的一種姿態。

那些用資源換取政治利益，換取美國的戰略支持的國家，將很快會發現自己陷於戰略被動。

英國《每日電訊報》題為“稀土爭端：一些大實話”的文章為中國說了些公道話。文章引述分析人士的話說，稀土一直都太便宜，世界需要習慣這些材料變得更貴，特別是中國本土工業開始使用更多的稀土，“這是中國在價值鏈上攀升的結果，也再度說明中國影響世界之大”。

性質

稀土金屬的光澤介於銀和鐵之間。雜質含量對它們的性質影響很大，因而載於文獻中的物理性質常有明顯差異。鑭在6K時是超導體。大多數稀土金屬呈現順磁性，釓在 0℃時比鐵具有更強的鐵磁性。鋱、鏑、鈥、鉺等在低溫下也呈現鐵磁性。鑭、鈰的低熔點和釤、銪、鐿的高蒸氣壓表現出稀土金屬的物理性質有極大差異。釤、銪、釓的熱中子吸收截面比廣泛用於核反應堆控制材料的鎘、硼還大。稀土金屬具有可塑性，以釤和鐿為最好。除鐿外，釔組稀土較鈰組稀土具有更高的硬度。

稀土金屬

稀土金屬的化學活性很強。當和氧作用時，生成穩定性很高的R₂O₃型氧化物（R表示稀土金屬）。鈰、鐠、鋱還生成CeO₂、Pr₆O₁₁、PrO₂、Tb₄O₇、TbO₂型氧化物。它們的標準生成熱和標準自由焓負值比鈣、鋁、鎂氧化物的值還大。稀土金屬氧化物的熔點在2000℃以上。銪的原子半徑最大，性質最活潑，在室溫下暴露於空氣中立即失去金屬光澤，很快氧化成粉末。鑭、鈰、鐠、釹也易於氧化，在表面生成氧化物薄膜。金屬釔、釓、鑥的抗腐蝕性強，能較長時間地保持其金屬光澤。稀土金屬能以不同速率與水反應。銪與冷水劇烈反應釋放出氫。鈰組稀土金屬在室溫下與水反應緩慢，溫度增高則反應加快。釔組稀土金屬則較為穩定。稀土金屬在高溫下與鹵素反應生成 +2、+3、+4價的鹵化物。無水鹵化物吸水性很強，很容易水解生成ROX（X表示鹵素）型鹵氧化物。稀土金屬還能和硼、碳、硫、磷、氫、氮反應生成相應的化合物。稀土金屬合金如鑭鎳合金（LaNi5）具有大量吸氫的能力，是良好的貯氫材料。

用途

1980年全世界稀土產品的生產量約為 34000噸（以氧化物計），主要用於冶金、石油化工、玻璃陶瓷、螢光和電子材料等工業。世界歷年消費分配比（不包括中國）。

稀土金屬及其合金在煉鋼中起脫氧脫硫作用，能使兩者的含量都降低到0.001%以下，並改變夾雜物的形態，細化晶粒，從而改善鋼的加工性能，提高強度、韌性、耐腐蝕和抗氧化性等。稀土金屬及其合金用於製造球墨鑄鐵、高強灰鑄鐵和蠕墨鑄鐵，能改變鑄鐵中石墨的形態，改善鑄造工藝，提高鑄鐵的機械性能（合金鋼，鑄鐵）。在青銅和黃銅冶煉中添加少量的稀土金屬能提高合金的強度、延伸率、耐熱性和導電性。在鑄造鋁矽合金中添加1～1.5%的稀土金屬，可以提高高溫強度。在鋁合金導線中添加稀土金屬，能提高抗張強度和耐腐蝕性。Fe-Cr-Al電熱合金中添加0.3%的稀土金屬，能提高抗氧化能力，增加電阻率和高溫強度。在鈦及其合金中添加稀土金屬能細化晶粒，降低蠕變率，改善高溫抗腐蝕性能。

稀土金屬

用鈰族混合稀土氯化物和富鑭稀土氯化物製備的微球分子篩，用於石油催化裂化過程。稀土金屬和過渡金屬複合氧化物催化劑用於氣體淨化，能使一氧化碳和碳氫化物轉化為二氧化碳和水。鐠釹環烷酸-烷基鋁-氯化烷基鋁三元體系催化劑用於合成橡膠。

