稀土资源试题.docx

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稀土资源试题

稀土资源

[填空题]

1什么叫稀土？

写出所有稀土元素的名称及符号。

参考答案：

我们把位于元素周期表的第三副族，包括钪（Sc，）、钇（Y，）和镧系元素[包括镧（La，））、铈（Ce，）、镨（Pr，）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu）]的十七种元素总称为稀土元素。

[填空题]

2可以从哪几个方面来可以描述一个电子的运动状态？

原子核外电子排布需要遵守哪几个原理？

参考答案：

一个电子的运动状态要从4个方面来进行描述，即它所处的电子层、电子亚层、电子云的伸展方向、电子的自旋方向。

它们还要遵守能量最低原理、保里不相容原理和洪特规则。

对于多电子元素，还要考虑钻穿效应和屏蔽效应。

能量最低原理：

电子在原子核外排布时，要尽可能使电子的能量最低。

保里不相容原理：

在同一个原子中没有也不可能有运动状态完全相同的两个电子存在，即每一个轨道中只能容纳两个自旋方向相反的电子

洪特规则：

一、电子在原子核外排布时，将尽可能分占不同的轨道，且自旋平行；

二、对于同一个电子亚层，当电子排布处于全满、半满全空时比较稳定。

[填空题]

3什么叫屏蔽效应、钻穿效应？

参考答案：

由于其他电子对某一电子的排斥作用而抵消了一部分核电荷，从而引起有效核电荷的降低，削弱了核电荷对该电子的吸引，这种作用称为屏蔽作用或屏蔽效应

在原子核附近出现的概率较大的电子，可更多地避免其余电子的屏蔽，受到核的较强的吸引而更靠近核，这种进入原子内部空间的作用叫做钻穿效应。

[填空题]

4什么叫镧系收缩？

其特点和结果如何？

参考答案：

镧系收缩是指从镧到镥随着原子序数的增加，它们的原子半径、离子半径均逐渐减小的现象。

镧系收缩的特点：

1、根据电子组态的特点，随原子序数的增大，新增加的电子不是填充到最外层而是填入倒数第三层的4f轨道，它比6S和5S、5P轨道对核电荷有较大的屏蔽效应，故最外层的电子受核的引力只是缓慢增加，从而导致原子半径呈缓慢缩小的趋势；

2、离子比原子少一电子层，失去最外层6S电子后，处于倒数第二层的4f轨道对核的屏蔽作用减小，因此离子半径的收缩比原子半径明显得多。

镧系收缩结果：

处于第三周期的钪离子Sc3+半径接近镥离子Lu3+钇离子Y3+半径落在Er3+之下，在铕离子Eu3+附近，因此自然界中钪、钇常同镧系元素铒共生，成为稀土元素的成员。

镧系收缩使它后面各族过渡元素的原子半径和离子半径分别与同族上面一个元素极为接近，例如、ⅣB族中的锆（Zr，镧系之前）和铪（Hf，镧系之后），ⅤB族中的铌（Nb，镧系之前）和钽（Ta，铪之后），ⅥB族中的钼（Mo，镧系之前）和钨（W，钽之后）以及ⅦB族中的锝Tc（镧系之前）和铼（Re，钨之后）的原子半径和离子半径很相近，化学性质相似，造成分离上的困难。

Zr和Hf，Nb和Ta在自然界矿物中共生，且彼此难于分离。

[填空题]

5稀土元素是如何分组的？

参考答案：

稀土元素分两组：

轻稀土（又称铈组）包括：

镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕。

重稀土（又称钇组）包括：

钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇。

[填空题]

6常见的稀土元素的价态有哪些？

参考答案：

常见的稀土元素的价态是＋3价，另外还有＋2、＋4价存在。

[填空题]

