探析有色金属中稀土元素的化学分析

探析有色金属中稀土元素的化学分析

刘枫

青岛兰石重型机械设备有限公司理化检测中心266426

摘要：稀土元素作为金属材料的维生素，可以有效提高有色金属及其合金的强度，细化有色金属的晶粒，同时大量的研究和实践应用表面，稀土元素的加入在镁合金、铝合金、铜合金和钨合金中都取得了很好的应用效果，因此应当加强有色金属中稀土元素的化学分析及其应用的研究力度，本文就此展开论述。

关键词：有色金属；稀土元素；化学分析

引言：由于有色金属具有强度高、熔点高且延展性好等特点，因此得到了较为广泛的应用，常见的有色金属大多为铝、铜、邬、镁四类。作为高活性的稀土元素，对有色金属的提纯及改善性能有着很大的作用，使其高度应用于航空航天、电子等领域。

1.我国有色金属资源状况

有色金属：[Metallurgy]non-ferrousmetal，狭义的有色金属又称非铁金属，是铁、锰、铬以外的所有金属的统称。广义的有色金属还包括有色合金。有色合金是以一种有色金属为基体（通常大于50%），加入一种或几种其他元素而构成的合金。

中国有色金属资源丰富，品种比较齐全。就目前所知，钨和稀土等7种金属的储量居世界第一位；铅、镍、汞、钼、铌5种金属的储量也相当丰富。在矿产资源中，有色金属是中国的一大优势。中华人民共和国成立以前，中国有色金属工业十分落后，无论矿山或工厂，其设备规模都很小，只能生产金、银、锡、锑、铜、铅、锌、汞等，许多有色金属都不能生产。自1949年以来，中国有色金属工业发展很快，已经形成了从常用有色金属到稀有金属，品种比较齐全，工艺比较完善的生产体系。中国各种有色金属的采矿、选矿、冶炼、加工工厂都具有相当规模，但与世界先进水平相比较，还有一定的差距。为此，在进行有色金属新矿山、工厂建设的同时，还面临现有矿山、工厂的技术改造任务，以充分发挥中国有色金属资源优势，满足国民经济发展的需要。

2.有色金属中稀土元素的作用

2.1稀土通过化学反应可以改变有色金属中杂质的存在状态

有色金属中经常有金属杂质或非金属杂质，稀土元素可以和这些杂质金属进行反应，比如与铁、硅等形成不同的化合物，这样就可以改变铝金属固有的固溶方式，导致它的电阻率不断降低。又比如稀土元素与非金属元素因为化学反应生成高熔点的化合物，这样就导致有色金属的晶粒网络结构进行了细化，有效地稳定了晶界，从而形成高熔点的金属间化合物，提高了有色金属的综合性能。

2.2稀土元素的加入可以降低有色金属中氢的含量

因为氢，特别是融入液态金属的氢，会以原子态的形式存在，然后变成高分子，导致有色金属材料出现裂纹等问题，严重降低综合性能，并且损害其加工过程，所以减少有色金属中氢的含量越来越引起科学家的关注。正因为如此，添加适量的稀土元素可以有效地减少氢的含量，比如有研究表明，0.1%～0.3%的稀土可以明显降低铝和其合金中氢的含量，达到了非常好的减氢效果。

2.3稀土元素能改变合金的表面张力

研究表明，只要基体的表面张力有所降低，就可以有效提高金属或者合金的成型性和铸造性，金属的成型性和铸造性是衡量金属及其合金的性能的有效标准之一，大量的文献表明，在铝和铝合金中添加适量的稀土可以有效降低表面张力。

2.4改变有色金属及其合金的耐高温氧化和耐腐蚀性能

有文献报道，将多种稀土进行混合，然后添加到铝中进行试验，研究结果表面，凡是添加了稀土元素的铝无论是在人造海水还是含盐水中，其耐腐蚀性和耐高温氧化都要比没有添加稀土的铝金属好，这个试验可以看出适量稀土混合物的加入可以有效改变有色金属及其合金的耐高温氧化和耐腐蚀性能，而耐高温氧化和耐腐蚀性能是衡量有色金属及其合金的又一有效标准。

