7440-19-9/釤的性質(zhì)及用途

背景及概述^[1]

釤是一種有銀白色金屬光澤的稀土金屬，有類似鋅的硬度和密度，是鐿和銪之外第三容易揮發(fā)的鑭系元素。釤在空氣中容易氧化。它屬于典型的鑭系元素，氧化態(tài)通常為+3。最常見的釤(II)的化合物有SmO（氧化釤(II)），SmS，SmSe 和 SmTe。SmTe在化學(xué)合成中是一種常見的還原劑。釤沒有顯著的生物學(xué)作用，只有輕微毒性。在空氣中，釤慢慢地在室溫下氧化和在150°C下自發(fā)性點燃，即使儲存于礦物油中，釤也會逐漸氧化和在表面形成具有灰黃色粉末的氫氧化物混合物。金屬外觀可以被完整保存在密封的惰性氣體中（如氬氣）。

性質(zhì)^[1]

釤原子的電子構(gòu)型為[Xe]4f66S2，主要呈現(xiàn)+3價和+2價。在環(huán)境條件下，釤通常假定一個三角結(jié)構(gòu)（α-型）。當(dāng)加熱至731℃，其成六方緊密堆積（hcp結(jié)構(gòu)），但是轉(zhuǎn)變溫度的金屬的純度取決于晶體的對稱性變化。進一步加熱到922℃下將金屬成的體心立方（bcc結(jié)構(gòu)）相。加熱到300°C并壓縮至40k bar會形成一個雙六方緊密堆積結(jié)構(gòu)（DHCP）。

在干燥空氣中相當(dāng)穩(wěn)定，在潮濕空氣中表面生成氧化物膜?？膳c冷水緩慢地或與熱水迅速地反應(yīng)形成氫氧化釤，易溶于稀硫酸形成含有黃色至淺綠色的Sm（III）離子，以[Sm(OH₂)₉]³⁺復(fù)合物的形式存在。Sm(II)離子溶液為血紅色。

資源^[1]

釤雖然歸類為稀土元素，但在地殼中是第40最豐富的元素，比錫等金屬還要常見。釤在多種礦物質(zhì)中組成比例高達2.8%，包括硅藻土，硅鈹釔礦，鈮釔礦，獨居石和氟碳鈰礦，其中獨居石和氟碳鈰礦是最常見的商業(yè)元素來源。稀土元素在獨居石砂里的質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常為50%，其中釤占2.8%。此外，釤亦存在于氟碳鈰礦中。這些礦物質(zhì)主要分布在中國，美國，巴西，印度，斯里蘭卡，澳大利亞，中國釤開采及生產(chǎn)是目前世界領(lǐng)先的。

釤鈷合金的處理^[2]

釤鈷合金屬于稀土材料中的一種，廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)、醫(yī)藥、國防等領(lǐng)域。釤鈷合金除含有釤和鈷外，還可能含有少量鎳、銅等有價金屬。由于釤和鈷在我國的儲量較少，屬于稀缺型戰(zhàn)略資源，因此進行釤鈷合金中釤、鈷等的分離和回收具有重要的實際意義。傳統(tǒng)處理方法是將磨細的釤鈷合金進行氧化焙燒后浸出或者采用酸性體系直接浸出。所采用的酸性體系通常是高濃度的硫酸或鹽酸溶液，從而保證該合金中的釤能夠以較高的浸出率進入浸出液中。進入溶液中的釤、鈷等后續(xù)分離和回收一般是選擇采用化學(xué)沉淀法或萃取法進行。將磨細后的釤鈷合金在一定濃度的酸體系下進行浸出，鈷和少量釤進入溶液，實現(xiàn)鉆與大部分釤的分離：進入溶液中的這部分釤經(jīng)調(diào)節(jié)pH沉淀，然后與保留在浸岀渣中的大部分釤混合，經(jīng)碳酸鈉轉(zhuǎn)化后，再經(jīng)鹽酸溶解、草酸沉淀后直接焙燒制備氧化釤產(chǎn)品；沉釤后液則經(jīng)進一步凈化后，可送去制備硫酸鈷。

釤鈷磁性廢料的處理^[3]