7稀土元素在矿物中是如何赋存的？

主要矿物有几种？

具有实际利用价值的矿物有几种？

请举三种最著名的矿物名称。

参考答案：

稀土元素多以离子化合物形式赋存于矿物晶格中，呈配位多面体形式，其氧离子配位数一般为6~12。

它们在矿物中有三种赋存状态：

1）作为矿物的基本组成元素，稀土以离子化合物形式赋存于矿物晶格中，构成矿物的必不可少的成分。

2）作为矿物的杂质元素，以类质同象置换（钙、锶、钡、锰、锆、钍等）的形式，分散于造岩矿物和稀有金属矿物中。

3）呈离子状态被吸附于某些矿物的表面或颗粒间。

这类状态的稀土元素很容易提取。

主要工业价值的有50余种。

具有实际利用价值的矿物有10种左右

最主要的矿物有独居石、氟碳铈矿、磷灰石、磷钇矿石等。

[填空题]

8请简述我国主要稀土资源矿藏有哪些？

稀土资源有哪些特点？

参考答案：

有内蒙古白云鄂博特大型稀土矿床，山东微山稀土矿，江西、广东等地的风化淋积型（离子吸附型）稀土矿床、四川凉山“牦牛坪式”大型稀土矿床

全国稀土资源总量的98%分布在内蒙、江西、广东、四川、山东等地区，形成北、南、东、西的分布格局，并具有北轻南重的分布特点。

具体特点如下：

①储量大；

②分布广；

③类型多；

④矿种全；

⑤综合利用价值高。

[填空题]

9简述白云鄂博矿的特点。

参考答案：

白云鄂博矿是一座世界罕见的多金属共生矿床，分布在东西长18公里，南北宽约3公里，总面积48平方公里的范围内。

现已探明矿体内蕴藏着160多种矿物，70多种元素。

矿物种类主要有铁、铌和稀土矿物。

其中铁矿储量9.5亿吨，铌矿储量519万吨，稀土矿工业储量3600万吨，占全世界的36％，占全国的90％以上，因而被誉为“稀土之乡”。

另外，还蕴藏着铜、石英石、莹石、磷灰石、软锰矿等多种矿物

[填空题]

10什么叫稀土选矿？

常用稀土选矿方式有哪些？

参考答案：

选矿是利用组成矿石的各种矿物之间的物理化学性质的差异，采用不同的选矿方法，借助不同的选矿工艺，不同的选矿设备，把矿石中的有用矿物富集起来，除去有害杂质，并使之与脉石矿物分离的机械加工过程。

稀土矿的选矿一般采用浮选法，并常辅以重选、磁选组成多种组合的选矿工艺流程。

[填空题]

11稀土冶炼的方法有哪些？

特点是什么？

参考答案：

稀土冶炼方法有两种，即湿法冶金和火法冶金。

湿法冶金属化工冶金方式，全流程大多处于溶液、溶剂之中，湿法冶金流程复杂，产品纯度高，该法生产成品应用面广阔。

火法冶金工艺过程简单，生产率较高。

主要包括硅热还原法制取稀土合金，熔盐电解法制取稀土金属或合金，金属热还原法制取稀土合金等。

火法冶金的共同特点是在高温条件下生产。

[填空题]

12稀土精矿分解方法可以分为几类？

常用的分离方法有哪些？

参考答案：

分解稀土精矿可分为三类，即酸法、碱法和氯化分解

稀土生产中采用的分离方法（湿法生产工艺）有：

（1）分步法；分步法是利用化合物在溶剂中溶解的难易程度（溶解度）上的差别来进行分离和提纯的。

（2）离子交换法；首先将阳离子交换树脂填充于柱子内，再将待分离的混合稀土吸附在柱子入口处的那一端，然后让淋洗液从上到下流经柱子。

形成了络合物的稀土就脱离离子交换树脂而随淋洗液一起向下流动。

流动的过程中稀土络合物分解，再吸附于树脂上。

就这样，稀土离子一边吸附、脱离树脂，一边随着淋洗液向柱子的出口端流动。

由于稀土离子与络合剂形成的络合物的稳定性不同，因此各种稀土离子向下移动的速度不一样，亲和力大的稀土向下流动快，结果先到达出口端。

（3）溶剂萃取法。

利用有机溶剂从与其不相混溶的水溶液中把被萃取物提取分离出来的方法

[填空题]

13常用的稀土金属提取方法有哪些？

一般采用的提取原料是什么？

参考答案：

常用的提取方法有

1）熔盐电解法

2）真空热还原法

一般采用的原料是稀土的氯化物和氟化物。

[填空题]