稀土拋光粉用於各種玻璃器件的拋光，CeO₂用於玻璃脫色，同時提高其透明度；Pr₆O₁₁、Nd₂O₃等用於玻璃著色；La₂O₃、Nd₂O₃、CeO₂等用於製造特種玻璃；在陶瓷工業中稀土可用於製造陶瓷釉料、耐火材料和陶瓷材料。單一的高純稀土氧化物如Y₂O₃、 Eu₂O₃、 Gd₂O₃、La₂O₃、Tb₄O₇用於合成各種螢光體，如彩色電視紅色螢光粉、投影電視白色螢光粉、超短餘輝螢光粉、各種燈用螢光粉、X 光增感屏用螢光粉以及光轉換等螢光材料。稀土金屬碘化物用於製造金屬鹵素燈，它們的發光效率達80～100流明/瓦，色溫為5500～6000K，接近日光，可以代替碳精棒電弧燈作照明光源。高純 Y₂O₃、 Nd₂O₃、Ho₂O₃、Gd₂O₃是很好的雷射材料。

用稀土金屬製備的稀土－鈷硬磁合金，具有高剩磁、高矯頑力的優點。釔鐵石榴石（YIG）鐵氧體是用高純Y₂O3和氧化鐵製成的單晶或多晶的鐵磁材料。它們用於微波器件（如YIG器件）。高純Gd2O₃用於製備釓鎵石榴石（GGG），它的單晶用作磁泡的基片。金屬鑭和鎳製成的LaNi5貯氫材料，吸氫和放氫速度快，每摩爾LaNi5可貯存6.5～6.7摩爾氫。在原子能工業中，利用銪和釓的同位素的中子吸收截面大的特性，作輕水堆和快中子增殖堆的控制棒和中子吸收劑。稀土元素作為微量化肥，對農作物有增產效果。170Tm放出弱γ射線，用於製造手提X光機。打火石是稀土發火合金的傳統用途，是鈰組稀土金屬的重要用途。

稀土金屬具有極為重要的用途，是當代高科技新材料的重要組成部分。由稀土金屬與有色金屬組成的一系列化合物半導體、電子光學材料、特殊合金、新型功能材料及有機金屬化合物等，均需使用獨特性能的稀土金屬。用量雖說不大，但至關重要，缺它不可。因而廣泛用於當代通訊技術、電子計算機、宇航開發、醫藥衛生、感光材料、光電材料、能源材料和催化劑材料等。中國稀土金屬礦產豐富，為發展稀土金屬工業提供了較好的資源條件。

提取

根據礦石類型而定：

從氟碳鈰鑭礦中提取稀土 將含 7～10%稀土氧化物原礦，經熱泡沫浮選，得到含60%稀土氧化物的精礦。再用10%鹽酸浸出（見浸取），除去精礦中的方解石等碳酸鹽礦物，使精礦中稀土氧化物品位上升至70%。最後再焙燒浸出的精礦以除去氟碳鈰鑭礦中的二氧化碳，得到含85%稀土氧化物產品。此法稱為選冶聯合流程。

鹽酸－氫氧化鈉法是處理氟碳鈰鑭礦提取混合稀土的方法之一。將含70%稀土氧化物的精礦，先用過量濃鹽酸分解精礦中的稀土碳酸鹽，使其生成可溶性氯化稀土（RCl₃）。R₂(CO₃)₃·RF₃ +9HCl→RF₃↓+ 2RCl₃+3HCl+ 3H₂O+3CO₂↑，經固體和液體分離後，殘渣中的氟化稀土(RF₃）用鹼溶液轉化成混合稀土氫氧化物RF₃+3NaOH─→R(OH)₃+3NaF，再用分解精礦溶液中的過量鹽酸溶解稀土氫氧化物 【R(OH)₃】，反應生成的氯化稀土溶液 R(OH)₃+3HCl─→RCl₃+3H₂O，經中和後除去雜質，濃縮結晶為混合稀土氯化物（RCl₃·6H₂O）。

