有色金属中稀土元素的化学分析

有色金属中稀土元素的化学分析

刘华

通标标准技术服务（天津）有限公司  天津市  300451

摘要：随着我国有色金属资源的发展，对有色金属化学分析技术提出了越来越高的要求，为适应这一要求，必须不断地改进和强化其自主性。在对有色金属及自动化分析技术进行论述的基础上，明确了我国有色金属材料的发展现状，对有色金属化学分析中自动化分析技术的应用进行了分析，并对自动化分析技术的发展内容进行了探讨，从而可以有效地提高化学分析的水平。

关键词：有色金属；稀土元素；化学分析；

引言：有色金属是国家的主要金属原料，其化学分析技术在化工生产中的应用日益广泛。化学分析和检测技术既要符合国家的需要，又要有较好的应用效果，只有在化学分析技术的自动化方面进行创新，才能提高技术的应用水平，才能有效地满足工业生产的需要。有色金属的资源利用受技术的制约，所以，要不断地创新有色金属化学分析技术，让它向自动化的方向发展，从而促进相关产业的迅速发展。

1.有色金属及自动化分析技术概述

有色金属是指非金属，包括有色合金，以有色金属为基础，添加一种或多种金属元素的合金，如铅、铝、铜等。有色金属的纯度对其抗腐蚀能力有很大的影响，添加其他金属后，可增强有色金属的力学性能，但抗腐蚀能力会下降。冷加工可以提高非铁合金的强度，但其塑性相对较差。有色金属包括轻金属、重金属和贵金属，其中的轻金属有镁和铝，它们的化学活性很强，密度也很小。重金属包括锌、铜等，密度不低于4.5克/米3。贵重金属因其在天然环境中的稀缺性，使得其开采困难且价格昂贵。在自然界中，稀有金属如 Mo和 Ge是很少见的。利用自动分析技术对有色金属进行检验，可以简化生产过程，确保冶金、化工等行业的质量。同时，也可以减轻化学分析技术应用耗时较长的问题，避免工作人员在实际测试中出现的失误，提高了分析结果的精确度，为冶金化工企业的决策提供了一定的保证，通过对数据进行分析，从而制定出一套科学的经营决策方案，可以提高企业的经济效益。采用自动分析技术，可以节省人力、物力、降低生产成本，并能有效地克服其他影响因素的不利影响。

2.稀土元素在有色金属中的应用

2.1在铝合金中应用

在铝合金中加入稀土，既能加速晶粒的细化，又能提纯液态金属，降低气体含量，减少氧化杂质，从而提高冶炼效率，提高材料的物理、力学等各项性能。作为合金化元素， Re可以减少其他元素在Al中的溶解，使得合金变得更疏松，同时也减少了Fe对合金的影响，从而获得更高的耐热性。对其他的合金元素，则会加速偏聚的发生。实验结果表明，添加适当的稀土能提高合金的微观结构致密性。一般情况下，在铝合金中添加1%的钇就能提高其耐热性。比如，在300~350摄氏度的高温下，Yb合金的强度能提高一倍以上，而在400摄氏度的高温下，则能提高50%以上。在铝- RE丝材中添加稀土元素，不仅可以提高丝材的拉伸强度，还可以提高丝材的质量，使其通过率提高到80%以上。

2.2在铜合金中应用

在铜中，稀土元素的含量很低，添加稀土后，通常会与其他元素结合，形成悬浮的高熔点化合物，在凝固的过程中，还会形成异质晶粒，可以通过机械手段来控制晶粒长大，从而细化晶粒。在减小柱状晶区的同时，减少了结晶过程中的偏析。对铜基合金进行晶粒细化，可以提高其力学性能。稀土元素对无氧铜的微观结构有一定的影响，添加稀土元素能使无氧铜的导电性能提高，当其含量大于0.02%时，其导电性能与稀土元素的用量成反比。添加稀土元素还能提高拉伸强度和显微硬度，当含量大于0.2%时，就会达到一个平稳的水平，增长幅度不大。同时，稀土元素还能提高铜合金的再结晶温度，从而提高其高温性能。添加0.0015%~0.398%的微量元素能提高铜的冷锻温度，并能提高铜的冷锻温度至100℃，对细化铜的晶粒有显著效果。为了提高耐磨性能，通过添加稀土元素，提高了铜合金的可焊性。Re能改善合金的偏聚，改变相的形貌，并能细化合金的微观结构。在铸造时，可提高其力学性能，可取代ZQSu6-3—3，用于制造带轮轴承，也可用于制造轴瓦。在铜合金中，稀土的使用是比较普遍的，它不但可以被用在导电的铜材上，还可以提高其力学性能，导电效果，耐腐蚀性。

