稀土化學(xué)與稀土材料.pptx

1、關(guān)于本課程：關(guān)于本課程：1）學(xué)習(xí)本課程的意義。）學(xué)習(xí)本課程的意義。2）本課程與其他專業(yè)基礎(chǔ)課的相同和不同點(diǎn)）本課程與其他專業(yè)基礎(chǔ)課的相同和不同點(diǎn) a）理論知識不多，應(yīng)用部分較多。）理論知識不多，應(yīng)用部分較多。 b）相應(yīng)的教學(xué)模式不同。）相應(yīng)的教學(xué)模式不同。 c）對學(xué)生的要求不同。）對學(xué)生的要求不同。 d）考核方式有區(qū)別。）考核方式有區(qū)別。 考察國內(nèi)一流大學(xué)化學(xué)及應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的的考察國內(nèi)一流大學(xué)化學(xué)及應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的的課程設(shè)置；考慮我校應(yīng)化專業(yè)的具體要求；課程設(shè)置；考慮我校應(yīng)化專業(yè)的具體要求；根據(jù)我校的具體現(xiàn)狀，總結(jié)幾輪的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)根據(jù)我校的具體現(xiàn)狀，總結(jié)幾輪的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，建構(gòu)一個有利于人才培養(yǎng)

2、過程的教和教訓(xùn)，建構(gòu)一個有利于人才培養(yǎng)過程的教學(xué)框架。學(xué)框架。 具體形式為：教師課堂講授（具體形式為：教師課堂講授（14學(xué)時）全學(xué)時）全班學(xué)生查資料準(zhǔn)備好班學(xué)生查資料準(zhǔn)備好ppt學(xué)生分別講授學(xué)生分別講授（18學(xué)時）教師總結(jié)試卷考核加平時成學(xué)時）教師總結(jié)試卷考核加平時成績完成教學(xué)?？兺瓿山虒W(xué)。 關(guān)于本課學(xué)習(xí)方式關(guān)于本課學(xué)習(xí)方式1）教師課堂講授稀土基本知識。（老師講）教師課堂講授稀土基本知識。（老師講）2）學(xué)生查閱資料，課堂討論。（學(xué)生參與）學(xué)生查閱資料，課堂討論。（學(xué)生參與）3）學(xué)生課堂講相關(guān)的知識。（學(xué)生講）學(xué)生課堂講相關(guān)的知識。（學(xué)生講）3）習(xí)題、復(fù)習(xí)思考題。）習(xí)題、復(fù)習(xí)思考題。4）課堂考試

3、（結(jié)束時）課堂考試（結(jié)束時）5）交文字資料和講課的）交文字資料和講課的ppt。作為平時成績。作為平時成績。 本課程為考試課，成績按本課程為考試課，成績按100分計。其中期末考分計。其中期末考試占試占60，上課考察，上課考察20，平時成績占，平時成績占20。 稀土化學(xué)稀土化學(xué)是應(yīng)用化學(xué)及材料類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)是應(yīng)用化學(xué)及材料類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。它是該專業(yè)學(xué)生知識結(jié)構(gòu)中的重要一課，學(xué)生課。它是該專業(yè)學(xué)生知識結(jié)構(gòu)中的重要一課，學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，將了解我國稀土資源的分布，通過本課程的學(xué)習(xí)，將了解我國稀土資源的分布，熟悉和掌握各種稀土元素的化學(xué)和物理性質(zhì)，了解熟悉和掌握各種稀土元素的化學(xué)和物理性質(zhì)，了

4、解稀土的一般提取方法。更重要的是要了解稀土在材稀土的一般提取方法。更重要的是要了解稀土在材料各學(xué)科中的應(yīng)用，使其開闊思路，為以后的工作料各學(xué)科中的應(yīng)用，使其開闊思路，為以后的工作打下專業(yè)基礎(chǔ)。同時通過學(xué)習(xí)，也可以使學(xué)生得到打下專業(yè)基礎(chǔ)。同時通過學(xué)習(xí)，也可以使學(xué)生得到一般科學(xué)方法的訓(xùn)練和邏輯思維能力的培養(yǎng)。一般科學(xué)方法的訓(xùn)練和邏輯思維能力的培養(yǎng)。1）稀土元素的重要性：）稀土元素的重要性： 能源能源, 信息和材料信息和材料 三大重要支柱三大重要支柱. 稀土元素由于其結(jié)構(gòu)的特殊性而具備稀土元素由于其結(jié)構(gòu)的特殊性而具備了其他元素所不具備的光、電、磁等特性，了其他元素所不具備的光、電、磁等特性，從而可以

5、制備出許多應(yīng)用于高新技術(shù)的新從而可以制備出許多應(yīng)用于高新技術(shù)的新材料。故被人們稱為新材料的寶庫。是當(dāng)材料。故被人們稱為新材料的寶庫。是當(dāng)今世界科學(xué)的重要研究方向之一。今世界科學(xué)的重要研究方向之一。 一般來說，我們把位于元素周期表的第三副一般來說，我們把位于元素周期表的第三副族，族， 包括鈧（包括鈧（Sc，）、釔（，）、釔（Y，）和鑭系元素，）和鑭系元素 包括鑭（包括鑭（La，）、鈰（，）、鈰（Ce，）、鐠，）、鐠(Pr，)、釹釹(Nd)、钷、钷(Pm)、釤、釤(Sm)、銪、銪(Eu)、釓、釓(Gd)、鋱鋱(Tb)、鏑、鏑(Dy)、 鈥鈥(Ho)、鉺、鉺(Er)、銩、銩(Tm)、鐿鐿(Yb)、镥

6、、镥(Lu) 的十七種元素總稱為的十七種元素總稱為 稀土元素稀土元素。 1）由于鈧的性質(zhì)與其他元素有很大的差別，）由于鈧的性質(zhì)與其他元素有很大的差別，所以一般來說我們所常指的稀土元素都是所以一般來說我們所常指的稀土元素都是指除鈧以外的指除鈧以外的16個元素。個元素。2）稀土元素最初是從瑞典產(chǎn)的比較稀少的礦）稀土元素最初是從瑞典產(chǎn)的比較稀少的礦物中發(fā)現(xiàn)的，物中發(fā)現(xiàn)的，“土土”是按當(dāng)時的習(xí)慣，稱是按當(dāng)時的習(xí)慣，稱不溶于水的物質(zhì)，故稱稀土。不溶于水的物質(zhì)，故稱稀土。 稀土元素最早由芬蘭著名化學(xué)家稀土元素最早由芬蘭著名化學(xué)家加多林加多林（J ，Gadolin）于）于1794年年發(fā)現(xiàn)的。他在硅發(fā)現(xiàn)的。他

7、在硅鈹釔礦中發(fā)現(xiàn)了鈹釔礦中發(fā)現(xiàn)了“釔土釔土”即氧化釔。由于即氧化釔。由于分離困難，直到分離困難，直到1947年年才全部完成了才全部完成了15個個稀土元素的分離。前后研究工作由多位科稀土元素的分離。前后研究工作由多位科學(xué)家持續(xù)了學(xué)家持續(xù)了近一個半世紀(jì)近一個半世紀(jì)才完成。才完成。 一個電子的運(yùn)動狀態(tài)要從一個電子的運(yùn)動狀態(tài)要從4個方面來進(jìn)行描個方面來進(jìn)行描 述，述，即它所處的即它所處的 電子層電子層(K、L、M，主量子數(shù)），主量子數(shù)）、 電子亞層電子亞層（s、p、d、f，角量子數(shù)），角量子數(shù)）、 電子云的伸展方向電子云的伸展方向 （s電子云是球形對稱的，電子云是球形對稱的，在空間各個在空間各個方向方