14稀土元素的金属活泼顺序为？

参考答案：

稀土元素是典型的金属元素。

它们的金属活泼性仅次于碱金属和碱土金属元素。

在17个稀土元素当中，按金属的活泼次序排列，由钪，钇、镧递增，由镧到镥递减，即镧元素最活泼。

[填空题]

15什么叫发光？

根据发光持续时间的长短把固体发光区分为几种类型？

参考答案：

发光就是指物体不经过热阶段而将其内部以某种方式吸收的能量直接转换为非平衡辐射的现象。

根据发光持续时间的长短把固体发光区分为荧光和磷光两种。

发光持续时间小于10-8秒的称荧光，大于10-8秒的称磷光，相应的发光体分别称为荧光体和磷光体。

[填空题]

16固体中的发光过程大致分为哪两大类？

参考答案：

1）分立中心的发光。

发光的全部过程都局限在单个中心的内部（单分子过程）。

这是在绝缘体发光中的主要类型。

2）复合发光。

发光过程中经过电离（电子脱离母体或发光中心），电子同电离中心复合而发光（双分子过程）。

这类发光多见于半导体，它受到激发后，掺杂离子或基质离子都可能被电离。

[填空题]

17固体发光激发方式主要有哪几类？

据激发方式固体发光可分哪几种类型？

参考答案：

①射线的激发。

可分为：

A.电磁波激发包括光频、X射线及γ射线等各个波段的电磁波都可激发发光体。

B.粒子激发主要是带电粒子，如电子、质子及离子等轰击发光体形成的激发。

②电激发。

在发光体内直接将电能转换为光能。

电致发光一般要求发光体有足够的导电性。

③化学发光。

化学反应中释放出来的能量也可在一定条件下激发材料，使材料发光。

④摩擦发光及结晶发光。

这是在机械压力下晶体破裂所引起的闪光及晶体从溶液或熔体中生长时的发光。

⑤生物发光。

在生物体内由于生命过程中的变化所产生的发光。

根据激发方式固体发光可分三种类型

①光致发光，发光材料在可见光、紫外线或X射线照射下产生的发光。

②场致发光，又称电致发光，是利用直流或交流电场能量来激发发光。

③阴极射线致发光，以电子束使磷光物质激发发光。

[填空题]

18固体发光的两个基本特征是什么？

参考答案：

（1）任何物体在一定温度下都有热辐射，发光是物体吸收外来能量后所发出的总的辐射中超出热辐射部分；

（2）当外界激发源对固体的作用停止后，发光还延续一段时间，称为余辉。

不同材料在不同激发方式下的发光过程可以很不相同，但有一个共同点：

都是固体从高激发态到低激发态（特别是基态）的电子跃迁中释放能量的一个方式。

[填空题]

19什么叫能带、价带、导带和禁带？

参考答案：

晶体的基本特征是微粒按一定的规律呈周期性的排列。

在晶体内部原子间存在着较强的相互作用，这导致了原子能级的变化。

这种变化主要表现为形成了许多相近能级组成的共同能级，它们在能量坐标上占有一定的宽度，这种我们称为能带。

能带可以分成价带和导带。

价带是指基态下晶体未被激发的电子所具有的能量水平，或者说在正常状态下电子占据价带。

导带对应于激发态下晶体中被激发电子所具有的能量水平。

被激发的电子占据导带，可以在晶体内自由流动成为自由电子。

在价带和导带之间还存在一个禁带。

电子只能在导带和价带之间跃迁，而不能在禁带中滞留。

[填空题]

20根据研究光谱方法的不同，习惯上把光谱学区分为哪几类？

其中发射光谱还可以区分为？

参考答案：

可分为发射光谱学、吸收光谱学与散射光谱学。

发射光谱还可以区分为三种不同类别的光谱：

线状光谱、带状光谱和连续光谱。

线状光谱主要产生于原子，带状光谱主要产生于分子，连续光谱则主要产生于白炽的固体或气体放电。

[填空题]