氯化冶金法處理氟碳鈰鑭精礦是製取無水混合氯化稀土的重要方法。將含70%稀土氧化物精礦與碳粉、粘合劑混勻製成團塊，在豎式爐中1000～1200℃高溫下通入氯氣，精礦中的稀土和雜質絕大部分被氯化。低沸點的雜質元素氯化物以氣體形態排出；而高沸點的稀土、鈣、鋇等鹼土金屬氯化物成為熔體流入熔鹽接收器，出爐冷卻後得無水氯化稀土，用以製取混合稀土金屬，並從混合稀土電解渣中回收釤和銪。

從獨居石中提取稀土 根據它的伴生礦物的不同性質，採用磁選、電選、重選或浮選方法使它與伴生的有價礦物鋯英石、鈦鐵石、金紅石分開。精選所得的獨居石精礦中氧化稀土、氧化釷（RxOy+ThO₂）含量為55～68%。獨居石的處理方法是將磨好的精礦粉在常壓或加壓下用NaOH溶液分解，稀土、釷生成難溶性的氫氧化物，

RPO₄+3NaOH─→R(OH)₃+Na₃PO₄ 和

Th₃(PO₄)₄+12NaOH─→3Th(OH)₄+4Na₃PO₄

，稀土用鹽酸溶解並控制酸度後進入溶液，

R(OH)₃+3HCl─→RCl₃+3H₂O

與釷及其他雜質分離，稀土溶液濃縮結晶得氯化稀土，獨居石礦還可採用硫酸法處理。

從氟碳鈰鑭礦－獨居石混合型稀土精礦提取稀土 可採用酸法、鹼法、氯化法。硫酸強化焙燒－溶劑萃取法是將含約60%稀土氧化物的混合型精礦在迴轉窯內用濃硫酸進行高溫分解，使精礦中的鐵、磷、釷、鈣、鋇等轉化為難溶性物質，焙燒後的固體料經水浸除去雜質，得到純淨的稀土硫酸鹽溶液，再經有機溶劑萃取和鹽酸反萃，最後得到混合氯化稀土溶液。濃縮結晶，可得混合氯化稀土；或直接進行分組分離，製取單一稀土化合物。

分離提純

從精礦提取所得的混合稀土化合物中分離提取單一稀土元素，不僅要將這十幾個化學性質極其相近的稀土元素分離出來，而且還必須將稀土元素和伴生的雜質分離開來。主要有化學法、離子交換法和溶劑萃取法等。

化學法

有分步結晶法、分級沉澱法和選擇氧化還原法。前兩種分離方法已被離子交換和有機溶劑萃取法所代替。選擇氧化還原法是基於某些稀土金屬可以氧化成+4價狀態（Ce、Pr、Tb）或還原成 +2價狀態（Sm、Eu、Yb),其化學性質與+3價稀土金屬有明顯差異。利用稀土金屬有不同的氧化還原電勢，可以達到分離的目的。鈰的氧化和釤、銪、鐿的還原分離法仍被廣泛採用。

離子交換法

分離高純單一稀土的有效方法。利用稀土絡合物穩定常數之間的微小差異，使稀土離子在樹脂床上進行交換反應，產生不間斷的解吸-吸附過程，從而在樹脂床的不同部位展開不同富集程度的稀土帶，最後達到互相分離的目的。將混合稀土離子荷載在裝有磺化聚苯乙烯-二乙烯苯樹脂的離子交換柱上，用氨羧絡合劑淋洗。為使被分離的稀土離子在樹脂床上有足夠的交換次數，防止稀土絡合離子迅速穿過樹脂床，必須使用延緩離子（它能使稀土帶的上端被解吸出來的稀土離子再次吸附在樹脂上），起到阻滯作用，保證分離有效進行。常用的延緩離子有Cu²⁺-H⁺、 H⁺等。由於各種稀土元素性質極其相似，樹脂對相鄰3價稀土離子的選擇性極小，不能像簡單鹽那樣進行置換分離，因此必須使用氨羧絡合劑作淋洗劑。常用的氨羧絡合劑有乙二胺四乙酸(EDTA）、羥乙基乙二胺三乙酸（HEDTA）、氨三乙酸（NTA）等。