8、向上伸展的程度相同。上伸展的程度相同。P電子云在電子云在空間有三個伸展空間有三個伸展 方向。方向。d電子云可以有五種伸展電子云可以有五種伸展方向，方向，f電子云可以有七種伸展方向，磁量子數(shù)）電子云可以有七種伸展方向，磁量子數(shù)） 電子的自旋方向電子的自旋方向（ ， ，自旋量子數(shù)），自旋量子數(shù)） 處于穩(wěn)定狀態(tài)的原子，核外電子將盡可能地處于穩(wěn)定狀態(tài)的原子，核外電子將盡可能地按按能量最低原理能量最低原理排布。另外，由于電子不可能排布。另外，由于電子不可能都擠在一起，它們還要遵守都擠在一起，它們還要遵守保里不相容原理和保里不相容原理和洪特規(guī)則洪特規(guī)則。一般而言，在這三條規(guī)則的指導(dǎo)下，。一般而言，在這三條

9、規(guī)則的指導(dǎo)下，可以推導(dǎo)出元素原子的核外電子排布情況可以推導(dǎo)出元素原子的核外電子排布情況 。但是對于多電子元素，還要考慮但是對于多電子元素，還要考慮鉆穿效應(yīng)和屏鉆穿效應(yīng)和屏蔽效應(yīng)蔽效應(yīng)。 電子在原子核外排布時，要盡可能使電子的能量最低電子在原子核外排布時，要盡可能使電子的能量最低。 電子本身就是一種物質(zhì)，它在一般情況下總想處于一種較為電子本身就是一種物質(zhì)，它在一般情況下總想處于一種較為安全（或穩(wěn)定）的一種狀態(tài)（基態(tài)），也就是能量最低時的狀態(tài)。安全（或穩(wěn)定）的一種狀態(tài)（基態(tài)），也就是能量最低時的狀態(tài)。 當(dāng)有外加作用時，電子也是可以吸收能量到能量較高的狀態(tài)當(dāng)有外加作用時，電子也是可以吸收能量到能量較

10、高的狀態(tài)（激發(fā)態(tài)），但是它總有時時刻刻想回到基態(tài)的趨勢。（激發(fā)態(tài)），但是它總有時時刻刻想回到基態(tài)的趨勢。 一般來說，離核較近的電子具有較低的能量，隨著電子層數(shù)一般來說，離核較近的電子具有較低的能量，隨著電子層數(shù)的增加，電子的能量越來越大；同一層中，各亞層的能量是按的增加，電子的能量越來越大；同一層中，各亞層的能量是按s、p、d、f（我們稱為軌道）的次序增高的。這兩種作用的總結(jié)果（我們稱為軌道）的次序增高的。這兩種作用的總結(jié)果可以得出電子在原子核外排布時遵守下列次序：可以得出電子在原子核外排布時遵守下列次序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p 在同一個原子中沒有也不可能有運(yùn)動狀態(tài)完全

11、相同在同一個原子中沒有也不可能有運(yùn)動狀態(tài)完全相同的兩個電子存在，即的兩個電子存在，即每一個軌道中只能容納兩個自旋方每一個軌道中只能容納兩個自旋方向相反的電子向相反的電子。這就是保里不相容原理。這就是保里不相容原理。 根據(jù)保里不相容原理：根據(jù)保里不相容原理：s亞層只有亞層只有1個軌道，可以容個軌道，可以容納兩個自旋相反的電子；納兩個自旋相反的電子；p亞層有亞層有3個軌道，總共可以個軌道，總共可以容納容納6個電子；個電子；f亞層有亞層有5個軌道，總共可以容納個軌道，總共可以容納10個電個電子。我們還得知：第一電子層（子。我們還得知：第一電子層（K層）中只有層）中只有1s亞層，亞層，最多容納兩個電子

12、；第二電子層（最多容納兩個電子；第二電子層（L層）中包括層）中包括2s和和2p兩個亞層，總共可以容納兩個亞層，總共可以容納8個電子；第個電子；第3電子層（電子層（M層）層）中包括中包括3s、3p、3d三個亞層，總共可以容納三個亞層，總共可以容納18個電個電子子第第n層總共可以容納層總共可以容納2n2個電子。個電子。 洪特規(guī)則有兩方面的含義：洪特規(guī)則有兩方面的含義： 一、電子在原子核外排布時，將盡可能分占不一、電子在原子核外排布時，將盡可能分占不 同的軌道，且自旋平行；同的軌道，且自旋平行； 二、對于同一個電子亞層，當(dāng)電子排布處于二、對于同一個電子亞層，當(dāng)電子排布處于 全滿（全滿（s2、p6、d

13、10、f14） 半滿（半滿（s1、p3、d5、f7） 全空（全空（s0、p0、d0、f0）時比較穩(wěn)定。）時比較穩(wěn)定。 由于其他由于其他電子電子對某一電子的排斥作用而抵對某一電子的排斥作用而抵消了一部分核電荷，從而引起有效核電荷消了一部分核電荷，從而引起有效核電荷的降低，削弱了核電荷對該電子的吸引，的降低，削弱了核電荷對該電子的吸引，這種作用稱為這種作用稱為屏蔽作用或屏蔽效應(yīng)屏蔽作用或屏蔽效應(yīng) 一般來說，內(nèi)層電子對外層電子的屏蔽作一般來說，內(nèi)層電子對外層電子的屏蔽作用大。用大。 在原子核附近出現(xiàn)的概率較大的電子，可更多地避在原子核附近出現(xiàn)的概率較大的電子，可更多地避免其余電子的屏蔽，受到核的較強(qiáng)

14、的吸引而更靠近核，免其余電子的屏蔽，受到核的較強(qiáng)的吸引而更靠近核，這種進(jìn)入原子內(nèi)部空間的作用叫做鉆穿效應(yīng)。這種進(jìn)入原子內(nèi)部空間的作用叫做鉆穿效應(yīng)。 鉆穿能力：鉆穿能力： ns np nd nf 與與屏蔽效應(yīng)屏蔽效應(yīng)相反，外層電子有鉆穿效應(yīng)。外層角量相反，外層電子有鉆穿效應(yīng)。外層角量子數(shù)小的能級上的電子，如子數(shù)小的能級上的電子，如4s電子能鉆到近核內(nèi)層空間電子能鉆到近核內(nèi)層空間運(yùn)動，這樣它受到其他電子的屏蔽作用就小，受核引力運(yùn)動，這樣它受到其他電子的屏蔽作用就小，受核引力就強(qiáng)，因而電子能量降低，造成就強(qiáng)，因而電子能量降低，造成E（4s） E(3d) 。鉆。鉆穿效應(yīng)可以解釋原子軌道的穿效應(yīng)可以解釋

15、原子軌道的能級交錯能級交錯現(xiàn)象。現(xiàn)象。 鈧鈧的原子序數(shù)是的原子序數(shù)是21，原子結(jié)構(gòu)應(yīng)該是：，原子結(jié)構(gòu)應(yīng)該是：1s22s22p63s23p63d14s2（這里也是先填充（這里也是先填充4s軌軌道，后填充道，后填充3d軌道，軌道，鉆穿效應(yīng)鉆穿效應(yīng)）。）。 釔釔原子序數(shù)為原子序數(shù)為39，應(yīng)有，應(yīng)有5層電子。第一、二、三層電子。第一、二、三層填滿后，填充層填滿后，填充4s、4p軌道，然后先在軌道，然后先在5s軌道軌道上填入上填入2個電子，最后將剩下的個電子，最后將剩下的1個電子填入個電子填入4d軌道中得軌道中得1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2。 圖中有兩個元素是特列：圖中