21物质的磁性可以分为几类？

稀土元素和d族过渡元素相比有哪些特点？

参考答案：

物质的磁性可以分为顺磁性、抗磁性、铁磁性和反铁磁性几种。

稀土元素和d族过渡元素相比有以下特点：

1）轨道数目不同，所以镧系元素是顺磁化率最大的元素。

2）镧系元素受屏蔽作用得影响，受外场得影响不大，而过渡元素则不同。

3）稀土元素具有很高得饱和磁化率。

4）稀土元素的居里温度较低。

5）过渡元素的自旋－轨道作用较弱，轨道作用较强。

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[填空题]

22解释稀土离子在水溶液呈各种颜色的原因。

参考答案：

稀土离子的价电子可以在f轨道之间跃迁（即电子从一种轨道迁移到另一种轨道），也可以在f与d轨道之间跃迁，从而造成对各种波长的光的吸收。

因此，多数稀土离子在水溶液中具有各种颜色。

[填空题]

23什么叫磁矩、磁化强度、磁化率和磁导率？

参考答案：

磁矩是指描述载流线圈或微观粒子磁性的物理量。

分子的磁矩就是电子轨道磁矩以及电子和核的自旋磁矩构成的，磁介质的磁化就是外磁场对分子磁矩作用的结果。

磁化强度是指描述磁介质磁化状态的物理量，它是物质在外加磁场作用下的合磁矩。

是矢量，常用符号M表示。

定义为单位体积内分子磁矩m的矢量和

磁化率是指表征磁介质属性的物理量，描述物质对外加磁场的磁性响应。

常用符号cm表示，等于磁化强度M与磁场强度H之比

磁导率是指表征磁介质磁性的物理量。

常用符号μ表示，表示物质磁性的一种磁学量，是物质中磁感应强度B与磁场强度H之比：

μ=B/H。

[填空题]

24稀土磁致冷材料是如何达到致冷的目的？

参考答案：

磁致冷首先是给磁体加磁场，使磁矩按磁场方向整齐排列，然后再撤去磁场，使磁矩的方向变得杂乱，这时磁体从周围吸收热量，通过热交换使周围环境的温度降低，达到致冷的目的。

[填空题]

25什么叫磁致伸缩效应？

参考答案：

磁致伸缩效应是1842年由焦耳发现的，故又称焦耳效应

磁性材料由于磁场的变化，其长度和体积都要发生微小的变化，这种现象称为磁致伸缩。

[填空题]

26稀土元素有哪些物理和化学性质？

参考答案：

物理性质：

1）具有典型的金属属性，有金属光泽。

2）稀土金属的硬度不大，具有较高的熔点和沸点。

3）稀土金属的导电性不是很好，常温时电阻率高。

4）稀土元素的化合物都是离子型化合物，导电性较好。

化学性质：

1）典型的金属，所以化学活泼性很强。

2）稀土金属都是很强的还原剂。

3）稀土的酸碱性是随原子序数的增大而逐渐减弱的。

[填空题]

27常见的稀土化合物、盐类及非金属化合物有哪些？

写出五种以上的名称。

参考答案：

有稀土氧化物、稀土氢氧化物；稀土卤化物、稀土硝酸盐、稀土硫酸盐、稀土碳酸盐、稀土草酸盐、稀土磷酸盐、稀土卤酸盐、稀土硅酸盐等

稀土氢化物、稀土硼化物、稀土碳化物、稀土硅化物、稀土氮化物、稀土硫化物。

[填空题]

28稀土配合物的类型有哪几种？

参考答案：

（1）离子缔合物。

稀土离子与无机配位体主要形成离子缔合物，稳定性较弱，只能存在于溶液中，在固体化合物中不存在。

（2）不溶性的加合物不溶的加合物或称不溶的非鳌合物类，这类配合物仅安替比林衍生物在水中稳定，其他如氨或铵类稳定性均弱。

（3）鳌合物鳌合物由于形成环形结构，比其他类型配合物稳定。

分子型鳌合物难溶于水，易溶于有机溶剂，如苯或三氯甲烷。

（4）其他

[填空题]