2.3在镁合金中应用

稀土元素被广泛应用于镁合金的生产。比如，在250℃下， Er含量大于10%的Mg-Mg合金，其强度、弹性等性能都非常高，可用于高温服役。在常温下，在固体镁中，Mg具有良好的溶解能力和较好的塑性。1mv7合金不仅适用于常温，而且适用于更高温度，是一种优良的结构材料。对含 Ag+ Yt的稀土镁合金进行深入研究，将 Yt提高至5%-7%，再添加 Di，形成的镁合金在250℃下，既能提高其强度，又能提高其抗蠕变能力，还能增强其塑性、铸造性。无钇的镁合金主要是银，稀土，钍，锆和镁。那是由镁钍合金和稀土元素混合而成的一种合金。为保证其在较高温度下具有较好的力学性能，对其 Th的控制应在1.5%~2.4%之间。

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

通过生产试验，总结出：在将铝合金添加到稀土元素的配液中后，用氢氧化钾作为介质，用铝合金作为电极，对铝合金、铝进行电化学测试。结果表明：稀土元素对铝离子的电离现象起到了抑制作用，从而提高了铝合金的抗腐蚀性；降低了合金的离子化程度，改善了合金的均匀性；通过降低电极反应的极化程度，提高材料的结构稳定性，从而实现材料的综合性能与品质的提高。研究表明，在合金中添加稀土元素，能够促进化学反应，产生大量的 Re– Al化合物，能够有效地提高合金的强度；而Re本身又具有增强、提纯等功能，能够在较低偏析发生率的前提下，显著地提高合金的高温强度。由于在铝合金中添加稀土元素能够有效地改善其性能，因此，在铝合金中稀土元素的化学分析和使用中得到了最广泛的应用。

3.2稀土元素与铜合金的化学分析

稀土以La和IIB族Yb为主，而La在Cu合金中的应用较多。尤其是镧盐的广泛应用，能有效地改善铜合金的抗腐蚀性能。本项目拟采用硝酸为溶剂，采用滴定法对Cu合金中的稀土离子进行表征。首先，纯化硝酸，使测试温度维持在恒定的条件下，得到强力转化膜，并运用扫描电镜技术，对其成分、性质进行了分析。该转化膜是由Cu和La组成的普通化合物，具有良好的耐蚀性和对Cu合金内部结构的保护作用。据调查，稀土铜合金一般用于大电流的开关和导线，因为它不但有良好的抗腐蚀性，而且有很高的导电性。用0.45 mg稀土元素含量约为0.011%，与含 P含量约为0.12%的铜合金复合，其导电性能可达95%以上。

3.3镁合金

在镁合金中添加适当的稀土元素，能有效地除去氢氧、硫、铁等杂质，还能起到更好的净化效果，提高镁合金的稳定性，提高其强度、韧性。目前，在我国的汽车、航天工业中，镁合金得到了广泛的应用，它可以有效地确保生产出的产品有更好的稳定性，并且在高温、高压的条件下也不容易发生化学反应，镁合金的高韧性为我国的汽车、航天工业提供了更好的材料支撑，这也有利于我国的航空、航天工业的发展。

结束语

在金属表面形成稀土转化膜，可大幅提升其耐腐蚀性，且处理过程简便、安全、无毒性，且废水不会造成环境污染，是一种绿色环保的金属表面保护新技术。然而，因为稀土转化膜的形成工艺多种多样，而且稀土离子的种类和基体金属的特性对氧的还原反应有显著的影响，不同离子形成的膜是不一样的，关于膜的形成机理也不完全相同。薄膜的成分、结构、缺陷的数目等对薄膜的抗腐蚀性能有直接的影响。所以，要实现其工业化应用，还需要进一步完善其成膜和抗腐蚀机制。

参考文献：

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