16、有兩個元素是特列： 58號鈰元素，實(shí)驗(yàn)測定出它的結(jié)構(gòu)是號鈰元素，實(shí)驗(yàn)測定出它的結(jié)構(gòu)是Xe6s24f15d1； 64號元素釓是號元素釓是Xe6s24f75d1，而不是，而不是6s24f8； 第一，所有稀土原子最外層都是第一，所有稀土原子最外層都是s2結(jié)構(gòu)，這就結(jié)構(gòu)，這就決定所有稀土金屬都是活潑金屬；決定所有稀土金屬都是活潑金屬； 第二，次外層具有第二，次外層具有nd 01 ns2np6結(jié)構(gòu)，對于結(jié)構(gòu)，對于Sc、Y、La、Ce、Gd和和Lu具有具有nd1ns2np6結(jié)構(gòu)，對結(jié)構(gòu)，對于其余稀土原子具有于其余稀土原子具有5d05s25p6結(jié)構(gòu)，這就決定結(jié)構(gòu)，這就決定了了3價稀土離子均具有價稀土離子均具

17、有ns2np6穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；穩(wěn)定結(jié)構(gòu)； 第三、從鈰到镥，電子開始填充在倒數(shù)第第三、從鈰到镥，電子開始填充在倒數(shù)第三層的三層的4f軌道上。這種填充方式，使得從軌道上。這種填充方式，使得從 鑭到镥，最外層和次外層電子結(jié)構(gòu)基本相鑭到镥，最外層和次外層電子結(jié)構(gòu)基本相同，只是倒數(shù)第三層上同，只是倒數(shù)第三層上4f電子數(shù)不同。電子數(shù)不同。 由于元素原子的性質(zhì)主要決定于最外層電由于元素原子的性質(zhì)主要決定于最外層電子結(jié)構(gòu)，但也受次外層和微弱地受倒數(shù)第子結(jié)構(gòu)，但也受次外層和微弱地受倒數(shù)第三層電子結(jié)構(gòu)的影響，因此鑭系元素尤其三層電子結(jié)構(gòu)的影響，因此鑭系元素尤其是鑭系元是鑭系元 素的化合物的素的化合物的物理性質(zhì)和化學(xué)性物

18、理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)出極大的相似性和一定程度的有規(guī)質(zhì)表現(xiàn)出極大的相似性和一定程度的有規(guī)律的變化趨勢。律的變化趨勢。 鑭系收縮鑭系收縮是指從鑭到镥隨著原子序數(shù)的增加，是指從鑭到镥隨著原子序數(shù)的增加，它們的原子半徑、離子半徑均逐漸減小的現(xiàn)象。它們的原子半徑、離子半徑均逐漸減小的現(xiàn)象。 鑭系收縮是由鑭系原子和離子的特殊電子結(jié)構(gòu)鑭系收縮是由鑭系原子和離子的特殊電子結(jié)構(gòu)引起的。從鈧到鑭，原子序數(shù)增加很多，即核引起的。從鈧到鑭，原子序數(shù)增加很多，即核電荷增加很多，核外電子也增加很多，而且電電荷增加很多，核外電子也增加很多，而且電子層數(shù)也逐一增加。子層數(shù)也逐一增加。 Sc有有4層電子，最外層為層電子，最外層

19、為4s2。Y有有5層電子，層電子，最外層為最外層為5s2。而鑭有。而鑭有6層電子，最外層為層電子，最外層為6s2。因此，它們的原子半徑、離子半徑必。因此，它們的原子半徑、離子半徑必然依次增大。然依次增大。 對于鑭系元素，從鑭到镥隨著原子序數(shù)的對于鑭系元素，從鑭到镥隨著原子序數(shù)的逐漸增大，原子半徑、離子半徑卻逐漸減逐漸增大，原子半徑、離子半徑卻逐漸減?。ㄒ姳硇。ㄒ姳?-3）。）。收縮更加明顯1、根據(jù)電子組態(tài)的特點(diǎn)，隨原子序數(shù)的增大，、根據(jù)電子組態(tài)的特點(diǎn)，隨原子序數(shù)的增大，新增加的原子不是填充到最外層而是填入倒數(shù)新增加的原子不是填充到最外層而是填入倒數(shù)第三層的第三層的4f軌道，它比軌道，它比6S和

20、和5S、5P軌道對核軌道對核電荷有較大的屏蔽效應(yīng)，故最外層的電子受核電荷有較大的屏蔽效應(yīng)，故最外層的電子受核的引力只是緩慢增加，從而導(dǎo)致原子半徑呈緩的引力只是緩慢增加，從而導(dǎo)致原子半徑呈緩慢縮小的趨勢；慢縮小的趨勢；2、離子比原子少一電子層，失去最外層、離子比原子少一電子層，失去最外層6S電子電子后，處于倒數(shù)第二層的后，處于倒數(shù)第二層的4f軌道對核的屏蔽作用軌道對核的屏蔽作用減小，因此離子半徑的收縮比原子半徑明顯得減小，因此離子半徑的收縮比原子半徑明顯得多。多。 1） 處于第三周期的鈧離子處于第三周期的鈧離子Sc 3+半徑接近镥半徑接近镥離子離子Lu 3+，釔離子，釔離子Y 3+半徑落在半徑落

21、在Er 3+之下，之下，在銪離子在銪離子Eu 3+附近，因此自然界中附近，因此自然界中鈧、釔常鈧、釔常同鑭系元素鉺共生同鑭系元素鉺共生，成為稀土元素的成員。，成為稀土元素的成員。 2）鑭系收縮使它后面各族過渡元素的原子半）鑭系收縮使它后面各族過渡元素的原子半徑和離子半徑分別與同族上面一個元素極徑和離子半徑分別與同族上面一個元素極為接近，為接近， 例如例如、由于鑭系收縮，使得、由于鑭系收縮，使得B族中的族中的鋯鋯（Zr，鑭系之前）和鉿，鑭系之前）和鉿（Hf，鑭系之后），鑭系之后），B族中的族中的鈮（鈮（Nb，鑭系之前）和鉭，鑭系之前）和鉭（Ta，鉿之后），鉿之后），B族中的族中的鉬（鉬（Mo，鑭

22、系之前），鑭系之前）和鎢和鎢（W，鉭之后）以及，鉭之后）以及B族中的族中的锝锝Tc（鑭系之前）和錸（鑭系之前）和錸（Re，鎢之后）的原子，鎢之后）的原子半徑和離子半徑很相近，化學(xué)性質(zhì)相似，半徑和離子半徑很相近，化學(xué)性質(zhì)相似，造成分離上的困難。造成分離上的困難。Zr和和Hf，Nb和和Ta在自在自然界礦物中共生，且彼此難于分離。然界礦物中共生，且彼此難于分離。 什么叫稀土？寫出所有稀土元素的名稱及什么叫稀土？寫出所有稀土元素的名稱及符號。符號。 從哪幾個方面可以描述一個電子的運(yùn)動狀從哪幾個方面可以描述一個電子的運(yùn)動狀態(tài)？原子核外電子排布需要遵循哪幾個原態(tài)？原子核外電子排布需要遵循哪幾個原理？具體內(nèi)

23、容為？理？具體內(nèi)容為？ 什么叫屏蔽效應(yīng)、鉆穿效應(yīng)？什么叫屏蔽效應(yīng)、鉆穿效應(yīng)？ 寫出稀土元素鑭、鈧、釓的核外電子排布寫出稀土元素鑭、鈧、釓的核外電子排布方式。方式。 稀土電子結(jié)構(gòu)具有哪幾個顯著特點(diǎn)？稀土電子結(jié)構(gòu)具有哪幾個顯著特點(diǎn)？ 什么叫鑭系收縮？其特點(diǎn)和結(jié)果如何？什么叫鑭系收縮？其特點(diǎn)和結(jié)果如何？ 生于生于1931年年7月月15日，廣東廣州人。日，廣東廣州人。1995年當(dāng)選年當(dāng)選中國科學(xué)院院士。中國科學(xué)院院士。 1952年畢業(yè)于北京大學(xué)工學(xué)院化工系（年畢業(yè)于北京大學(xué)工學(xué)院化工系（19481950年，中山大學(xué)化工系；年，中山大學(xué)化工系；19501952年，北京大學(xué)化年，北京大學(xué)化工系；工系；19