溶劑萃取法

具有規模大和連續化等特點，是稀土元素進行分組或分離的重要方法。稀土鹽類在一定的萃取體系和設備中，經有機相與水相多次接觸和再分配，達到多元素分組和單個元素分離。使用的萃取劑有含氧溶劑類（酮、醚、醇、酯類化合物）、磷類（如磷酸三丁酯、二- 2-乙基己基磷酸）、胺類（三烷基胺、氯化三烷基胺）、羧酸類（脂肪酸、環烷酸）以及能和金屬離子形成螯合物的螯合萃取劑。使用的萃取設備有混合澄清萃取器、萃取塔和離心萃取器。在中性絡合萃取體系中，萃取劑是中性有機化合物磷酸三丁酯（TBP）、甲基磷酸二甲庚酯（P-350）等。被萃取物是無機鹽R(NO3)3，它們結合生成的萃合物是中性絡合物。中性磷氧類萃取劑最重要，其中P-350萃取稀土能力比TBP強。在P-350或TBP硝酸體系萃取分離稀土時，影響分配比和分離係數的因素有：酸度、稀土濃度、鹽析劑和萃取劑濃度等。在酸性絡合萃取體系中，萃取劑是有機弱酸HA。最重要的是酸性磷氧萃取劑二-2-乙基己基磷酸（P-2O4），它在非極性溶劑（煤油）中通常是以二聚分子H₂A₂的形式存在，二聚體是通過兩個氫鍵O-H…O結合起來的，能在酸性溶液中進行萃取。其分配比隨著原子序數的增加（離子半徑的減少）而增加。在離子締合萃取體系中，萃取劑是含氧或含氮的有機物，被萃取物通常為金屬絡陰離子，二者以離子締合方式成為萃合物進入有機相，最重要的是胺類萃取劑（伯、仲、叔胺和季銨鹽）。它們只能萃取可生成絡陰離子的金屬元素（如稀土），不能生成絡陰離子的鹼金屬、鹼土金屬不能被萃取，所以選擇性較高。在用P-204煤油-HCl-RCl3體系進行稀土分離時，可將稀土混合物分成輕、中、重三組。控制一定的水相鹽酸濃度和有機相濃度，在不同的酸度下，P-2O4與稀土元素的絡合能力不同，從而按預定的界限分組。首先以釹、釤為界，將釤、銪及其後面的重稀土萃入有機相中，釹及其以前的輕稀土留在萃余液中；然後再以釓、鋱為界，先以2摩爾濃度的鹽酸反萃獲得釤、釓富集物，再用5摩爾濃度的鹽酸反萃又獲得重稀土富集物，達到分組的目的。各組富集物可進一步分離為單一稀土。

合金製取

1826年，瑞典人穆桑德爾首次用金屬鈉、鉀還原無水氯化鈰製得雜質很多的金屬鈰。1875年，希勒布蘭德（W.Hillebrand）和諾爾頓（T.Norton）首次用氯化物熔鹽電解法製得少量的金屬鈰、鑭和鐠釹混合金屬。到20世紀30年代末，發展了金屬熱還原法和熔鹽電解法從稀土鹵化物製取工業純稀土金屬的工藝。金屬熱還原法 氟化物鈣熱還原是將無水稀土氟化物與超過理論量10～15%的金屬鈣顆粒混合壓實，裝入鉭坩堝，置於高真空電爐中，充入惰性氣體，在高於渣和金屬熔點50～100℃溫度下，進行還原反應。在反應溫度下保持約15分鐘，然後冷至室溫，除去渣並取出金屬，金屬回收率為95～97%。但產品含鈣0.1～2%、 鉭0.05～2%（還原所得的鈧和鑥中的鉭含量高至2%以上），含氧、氟等雜質亦高，需再經高真空重熔和蒸餾（或升華）除去雜質。此法可製取除釤、銪、鐿和銩以外的鑭系金屬。