3.稀土元素与有色金属及其化合物的化学分析

3.1稀土元素与铝及铝合金的化学分析

在生产实验中总结得出，当向稀土元素的配液中加入铝合金后，以氢氧化钾为介质，以铝合金为电极，进行铝合金、铝的电化学测试，发现：稀土元素阻碍了铝离子的电离现象，增强了铝合金的抗腐蚀性；电离现象的减弱，提高了铝合金的均匀度；电极反应的极化作用减弱，增强了铝合金的结构稳定性，以上几点原因全面提升了铝合金的化学性能和质量。通过对相关样品的表征分析，可以发现稀土的加入可以帮助化学反应，形成大量的稀土——铝化合物，这些化合物的生成能有效提高合金的强度，同时稀土元素也可以单独对铝合金起到强化和净化的作用，从降低铝合金偏析问题出现频率的角度出发，提高高温强度。由于稀土的加入可以有效提高铝合金的性能，所以目前铝合金中稀土元素的化学分析及应用最为广泛地被应用于各个方面。

3.2稀土元素与铜合金的化学分析

稀土元素主要包含镧系元素及ⅢB族钇元素，但在铜合金中，镧系元素被广泛应用。其中对La盐的利用频率较多，可对铜合金的耐腐蚀性有效提高。因此，可以选择硝酸溶液作为反应溶液，利用点滴的方法研究稀土元素在铜合金中的反应。首先，对硝酸溶液进行提纯，保持试验温度在恒温的状态下，获取强度转化膜，利用SEM手段，分析转化膜的元素、性能。转化膜通常体现为铜离子与镧系元素的共同化合物，且其耐腐蚀性能较强，能够有效保护铜合金的内部构造。根据调查发现，稀土铜合金通常被应用于大电流的开关以及电线，不仅因其耐腐蚀性能，也因其具有高导电性能。将0.45mg的含有0.011%左右镧系元素与含有0.12%磷的铜合金进行加工，可将导电率提高至95%。

3.3稀土元素与钨合金的化学分析

随着现代工业的高速发展，钨合金因为其良好的热稳定性、高强度、低蒸汽压和良好的延展性等综合的优良性能被广泛地应用于航天航空、冶金等众多工业领域，但是与此同时钨合金也有它的缺点，比如再结晶温度低、高温强度低等，而稀土元素的加入，因为它作为金属的维生素的原因，可以有效地细化晶粒，从而使得钨合金的性能得到较大程度的改善。从国内现阶段的化工生产情况来看，钨镍铁/钨镍铜合金是性能良好、被普遍应用的有色金属合金，其具有磁性低、弹性高、抗拉性高等优势，能够被广泛应用在精密设备、仪器的金属化工产品生产制造中。为了与我国日益进步的科学技术发展相适应，有关技术人员应当进一步提升钨镍铁/钨镍铜合金的化学性能。由化学实验中相关数据证明，在钨镍铁/钨镍铜合金中加入稀土元素，能够改善其组织结构，起到增强拉伸度和强度的作用。根据稀土元素的类型不同，其与钨镍铁/钨镍铜合金所产生的化学反应结果也有差别，有关人员应当加强注意与研究。作为一种新型的合金材料——钨镍铁/钨镍铜合金是对钨合金的性能改良，其与稀土元素的化学反应及效果，呈现了我国有色金属生产与研发的新成果。

3.4稀土元素与镁合金的化学分析

稀土元素与镁合金的化学反应，能够起到去除杂物、铁元素、硫元素、氧元素和氢元素的作用，从而增强镁合金的韧性、强度，实现熔体净化、精炼除气的效果，其化学技术被普遍应用于的我国的航空事业、汽车产业当中。

结束语：综上所述，根据有色金属化合物与稀土元素的化学反应分析，可以看出稀土元素具有增强有色金属性能，提升其结构稳定性、耐久性、抗腐蚀、抗氧化性能的作用；稀土元素与钨合金、铜合金、铝合金、镁合金的化学结合与应用成效得到了时间的检验，为我国化工事业健康、可持续的发展提供了条件。

参考文献：

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[2]李东东.有色金属中稀土元素的化学分析研究[J].中国科技投资.2017.

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