24、52年院系調(diào)整至清華大學(xué)化工系），年院系調(diào)整至清華大學(xué)化工系）， 畢業(yè)后到中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所從事稀土畢業(yè)后到中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所從事稀土研究工作至今已研究工作至今已40余年。歷任稀土研究室課題組組余年。歷任稀土研究室課題組組長和室主任，所學(xué)術(shù)委員會主任，中國稀土學(xué)會發(fā)長和室主任，所學(xué)術(shù)委員會主任，中國稀土學(xué)會發(fā)光專業(yè)委員會主任，發(fā)光學(xué)會副理事長，光專業(yè)委員會主任，發(fā)光學(xué)會副理事長，稀土稀土、化學(xué)學(xué)報化學(xué)學(xué)報、中國化學(xué)中國化學(xué)、無機(jī)化學(xué)報無機(jī)化學(xué)報、應(yīng)用化學(xué)應(yīng)用化學(xué)副主編和副主編和1989年第二屆國際稀土光譜年第二屆國際稀土光譜討論會主席，討論會主席，1997年第三屆國際年第三

25、屆國際F元素會議國際科元素會議國際科學(xué)委員會會員。學(xué)委員會會員。 第八、九屆全國政協(xié)委員。第八、九屆全國政協(xié)委員。 19521954年參加了從獨(dú)居石提取釷和混合稀士的研年參加了從獨(dú)居石提取釷和混合稀士的研究和建廠工作，所得的釷滿足了錦州石油六廠合成石油究和建廠工作，所得的釷滿足了錦州石油六廠合成石油所用催化劑的需要。所用催化劑的需要。 19541955年建立了從含釩爐渣中提取五氧化二釩的年建立了從含釩爐渣中提取五氧化二釩的中間工廠，全套設(shè)備移交工廠。中間工廠，全套設(shè)備移交工廠。 1958年組織和參加了從獨(dú)居石的混合稀土和包頭稀土年組織和參加了從獨(dú)居石的混合稀土和包頭稀土尾礦中提取分離稀土的中間

26、工廠的建立，研究和綜合了尾礦中提取分離稀土的中間工廠的建立，研究和綜合了分級沉淀，分級結(jié)晶，氧化還原，離子交換和溶劑萃取分級沉淀，分級結(jié)晶，氧化還原，離子交換和溶劑萃取等分離方法，獲得了除钷（等分離方法，獲得了除钷（Pm）以外的全部單一純?。┮酝獾娜繂我患兿⊥痢Ｍ?。 19521962期間，提出了工業(yè)用的鈰的濕法空氣氧化法和利用期間，提出了工業(yè)用的鈰的濕法空氣氧化法和利用釔的位置變化來分離釔的原理和萃取法，提出了分離稀土的流程，釔的位置變化來分離釔的原理和萃取法，提出了分離稀土的流程，同時并開展了稀土配位化學(xué)、萃取化學(xué)等溶液化學(xué)的研究。提出同時并開展了稀土配位化學(xué)、萃取化學(xué)等溶液化學(xué)的研究。提

27、出了不用貴重儀器分析鑭、鈰、釹、鋱、鐿（了不用貴重儀器分析鑭、鈰、釹、鋱、鐿（La、Ce、Nd、Eu、Tb、Yb）等稀土的方法。）等稀土的方法。 19721977年組織和參加研制摻釹的鋁酸釔激光晶體，年組織和參加研制摻釹的鋁酸釔激光晶體，用于炮兵測距；組織和參加了無機(jī)液體激光物質(zhì)及稀土用于炮兵測距；組織和參加了無機(jī)液體激光物質(zhì)及稀土發(fā)光材料的研制與推廣。上述稀土的提取、分離、分析發(fā)光材料的研制與推廣。上述稀土的提取、分離、分析與應(yīng)用工作獲得與應(yīng)用工作獲得1978年全國科學(xué)大會獎。年全國科學(xué)大會獎。 80年代后開展稀土固體化學(xué)和非三價稀土化學(xué)的基礎(chǔ)研年代后開展稀土固體化學(xué)和非三價稀土化學(xué)的基礎(chǔ)研

28、究，合成了一系稀土無機(jī)和有機(jī)化合物，研究其光譜和究，合成了一系稀土無機(jī)和有機(jī)化合物，研究其光譜和發(fā)光性質(zhì)與磁化學(xué)。首次實(shí)現(xiàn)鋱（發(fā)光性質(zhì)與磁化學(xué)。首次實(shí)現(xiàn)鋱（Tb）和鐠（）和鐠（Pr）的）的光氧化和四價鋱（光氧化和四價鋱（Tb）的萃取分離；并提出在空氣下）的萃取分離；并提出在空氣下釤、銪、鐿、銩（釤、銪、鐿、銩（Sm、Eu、Yb、Tm）在一些硼酸鹽）在一些硼酸鹽發(fā)光材料中還原成二價簡便與安全的新方法。發(fā)光材料中還原成二價簡便與安全的新方法。 為開發(fā)我國南方特有的稀土離子吸附型礦中量豐富的鏑為開發(fā)我國南方特有的稀土離子吸附型礦中量豐富的鏑（DY）和釓（）和釓（Gd）在發(fā)光材料中的應(yīng)用，與韓國合作）

29、在發(fā)光材料中的應(yīng)用，與韓國合作研制鏑（研制鏑（Dy）在高壓汞燈中的應(yīng)用，并通過吉林省科）在高壓汞燈中的應(yīng)用，并通過吉林省科委的鑒定。近年，研制出新型的摻鏑（委的鑒定。近年，研制出新型的摻鏑（Dy）的長余輝）的長余輝夜光材料，提出了可隆低全盛溫度的濕化學(xué)法，獲得高夜光材料，提出了可隆低全盛溫度的濕化學(xué)法，獲得高亮度和余輝材料，提出了可合成溫度的濕化學(xué)法，獲得亮度和余輝材料，提出了可合成溫度的濕化學(xué)法，獲得高亮度和余輝時間長的稀土夜光材料。高亮度和余輝時間長的稀土夜光材料。 培養(yǎng)碩士博士生多名。培養(yǎng)碩士博士生多名。1990年由新加坡世界科學(xué)年由新加坡世界科學(xué)出版社（出版社（World Scient

30、ific）出版）出版（稀土光譜）的英文論文集一本，（稀土光譜）的英文論文集一本，1993年由河南科學(xué)出版社年由河南科學(xué)出版社稀土化學(xué)稀土化學(xué)專著一本，專著一本，1994年主編年主編變價稀土元素化學(xué)與物理變價稀土元素化學(xué)與物理會議論會議論文集一本。在國內(nèi)外發(fā)表學(xué)術(shù)論文文集一本。在國內(nèi)外發(fā)表學(xué)術(shù)論文230余篇，獲余篇，獲釔釔鋇鋇銅銅銀銀氧高溫超導(dǎo)體的發(fā)明專利一項(xiàng)。氧高溫超導(dǎo)體的發(fā)明專利一項(xiàng)。 曾應(yīng)邀赴法國進(jìn)行合作研究和赴德國作訪問曾應(yīng)邀赴法國進(jìn)行合作研究和赴德國作訪問學(xué)者，赴韓國講學(xué)，赴泰國、韓國、巴西、俄羅學(xué)者，赴韓國講學(xué)，赴泰國、韓國、巴西、俄羅斯邀請報告，赴美、法、日、澳、波、芬參加國斯邀請