稀土金屬

氯化物熱還原過程常用的還原劑為鋰或鈣， 由於反應溫度較低，可以採用較鉭便宜的鈦、鉬坩堝，且可減少坩鍋對金屬的污染。

中間合金法製備釔組稀土金屬 在還原爐料中添加一定比例的鎂和氯化鈣以形成稀土鎂合金和CaF₂-CaCl₂低熔點的熔渣。用鈣還原無水YF3時，將金屬鈣和鎂裝入坩堝（圖3），而YF₃和CaCl₂裝入上部的加料漏斗，密封反應罐抽真空至10^-2托，再充入氬氣，然後加熱至950℃，使YF₃和CaCl₂落入坩堝，爐料按下式進行還原和合金化反應，保持20～30分鐘後取出坩堝，得到含鎂24%的釔鎂合金。將這種合金於950℃下按一定升溫速度真空蒸餾。得到的海綿釔含鈣和鎂均小於0.01%，金屬純度約99.5～99.7%。海綿釔經真空電弧爐重熔獲得緻密金屬，回收率為90～94%。氧化釤、氧化銪、氧化鐿和氧化銩的鑭（鈰）還原法 金屬釤、銪、鐿和銩的蒸氣壓高，以蒸氣壓較低的金屬如鑭、鈰，甚至鈰族混合稀土金屬為還原劑，在高溫和高真空下還原Sm₂O₃、Eu₂O₃、Yb₂O₃和Tm₂O₃，同時進行蒸餾，可以得到相應的金屬。採用經過灼燒的R₂O₃粉料和表面清潔（無氧化膜）的金屬還原劑混合壓製成塊。在真空度10^-3托和1300～1600℃條件下，經過0.5～2小時還原蒸餾，可以得到較高的金屬回收率。還原蒸餾設備見圖4。這種方法也適用於製取金屬鏑、鈥和鉺，只是需要更高的溫度和真空度。Eu₂O₃的還原反應激烈，還原溫度較還原釤、鐿、銩的氧化物低100～500℃，操作應在惰性氣氛中進行。

稀土金屬

熔鹽電解法 製取稀土金屬的主要工業生產方法。70年代氯化稀土電解槽的規模已達五萬安培，年產稀土金屬數千噸，主要是鈰族混合稀土金屬，其次是金屬鈰、鑭、鐠和釹。按稀土熔鹽電解體系分為兩類，一是RCl3-KCl（NaCl）體系，電解稀土氯化物；二是RF₃-LiF-BaF₂(CaF₂）體系，電解稀土氧化物。氯化物體系電解的電解質是由35～50%無水RCl₃和KCl配製的。原料中雜質的含量（%）規定為Fe₂O₃<0.07，Ca<3，Th<0.03。電解溫度高於金屬熔點，電解製取混合稀土金屬和鈰時為850～900℃；電解製取鑭時為900～930℃；電解製取鐠釹合金時約為950℃。用鉬棒作陰極，電流密度為3～5安/厘米2。用石墨作陽極，電流密度<1安/厘米2。槽電壓8～9伏，極間距是可調的。金屬直收率為80～90%，純度為98～99.5%。電解法也可用於製取稀土和鋁、鎂乃至過渡族金屬的合金。按作用原理分為兩種方法：①以液態金屬如鋁或鎂為陰極，在YF₃－LiF或在YCl₃－KCl體系中電解Y₂O₃或YCl₃，使Y3+在液態鋁或鎂陰極上還原析出，生成Y-Al或Y-Mg合金，釔含量分別可達20%和48%；②共同析出電解合金組元製取Y-Al及Y-Mg合金。電解製取Y-Al合金時，使用摩爾比 LiF:YF3=1:4的電解質，在電解溫度為1025℃和陰極電流密度為 0.6安/厘米2工藝條件下，電解含量為14～17%的Al₂O3和Y₂O₃混料，則Y³⁺及Al³⁺在陰極上共同還原析出，形成Y-Al合金。電解製取Y-Mg合金時，用YCl₃-MgCl₂-KCl體系的電解質在900℃條件下進行電解，則Y³⁺和Mg²⁺離子在陰極上共同還原析出，形成Y-Mg合金。