首先對磁性廢料中各元素進行粗分，再對有價元素逐一提純，并去除其中雜質(zhì)，使能達到相應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。具體步驟是：a.釤鈷廢料用稀鹽酸浸出，反應(yīng)完全后過濾以除去酸不溶物；b.浸出液調(diào)節(jié)p=2~4，用草酸沉淀溶液中的稀土元素，生成灰白色草酸鹽沉淀，過濾干燥、經(jīng)灼燒后得到固體氧化釤；c.沉淀釤后的濾液用氧化劑將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，調(diào)節(jié)pH=2~4，使溶液中的鐵元素先于鈷元素生成沉淀，過濾，達到溶液除鐵的目的；d.除鐵后的濾液，調(diào)節(jié)p2~4，加入草酸得到草酸鈷沉淀，過濾、干燥、灼燒后得到氧化鈷。

用途^[1][4]

1.釤主要的商業(yè)應(yīng)用為釤鈷磁鐵,其具有僅次于釹磁鐵的永久磁化。在諸多高新技術(shù)領(lǐng)域，永磁材料都是非常重要的功能器件，有著不可替代的作用。與釹鐵硼、鋁鎳鈷等其它種類的永磁材料相比，作為第二代稀土永磁材料的2:17型釤鈷永磁材料，憑其高溫穩(wěn)定性、強的耐蝕性和高能量供給等優(yōu)異的綜合性能被廣泛的應(yīng)用于汽車、交通運輸、計算機技術(shù)、雷達、衛(wèi)星通信和航空航天技術(shù)中。釤鈷永磁材料中含有大量的稀土元素釤（Sm）和重要的戰(zhàn)略元素鈷（Co）?？蒲泄ぷ髡咄ㄟ^添加合金元素的方法，制備了以釤、鈷、鐵（Fe）、銅（Cu）、鋯（Zr）為主要成分的釤（鈷、鐵、銅、鋯）z永磁材料，商業(yè)上應(yīng)用的釤鈷永磁材料的分子式為：Sm（CobalFe0.1-0.2Cu0.08-0.1Zr0.01-0.04）6.8-7.5，其磁性能為：（BH）max=25~29MG0e,Br=10~11kGs,Hcj>20k0e。商業(yè)釤鈷磁體的矯頑力較高，一般都在2k0e以上，而對于一些特殊應(yīng)用的磁體，如耐高溫釤鈷磁體和低溫度系數(shù)釤鈷磁體的矯頑力更高，通常在30k0e以上。

2.釤化合物可以承受700℃以上的顯著高溫，而不會失去其磁性，釤153放射性的同位素藥物的重要組成成分為釤-153lexidronam（Quadramet），可以殺死癌細胞，例如肺癌，前列腺癌，乳腺癌，骨肉瘤。另一種同位素釤-149，是一種強的中子吸收劑，可添加到核反應(yīng)堆的控制棒。在反應(yīng)器操作過程中它也形成一個衰變產(chǎn)物，是反應(yīng)器的設(shè)計和操作中的一個重要的考慮因素。

3. 制備氧化釤催化劑：以硝酸釤（Sm（NO₃）₃·6H₂O）或氯化釤（SmCl₃·6H₂O）為原料，溶于去離子水，滴加到沉淀劑氨水的水溶液中，經(jīng)過陳化、洗滌、干燥和焙燒制得Sm₂O₃-B、Sm₂O₃-C、Sm₂O₃-D、Sm₂O₃-B*、Sm₂O₃-D*或Sm₂O₃-E*的氧化釤催化劑。并用于以一氧化碳和氫氣的混和氣作為原料的異構(gòu)合成反應(yīng)，在氧化釤催化劑存在下、在固定床反應(yīng)裝置中加溫加壓下進行，獲得異構(gòu)C₄烴產(chǎn)物；其一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為3-8%，異構(gòu)C₄烴的混合氣選擇性為42~69%，C₄烴占異構(gòu)C₄烴的混合氣的比例為35~77%，異丁烯和異丁烷占異構(gòu)C烴的比例為44~100%。

主要參考資料

[1] 釤，維基百科

[2] 張杜超，王安，張新望，一種處理釤鈷合金的方法，CN 201510393215，申請日2015-07-07

[3] 王晶晶，許濤，馬瑩，一種釤鈷磁性廢料的回收利用方法，CN 201310475027，申請日2013-10-12

[4] 賀德華，董國利，師磊，一種氧化釤催化劑的制備及應(yīng)用，CN 200410062736，申請日2004-07-08