31、報告，赴美、法、日、澳、波、芬參加國際會議并順訪荷蘭與瑞典。曾與香港城市理工大際會議并順訪荷蘭與瑞典。曾與香港城市理工大學(xué)生物和化學(xué)系及美國新奧爾良大學(xué)物理系進(jìn)行學(xué)生物和化學(xué)系及美國新奧爾良大學(xué)物理系進(jìn)行合作。合作。 現(xiàn)正執(zhí)行國家自然科學(xué)基金和國家重大基礎(chǔ)現(xiàn)正執(zhí)行國家自然科學(xué)基金和國家重大基礎(chǔ)研究（研究（973）項(xiàng)目中的）項(xiàng)目中的“稀土功能材料的基礎(chǔ)研稀土功能材料的基礎(chǔ)研究究”資助的稀土基礎(chǔ)研究項(xiàng)目。資助的稀土基礎(chǔ)研究項(xiàng)目。 稀土元素是活潑的金屬元素（稀土原子最外層稀土元素是活潑的金屬元素（稀土原子最外層都是都是s2結(jié)構(gòu)，這就決定所有稀土金屬都是活潑結(jié)構(gòu)，這就決定所有稀土金屬都是活潑金屬），其

32、活潑性僅次于堿金屬和堿土金屬。金屬），其活潑性僅次于堿金屬和堿土金屬。 對于稀土原子，通常是首先給出對于稀土原子，通常是首先給出2個個s2電子，接電子，接著給出次外層的著給出次外層的1個個d電子（如果有的話）或者電子（如果有的話）或者給出倒數(shù)第三層的給出倒數(shù)第三層的1個個4f電子，形成電子，形成+3價離子價離子RE 3+。 鑭系離子的化合價也可表現(xiàn)為非正常價態(tài)，即鑭系離子的化合價也可表現(xiàn)為非正常價態(tài)，即非三價狀態(tài)。這些非正常價態(tài)是由于某些鑭系非三價狀態(tài)。這些非正常價態(tài)是由于某些鑭系元素在該系列中所處的特殊地位所致元素在該系列中所處的特殊地位所致 324TbYbLuTmErHoDyHfBaLaC

33、ePr NdPmSmEuGdCe 4+Sm 2+Yb 2+ 根據(jù)稀土元素原子電子層結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性根據(jù)稀土元素原子電子層結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)，以及它們在礦物中共生情況和不同的離質(zhì)，以及它們在礦物中共生情況和不同的離子半徑可產(chǎn)生不同性質(zhì)的特征，十七種稀土子半徑可產(chǎn)生不同性質(zhì)的特征，十七種稀土元素通常分為二組。元素通常分為二組。 輕稀土（又稱鈰組）輕稀土（又稱鈰組）包括：包括： 鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪。鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪。 重稀土（又稱釔組）重稀土（又稱釔組）包括：包括： 釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔。釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔。 稀土元素在地幔中含量極微，但在地殼中的分布

34、卻十分廣稀土元素在地幔中含量極微，但在地殼中的分布卻十分廣泛，數(shù)量也不少，其中鈰組元素為泛，數(shù)量也不少，其中鈰組元素為0.01592%,釔組元素為釔組元素為0.0077%；比常見元素銅（；比常見元素銅（0.01%),鋅鋅(0.005%),錫錫(0.004%),鉛鉛(0.0016%),鎳鎳(0.008%),鈷鈷(0.003%)等都多。等都多。17種稀土元素的總量在地殼中占種稀土元素的總量在地殼中占0.0153% 稀土元素在地殼中的總分布為稀土元素在地殼中的總分布為0.0153%，其豐度比一，其豐度比一些常見元素還要多。些常見元素還要多。 在地殼中鈰組元素的豐度比釔組元素要大。前者在地在地殼中鈰組

35、元素的豐度比釔組元素要大。前者在地殼中的豐度為殼中的豐度為101g/t，后者約為，后者約為47g/t。 稀土元素的分布式不均勻的一般服從稀土元素的分布式不均勻的一般服從Oddo-Harkins規(guī)則，即原子序數(shù)為偶數(shù)的元素其含量較相鄰的積水元規(guī)則，即原子序數(shù)為偶數(shù)的元素其含量較相鄰的積水元素含量大。但有的礦物也有例外，如我國某些離子吸附素含量大。但有的礦物也有例外，如我國某些離子吸附型礦物中鑭的含量卻比原子序數(shù)為偶數(shù)的鈰高。型礦物中鑭的含量卻比原子序數(shù)為偶數(shù)的鈰高。 在地殼中稀土元素集中于巖石圈中，主要集中于花崗在地殼中稀土元素集中于巖石圈中，主要集中于花崗巖、偉晶巖、正長巖的巖石中，特別是在堿

36、性巖漿巖中巖、偉晶巖、正長巖的巖石中，特別是在堿性巖漿巖中更加富集。更加富集。 稀土元素不僅存在于地殼中，而且在海水、月球表面稀土元素不僅存在于地殼中，而且在海水、月球表面也有發(fā)現(xiàn)，但含量很少。也有發(fā)現(xiàn)，但含量很少。 稀土元素在地殼中主要以礦物形式存在，其賦存狀態(tài)稀土元素在地殼中主要以礦物形式存在，其賦存狀態(tài)主要有三種：主要有三種：作為礦物的基本組成元素，稀土以離子化合物形式作為礦物的基本組成元素，稀土以離子化合物形式賦存于礦物晶格中，構(gòu)成礦物的必不可少的成分賦存于礦物晶格中，構(gòu)成礦物的必不可少的成分。這類。這類礦物通常稱為稀土礦物，如獨(dú)居石、氟碳鈰礦等。礦物通常稱為稀土礦物，如獨(dú)居石、氟碳鈰

37、礦等。作為礦物的雜質(zhì)元素，以類質(zhì)同象置換的形式，分作為礦物的雜質(zhì)元素，以類質(zhì)同象置換的形式，分散于造巖礦物和稀有金屬礦物中，散于造巖礦物和稀有金屬礦物中，這類礦物可稱為含有這類礦物可稱為含有稀土元素的礦物，如磷灰石、螢石等。稀土元素的礦物，如磷灰石、螢石等。呈離子狀態(tài)被吸附于某些礦物的表面或顆粒間呈離子狀態(tài)被吸附于某些礦物的表面或顆粒間。這。這類礦物主要是各種粘土礦物、云母類礦物。這類狀態(tài)的類礦物主要是各種粘土礦物、云母類礦物。這類狀態(tài)的稀土元素很容易提取。稀土元素很容易提取。 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的稀土礦物約有已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的稀土礦物約有250種，但具有工種，但具有工業(yè)價值的稀土礦物只有業(yè)價值的稀土礦物只有5

38、060種，目前具種，目前具有開采價值的只有有開采價值的只有10種種左右，現(xiàn)在用于工左右，現(xiàn)在用于工業(yè)提取稀土元素的礦物主要有業(yè)提取稀土元素的礦物主要有四種四種氟碳氟碳鈰礦、獨(dú)居石礦、磷釔礦和風(fēng)化殼淋積型鈰礦、獨(dú)居石礦、磷釔礦和風(fēng)化殼淋積型礦礦，前三種礦占西方稀土產(chǎn)量的，前三種礦占西方稀土產(chǎn)量的95%以上。以上。獨(dú)居石和氟碳鈰礦中，輕稀土含量較高。獨(dú)居石和氟碳鈰礦中，輕稀土含量較高。磷釔礦中，重稀土和釔含量較高，但礦源磷釔礦中，重稀土和釔含量較高，但礦源比獨(dú)居石少。比獨(dú)居石少。 獨(dú)居石又名獨(dú)居石又名磷鈰鑭礦磷鈰鑭礦。 化學(xué)成分及性質(zhì)化學(xué)成分及性質(zhì)：(Ce,La,Y,Th)PO4。獨(dú)居石溶于。獨(dú)居