稀土金屬

稀土製取

以稀土氧化物、氫氧化物、碳酸鹽或稀土精礦為原料（中國還採用含稀土的高爐渣），用矽鐵合金為還原劑，進行還原熔煉。配料時加入石灰和少量螢石以提高熔渣的鹼度和流動性。控制配料比可冶煉出稀土金屬含量為25～50%的R-Si-Fe-Ca合金。稀土金屬總回收率達70～80%。將此種合金進行爐外配鎂，可得到R-Si-Fe-Mg合金。

製取方法

稀土金屬製取(preparation of rare earth metal)，將稀土化合物還原成金屬的過程。還原所製得的稀土金屬產品含稀土95%～99%，主要用作鋼鐵、有色金屬及其合金的添加劑，以及用作生產稀土永磁材料、貯氫材料等功能材料的原料。瑞典人穆桑德爾(C．G．Mosander)自1826年最先製得金屬鈰以來，現已能生產全部稀土金屬，產品純度達到99.9%。常用的方法有金屬熱還原法製取稀土金屬和鹽熔電解法製取稀土金屬。

金屬熱還原法

根據使用的還原劑種類可分為鈣熱還原法、鋰熱還原法、鑭鈰還原法，主要用於製取釔、鏑、釓、鉺、釤、鐿等稀土金屬。金屬熱還原法為間斷性生產過程，設備比較複雜。

熔鹽電解法

根據電解質的種類可分為氯化物熔鹽體系和氟化物-氧化物熔鹽體系電解法，多用於製取以鑭鈰為主的混合稀土金屬以及鑭、鈰、鐠、釹等單一稀土金屬。熔鹽電解法為連續性生產過程，產量較大，設備簡單，成本較低，但電解槽需用耐高溫氯化物或氟化物腐蝕的結構材料製造。

還原製得含稀土99%的稀土金屬經真空精煉(包括真空蒸餾或升華)、電傳輸、區域熔煉、熔鹽電解精煉等方法處理除去非稀土雜質後，可獲得純度超過99.9%的稀土金屬產品。電傳輸法又稱固體電解法或離子遷移法，是一種利用雜質離子在電場作用下產生順序遷移的金屬提純方法。稀土金屬可用氫化法或機械磨碎法製成金屬粉末。

提純

工業上大量使用的是工業純稀土金屬，較高純度的稀土金屬主要供測定物理化學性能之用。主要有四種提純方法在試驗室中使用，即真空熔融，真空蒸餾或升華，電遷移和區域熔煉。

真空熔融法

將蒸氣壓較低的稀土金屬，如鈧、釔、鑭、鈰、鐠、釹、釓、鋱和鑥，在真空度大於10-6托，用高於金屬熔點 200～1000℃的溫度進行熔融提純。在這種情況下，蒸氣壓高的雜質如鹼金屬、鹼土金屬以及氟化物、低價氧化物（RO）能被蒸餾出去，但對鉭、鐵、釩、鉻這些沸點高的雜質的去除效果較差。

真空蒸餾法

又名真空升華法。在真空度為 10-6～10-9托和溫度為1600～1725℃下蒸餾提純釔、釓、鋱、鑥以及在1550～1650℃下升華提純鈧、鏑、鈥、鉺、銩、釤、銪、鐿。在這種條件下，鉭、鎢等蒸氣壓低的金屬雜質和含碳、氮、氧的化合物便會留於坩堝中。此法往往同真空熔融法並用。

電遷移法

將稀土金屬棒在超高真空或惰性氣氛中通上直流電，在比金屬熔點低100～200℃下保持1～3周。在高溫和直流電場作用下，各種雜質元素因為有效電荷、擴散係數和遷移率不同，便沿試棒向兩端富集。切去試棒兩端，中段可再次進行電遷移提純。在試驗室中用電遷移法對鑭、鈰、鐠、釹、釓、鋱、釔、鑥進行提純，去除碳、氧和氮這些雜質的效果顯著。

區域熔煉法

稀土金屬棒在區域熔煉爐中以很慢的速度（如提純釔時為0.4毫米/分），進行多次區熔，對去除鐵、鋁、鎂、銅、鎳等金屬雜質有明顯效果，但對氧、氮、碳、氫無效。此外，電解精煉、區熔－電遷移聯合法提純稀土也有一定效果。