39、石溶于H3PO4、HClO4、H2SO4中。中。 晶體結(jié)構(gòu)及形態(tài)：晶體結(jié)構(gòu)及形態(tài)：單斜晶系，斜方柱晶類。晶體成板狀，晶面單斜晶系，斜方柱晶類。晶體成板狀，晶面常有條紋，有時為柱、錐、粒狀。常有條紋，有時為柱、錐、粒狀。 物理性質(zhì)物理性質(zhì)：呈黃褐色、棕色、紅色，間或有綠色。半透明至透明。：呈黃褐色、棕色、紅色，間或有綠色。半透明至透明。條痕白色或淺紅黃色。具有強(qiáng)玻璃光澤。硬度條痕白色或淺紅黃色。具有強(qiáng)玻璃光澤。硬度5.05.5。性脆。性脆。比重比重4.95.5。電磁性中弱。在。電磁性中弱。在X射線下發(fā)綠光。在陰極射線下射線下發(fā)綠光。在陰極射線下不發(fā)光。不發(fā)光。 用途：用途：主要用來提取稀土元素。

40、主要用來提取稀土元素。 產(chǎn)地：產(chǎn)地：具有經(jīng)濟(jì)開采價值的獨(dú)居石主要資源是沖積型或海濱砂礦具有經(jīng)濟(jì)開采價值的獨(dú)居石主要資源是沖積型或海濱砂礦床。最重要的海濱砂礦床是在澳大利亞沿海、巴西以及印度等沿床。最重要的海濱砂礦床是在澳大利亞沿海、巴西以及印度等沿海。此外，斯里蘭卡、馬達(dá)加斯加、南非、馬來西亞、中國、泰海。此外，斯里蘭卡、馬達(dá)加斯加、南非、馬來西亞、中國、泰國、韓國、朝鮮等地都含有獨(dú)居石的重砂礦床。國、韓國、朝鮮等地都含有獨(dú)居石的重砂礦床。 化學(xué)成分性質(zhì)化學(xué)成分性質(zhì)：(Ce，La)CO3F。氟碳鈰礦易溶于稀。氟碳鈰礦易溶于稀HCl、HNO3、H2SO4、H3PO4。 晶體結(jié)構(gòu)及形態(tài)晶體結(jié)構(gòu)及形

41、態(tài)：六方晶系。復(fù)三方雙錐晶類。晶體呈六方柱狀：六方晶系。復(fù)三方雙錐晶類。晶體呈六方柱狀或板狀。細(xì)粒狀集合體?；虬鍫睢＜?xì)粒狀集合體。 物理性質(zhì)物理性質(zhì)：黃色、紅褐色、淺綠或褐色。硬度：黃色、紅褐色、淺綠或褐色。硬度44.5，性脆，比，性脆，比重重4.725.12， 用途：用途：它是提取鈰族稀土元素的重要礦物原料。鈰族元素可用于它是提取鈰族稀土元素的重要礦物原料。鈰族元素可用于制作合金，提高金屬的彈性、韌性和強(qiáng)度，是制作噴氣式飛機(jī)、制作合金，提高金屬的彈性、韌性和強(qiáng)度，是制作噴氣式飛機(jī)、導(dǎo)彈、發(fā)動機(jī)及耐熱機(jī)械的重要零件。亦可用作防輻射線的防護(hù)導(dǎo)彈、發(fā)動機(jī)及耐熱機(jī)械的重要零件。亦可用作防輻射線的防護(hù)

42、外殼等。此外，鈰族元素還用于制作各種有色玻璃。外殼等。此外，鈰族元素還用于制作各種有色玻璃。 目前，已知最大的氟碳鈰礦位于中國內(nèi)蒙古的白云鄂博礦，目前，已知最大的氟碳鈰礦位于中國內(nèi)蒙古的白云鄂博礦，其稀土氧化物平均含量為其稀土氧化物平均含量為56%。品位最高的工業(yè)氟碳鈰礦礦床。品位最高的工業(yè)氟碳鈰礦礦床是美國加利福尼亞州的芒廷帕斯礦，這是世界上唯一以開采稀土是美國加利福尼亞州的芒廷帕斯礦，這是世界上唯一以開采稀土為主的氟碳鈰礦。為主的氟碳鈰礦。 化學(xué)成分及性質(zhì)化學(xué)成分及性質(zhì)：YPO4。成分中。成分中Y2O361.4，P2O538.6。有釔族稀土元素混入，其中以鐿、鉺、鏑、釓為主。尚有鋯、有釔族

43、稀土元素混入，其中以鐿、鉺、鏑、釓為主。尚有鋯、鈾、釷等元素代替釔，同時伴隨有硅代替磷。一般來說，磷釔鈾、釷等元素代替釔，同時伴隨有硅代替磷。一般來說，磷釔礦中鈾的含量大于釷。磷釔礦化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。礦中鈾的含量大于釷。磷釔礦化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。 晶體結(jié)構(gòu)及形態(tài)晶體結(jié)構(gòu)及形態(tài)：四方晶系、復(fù)四方雙錐晶類、呈粒狀及塊狀。：四方晶系、復(fù)四方雙錐晶類、呈粒狀及塊狀。 物理性質(zhì)物理性質(zhì)：黃色、紅褐色，有時呈黃綠色，亦呈棕色或淡褐色。：黃色、紅褐色，有時呈黃綠色，亦呈棕色或淡褐色。條痕淡褐色。玻璃光澤，油脂光澤。硬度條痕淡褐色。玻璃光澤，油脂光澤。硬度45，比重，比重4.45.1，具有弱的多色性和放射性。具有弱的多

44、色性和放射性。 生成狀態(tài)生成狀態(tài)：主要產(chǎn)于花崗巖、花崗偉晶巖中。亦產(chǎn)于堿性花崗：主要產(chǎn)于花崗巖、花崗偉晶巖中。亦產(chǎn)于堿性花崗巖以及有關(guān)的礦床中。在砂礦中亦有產(chǎn)出。巖以及有關(guān)的礦床中。在砂礦中亦有產(chǎn)出。 用途用途：大量富集時，用作提煉稀土元素的礦物原料：大量富集時，用作提煉稀土元素的礦物原料。 淋積型稀土礦即離子吸附型稀土礦是我國特有的新淋積型稀土礦即離子吸附型稀土礦是我國特有的新型稀土礦物。所謂型稀土礦物。所謂“離子吸附離子吸附”系稀土元素不以化系稀土元素不以化合物的形式存在，而是呈離子狀態(tài)吸附于粘土礦物合物的形式存在，而是呈離子狀態(tài)吸附于粘土礦物中。這些稀土易為強(qiáng)電解質(zhì)交換而轉(zhuǎn)入溶液，不需中

45、。這些稀土易為強(qiáng)電解質(zhì)交換而轉(zhuǎn)入溶液，不需要破碎、選礦等工藝過程，而是直接浸取即可獲得要破碎、選礦等工藝過程，而是直接浸取即可獲得混合稀土氧化物?；旌舷⊥裂趸?。 這類礦的特點(diǎn)是這類礦的特點(diǎn)是：重稀土元素含量高，經(jīng)濟(jì)含量大，：重稀土元素含量高，經(jīng)濟(jì)含量大，品位低，覆蓋面大，多在丘陵地帶，適于手工和半品位低，覆蓋面大，多在丘陵地帶，適于手工和半機(jī)械化開采，開采和浸取工藝簡單。機(jī)械化開采，開采和浸取工藝簡單。 風(fēng)化殼淋積型稀土礦，主要分布在我國江西、廣東、風(fēng)化殼淋積型稀土礦，主要分布在我國江西、廣東、湖南、廣西、福建等地。湖南、廣西、福建等地。 中國是世界上稀土資源最豐富的國家，全國已有中國是世界

46、上稀土資源最豐富的國家，全國已有22個?。▍^(qū)）先后發(fā)現(xiàn)一批稀土礦床，主要分布在內(nèi)個?。▍^(qū)）先后發(fā)現(xiàn)一批稀土礦床，主要分布在內(nèi)蒙、江西、廣東、廣西、四川、山東等地。蒙、江西、廣東、廣西、四川、山東等地。 1）1927年丁道衡教授發(fā)現(xiàn)白云鄂博鐵礦年丁道衡教授發(fā)現(xiàn)白云鄂博鐵礦 2）60年代中期發(fā)現(xiàn)江西、廣東等地的風(fēng)化淋積型年代中期發(fā)現(xiàn)江西、廣東等地的風(fēng)化淋積型（離子吸附型）稀土礦床（離子吸附型）稀土礦床 3）70年代初期發(fā)現(xiàn)山東微山稀土礦床年代初期發(fā)現(xiàn)山東微山稀土礦床 4）80年代中期發(fā)現(xiàn)四川涼山年代中期發(fā)現(xiàn)四川涼山“牦牛坪式牦牛坪式”大型大型 稀土礦床稀土礦床 中國稀土礦床在地域分布上具有面廣而又

47、中國稀土礦床在地域分布上具有面廣而又相對集中的特點(diǎn)相對集中的特點(diǎn) 全國稀土資源總量的全國稀土資源總量的98%分布在內(nèi)蒙、江分布在內(nèi)蒙、江西、廣東、四川、山東等地區(qū)，形成北、西、廣東、四川、山東等地區(qū)，形成北、南、東、西的分布格局，并具有北輕南重南、東、西的分布格局，并具有北輕南重的分布特點(diǎn)。的分布特點(diǎn)。 于中國地質(zhì)構(gòu)造的特殊性和稀土、稀有金于中國地質(zhì)構(gòu)造的特殊性和稀土、稀有金屬成礦的復(fù)雜性和多樣性，因而形成了多屬成礦的復(fù)雜性和多樣性，因而形成了多種成因類型的稀土礦床種成因類型的稀土礦床 我國不僅稀土資源豐富，而且還具有資源我國不僅稀土資源豐富，而且還具有資源質(zhì)量方面的許多優(yōu)勢，不同的稀土礦床具

48、質(zhì)量方面的許多優(yōu)勢，不同的稀土礦床具有不同的優(yōu)勢有不同的優(yōu)勢 蒙古語稱蒙古語稱“白云博格都白云博格都”，意為，意為“富饒的圣山富饒的圣山”。位于包頭市正北約位于包頭市正北約150公里處。稀土資源儲量占全公里處。稀土資源儲量占全國的國的97，為除中國以外世界總儲量的，為除中國以外世界總儲量的5倍多。倍多。白云鄂博礦是一座世界罕見的多金屬共生礦床，分白云鄂博礦是一座世界罕見的多金屬共生礦床，分布在東西長公里，南北寬約公里，總面積布在東西長公里，南北寬約公里，總面積平方公里的范圍內(nèi)。現(xiàn)已探明礦體內(nèi)蘊(yùn)藏著平方公里的范圍內(nèi)?，F(xiàn)已探明礦體內(nèi)蘊(yùn)藏著多種礦物，多種元素。礦物種類主要有鐵、多種礦物，多種元素。礦

49、物種類主要有鐵、鈮和稀土礦物。其中鐵礦儲量億噸，鈮礦儲鈮和稀土礦物。其中鐵礦儲量億噸，鈮礦儲量萬噸，稀土礦工業(yè)儲量萬噸，占量萬噸，稀土礦工業(yè)儲量萬噸，占全世界的，占全國的以上，因而被譽(yù)全世界的，占全國的以上，因而被譽(yù)為為“稀土之鄉(xiāng)稀土之鄉(xiāng)”。另外，還蘊(yùn)藏著銅、石英石、瑩。另外，還蘊(yùn)藏著銅、石英石、瑩石、磷灰石、軟錳礦等多種礦物石、磷灰石、軟錳礦等多種礦物 礦區(qū)位置 四川涼山四川涼山“牦牛坪式牦牛坪式”單一氟碳鈰礦單一氟碳鈰礦礦物粒礦物粒度粗，有害雜質(zhì)含量低，易選冶，可直接入度粗，有害雜質(zhì)含量低，易選冶，可直接入爐冶煉中間合金，工藝簡單易行，成本低，爐冶煉中間合金，工藝簡單易行，成本低，擁有資源

50、質(zhì)量優(yōu)勢。擁有資源質(zhì)量優(yōu)勢。 山東微山稀土礦山東微山稀土礦，為一典型的氟碳鈰鑭礦床，為一典型的氟碳鈰鑭礦床，稀土元素稀土元素La、Ce、Pr、Nd之和占稀土總量之和占稀土總量的的98%，稀土礦物粒度粗，有害雜質(zhì)含量低，稀土礦物粒度粗，有害雜質(zhì)含量低，稀土精礦易于深加工分離成單一稀土元素，稀土精礦易于深加工分離成單一稀土元素，亦具有明顯的資源質(zhì)量優(yōu)勢。亦具有明顯的資源質(zhì)量優(yōu)勢。 一、稀土選礦一、稀土選礦 選礦是利用組成礦石的各種礦物之間的物選礦是利用組成礦石的各種礦物之間的物理化學(xué)性質(zhì)的差異，采用不同的選礦方法，理化學(xué)性質(zhì)的差異，采用不同的選礦方法，借助不同的選礦工藝，不同的選礦設(shè)備，借助不同的

51、選礦工藝，不同的選礦設(shè)備，把礦石中的有用礦物富集起來，除去有害把礦石中的有用礦物富集起來，除去有害雜質(zhì)，并使之與脈石礦物分離的機(jī)械加工雜質(zhì)，并使之與脈石礦物分離的機(jī)械加工過程。過程。 稀土礦物中稀土氧化物含量只有百分之幾，稀土礦物中稀土氧化物含量只有百分之幾，甚至有的更低，為了滿足冶煉的生產(chǎn)要求，甚至有的更低，為了滿足冶煉的生產(chǎn)要求，在冶煉前經(jīng)選礦，將稀土礦物與脈石礦物在冶煉前經(jīng)選礦，將稀土礦物與脈石礦物和其它有用礦物分開，以提高稀土氧化物和其它有用礦物分開，以提高稀土氧化物的含量，得到能滿足稀土冶金要求的稀土的含量，得到能滿足稀土冶金要求的稀土精礦。精礦。 稀土礦的選礦一般采用稀土礦的選礦一

52、般采用浮選法浮選法，并常輔以，并常輔以重選、磁選重選、磁選組成多種組合的選礦工藝流程組成多種組合的選礦工藝流程 在礦山先將大礦石破碎后，用火車運(yùn)至包在礦山先將大礦石破碎后，用火車運(yùn)至包頭鋼鐵集團(tuán)公司的選礦廠。選礦廠的任務(wù)頭鋼鐵集團(tuán)公司的選礦廠。選礦廠的任務(wù)是將是將Fe2O3從從33%提高到提高到55%以上，在錐形以上，在錐形球磨機(jī)上磨礦分級，再用圓筒磁選機(jī)選得球磨機(jī)上磨礦分級，再用圓筒磁選機(jī)選得6265% Fe2O3的一次鐵精礦。其尾礦繼的一次鐵精礦。其尾礦繼續(xù)進(jìn)行浮選與磁選，得到含續(xù)進(jìn)行浮選與磁選，得到含45% Fe2O3以以上的二次鐵精礦。稀土富集在浮選泡沫中，上的二次鐵精礦。稀土富集在浮

53、選泡沫中，品位達(dá)到品位達(dá)到1015%。該富集物可用搖床選。該富集物可用搖床選出出REO含量為含量為30%的粗精礦，經(jīng)選礦設(shè)備的粗精礦，經(jīng)選礦設(shè)備再處理后，可得到再處理后，可得到REO60%以上的稀土精以上的稀土精礦。礦。 稀土冶煉方法有兩種，即稀土冶煉方法有兩種，即濕法冶金和火法冶金濕法冶金和火法冶金。 濕法冶金屬濕法冶金屬化工冶金方式，全流程大多處于溶液、化工冶金方式，全流程大多處于溶液、溶劑之中，如稀土精礦的分解、稀土氧化物、稀土化合溶劑之中，如稀土精礦的分解、稀土氧化物、稀土化合物、單一稀土金屬的分離和提取過程就是采用沉淀、結(jié)物、單一稀土金屬的分離和提取過程就是采用沉淀、結(jié)晶、氧化還原、

54、溶劑萃取、離子交換等化學(xué)分離工藝過晶、氧化還原、溶劑萃取、離子交換等化學(xué)分離工藝過程?，F(xiàn)應(yīng)用較普遍的是有機(jī)溶劑萃取法，它是工業(yè)分離程?，F(xiàn)應(yīng)用較普遍的是有機(jī)溶劑萃取法，它是工業(yè)分離高純單一稀土元素的通用工藝。濕法冶金流程復(fù)雜，產(chǎn)高純單一稀土元素的通用工藝。濕法冶金流程復(fù)雜，產(chǎn)品純度高，該法生產(chǎn)成品應(yīng)用面廣闊。品純度高，該法生產(chǎn)成品應(yīng)用面廣闊。 火法冶金火法冶金工藝過程簡單，生產(chǎn)率較高。稀土火法冶工藝過程簡單，生產(chǎn)率較高。稀土火法冶煉主要包括硅熱還原法制取稀土合金，熔鹽電解法制取煉主要包括硅熱還原法制取稀土合金，熔鹽電解法制取稀土金屬或合金，金屬熱還原法制取稀土合金等。火法稀土金屬或合金，金屬熱還

55、原法制取稀土合金等?；鸱ㄒ苯鸬墓餐攸c(diǎn)是在高溫條件下生產(chǎn)。冶金的共同特點(diǎn)是在高溫條件下生產(chǎn)。 稀土精礦中的稀土，一般呈難溶于水的碳稀土精礦中的稀土，一般呈難溶于水的碳酸鹽、氟化物、磷酸鹽、氧化物或硅酸鹽酸鹽、氟化物、磷酸鹽、氧化物或硅酸鹽等形態(tài)。必須通過各種化學(xué)變化將稀土轉(zhuǎn)等形態(tài)。必須通過各種化學(xué)變化將稀土轉(zhuǎn)化為溶于水或無機(jī)酸的化合物，經(jīng)過溶解、化為溶于水或無機(jī)酸的化合物，經(jīng)過溶解、分離、凈化、濃縮或灼燒等工序，制成各分離、凈化、濃縮或灼燒等工序，制成各種混合稀土化合物如混合稀土氯化物，作種混合稀土化合物如混合稀土氯化物，作為產(chǎn)品或分離單一稀土的原料，這樣的過為產(chǎn)品或分離單一稀土的原料，這樣的

56、過程稱為程稱為稀土精礦分解稀土精礦分解也稱為前處理。也稱為前處理。 分解稀土精礦可分為三類，即分解稀土精礦可分為三類，即酸法、堿法酸法、堿法和氯化分解和氯化分解 酸法分解又分為鹽酸分解、硫酸分解和氫酸法分解又分為鹽酸分解、硫酸分解和氫氟酸分解法等。堿法分解又分為氫氧化鈉氟酸分解法等。堿法分解又分為氫氧化鈉分解或氫氧化鈉熔融或蘇打焙燒法等。一分解或氫氧化鈉熔融或蘇打焙燒法等。一般根據(jù)精礦的類型、品位特點(diǎn)、產(chǎn)品方案、般根據(jù)精礦的類型、品位特點(diǎn)、產(chǎn)品方案、便于非稀土元素的回收與綜合利用、利于便于非稀土元素的回收與綜合利用、利于勞動衛(wèi)生與環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)合理等原則勞動衛(wèi)生與環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)合理等原則選選擇

57、適宜的工藝流程擇適宜的工藝流程。 由稀土精礦分解后所得到的混合稀土化合物中，由稀土精礦分解后所得到的混合稀土化合物中，分離提取出單一純稀土元素，在化學(xué)工藝上是比分離提取出單一純稀土元素，在化學(xué)工藝上是比較復(fù)雜和困難的。較復(fù)雜和困難的。 主要原因有二個：主要原因有二個： 一是鑭系元素之間的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)十分一是鑭系元素之間的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)十分相似，多數(shù)稀土離子半徑居于相鄰兩元素之間，相似，多數(shù)稀土離子半徑居于相鄰兩元素之間，非常相近，在水溶液中都是穩(wěn)定的三價態(tài)。稀土非常相近，在水溶液中都是穩(wěn)定的三價態(tài)。稀土離子與水的親和力大，因受水合物的保護(hù)，其化離子與水的親和力大，因受水合物的保護(hù)，其

58、化學(xué)性質(zhì)非常相似，分離提純極為困難。學(xué)性質(zhì)非常相似，分離提純極為困難。 二是稀土精礦分解后所得到的混合稀土化合物二是稀土精礦分解后所得到的混合稀土化合物中伴生的雜質(zhì)元素較多（如鈾、釷、鈮、鉭、鈦、中伴生的雜質(zhì)元素較多（如鈾、釷、鈮、鉭、鈦、鋯、鐵、鈣、硅、氟、磷等）。鋯、鐵、鈣、硅、氟、磷等）。 稀土生產(chǎn)中采用的分離方法（濕法生產(chǎn)工稀土生產(chǎn)中采用的分離方法（濕法生產(chǎn)工藝）有：藝）有： （1）分步法（分級結(jié)晶法、分級沉淀法和）分步法（分級結(jié)晶法、分級沉淀法和氧化還原法）；氧化還原法）； （2）離子交換法；）離子交換法； （3）溶劑萃取法。）溶劑萃取法。 分步法分步法是利用化合物在溶劑中溶解的難易

59、程度是利用化合物在溶劑中溶解的難易程度（溶解度）上的差別來進(jìn)行分離和提純的。（溶解度）上的差別來進(jìn)行分離和提純的。 方法的操作程序方法的操作程序是：將含有兩種稀土元素的化是：將含有兩種稀土元素的化合物先以適宜的溶劑溶解后，加熱濃縮，溶液合物先以適宜的溶劑溶解后，加熱濃縮，溶液中一部分元素化合物析出來（結(jié)晶或沉淀）。中一部分元素化合物析出來（結(jié)晶或沉淀）。析出物中，溶解度較小的稀土元素得到富集，析出物中，溶解度較小的稀土元素得到富集，溶解度較大點(diǎn)的稀土元素在溶液中也得到富集。溶解度較大點(diǎn)的稀土元素在溶液中也得到富集。 因?yàn)橄⊥猎刂g的溶解度差別很小，必須重因?yàn)橄⊥猎刂g的溶解度差別很小，必須

60、重復(fù)操作多次才能將這兩種稀土元素分離開來復(fù)操作多次才能將這兩種稀土元素分離開來 離子交換色層法的原理離子交換色層法的原理是：首先將陽離子交換樹脂填充于是：首先將陽離子交換樹脂填充于柱子內(nèi)，再將待分離的混合稀土吸附在柱子入口處的那一柱子內(nèi)，再將待分離的混合稀土吸附在柱子入口處的那一端，然后讓淋洗液從上到下流經(jīng)柱子。形成了絡(luò)合物的稀端，然后讓淋洗液從上到下流經(jīng)柱子。形成了絡(luò)合物的稀土就脫離離子交換樹脂而隨淋洗液一起向下流動。流動的土就脫離離子交換樹脂而隨淋洗液一起向下流動。流動的過程中稀土絡(luò)合物分解，再吸附于樹脂上。就這樣，稀土過程中稀土絡(luò)合物分解，再吸附于樹脂上。就這樣，稀土離子一邊吸附、脫離樹