29以独居石或氟碳铈矿为例，说明精矿分解的工艺流程。

参考答案：

用烧碱法处理独居石精矿分解的工艺流程：

1）将精矿球磨至200目以下。

在常压下于140度用浓氢氧化钠分解。

2）加热浓缩滤液至137度沸点，99％的磷酸三钠析出。

3）在PH值为3.5到4.5的条件下，用盐酸热浸滤饼。

过滤分离稀土溶液和残渣。

4）调整稀土氯化物溶液的浓度和酸度，再用逆流多级混合澄清槽进行溶剂萃取。

5）萃取余物中含轻稀土，经蒸发浓缩后再结晶。

得到轻稀土。

6）盐酸热浸出的不溶物，再经硝酸溶解后，再萃取得稀土。

氟碳铈矿的分解有许多方法，我们以氧化－酸浸－制取氧化铕为例：

1）焙烧。

将精矿在800度下焙烧。

2）浸出。

在浸出槽中，将冷却后的焙烧物加水，然后加入30％的盐酸。

3）洗涤。

将出的矿浆洗涤、富集。

4）萃取分组。

用专用的萃取液萃取分组。

5）提取铕。

[填空题]

30稀土材料制备的五个特点是什么？

参考答案：

①稀土材料的组成和结构复杂，因此对其化学组分和显微结构要严格设计和控制。

②因为其活泼和其特有的特性，所以制备环境苛刻。

③要采用新的高新制备技术。

④由于要求纯度高，故制备条件苛刻且多限于少量制备，成本高，产品价格也高。

⑤技术保密性和知识产权保护性强。

[填空题]

31稀土材料制备中的离子取代分几种？

参考答案：

根据结晶化学原理，离子半径相近的离子易于相互取代。

离子取代可以分成等价取代和不等价取代两种方法。

在发生等价离子取代时，无需电荷补偿。

在不等价离子取代中产生的空位缺陷，可利用加入电荷补偿剂进行电荷补偿，或者由于化合物中某一可变组分发生价态改变而进行电荷补偿。

[填空题]

32材料设计的目的、内容是什么？

参考答案：

材料设计的目的是按指定性能指标出发，确定材料成分或相的组合，按生产要求设计最佳的制备方法和工艺流程，以制得合乎要求的各种材料。

内容包括三个方面：

（1）材料结构性能关系的研究设计。

（2）材料使用性能预测设计。

（3）材料成分结构研究设计。

[填空题]

33稀土材料的现代合成技术中有几种常见的合成方法？

参考答案：

有五种之多：

一、溶液合成法、二、溶胶－凝胶法、三、水热法合成

四、自蔓延高温合成法（SHS）五、化学气相沉积法

[填空题]

34简述溶胶－凝胶法合成的基本过程。

参考答案：

基本过程如下：

水解聚合凝胶化干燥热处理

原料―――活性单体―――溶胶――――凝胶―――――无机材料

[填空题]

35什么叫自蔓延高温合成？

简述自蔓延高温合成法的主要应用工艺。

参考答案：

自蔓延高温合成法是指利用反应物间高的化学反应热的自加热和自传导作用来合成材料的一种技术。

简称SHS

自蔓延高温合成法的应用工艺主要有以下八种：

1）SHS制粉。

2）SHS烧结。

3）SHS致密化技术

4）SHS铸造技术

5）SHS焊接技术

6）SHS涂层技术

7）化学炉技术

8）热爆技术等八种。

[填空题]

36在纳米材料的制备中，物理方法哪有四种？

化学方法有哪七种？

参考答案：

物理方法：

真空冷凝法、物理粉碎法、机械球磨法和非晶晶化法。

化学方法：

沉淀法、溶胶—凝胶法、水（溶剂）热法、固相热分解法、燃烧法、喷雾高温分解法、化学还原法。

[填空题]

37在工业提纯稀土金属的物理冶金工艺主要包括几种方法？

简述各个方法的主要特点。

参考答案：

1）真空熔炼法。

特点：

根据稀土金属的不同蒸气压来分离提纯。

2）真空蒸馏法.特点：

利用某些稀土金属与杂质之间在某一个温度下蒸气压之间的差别，在高温下加热处理，使稀土金属与杂质分离的一种制备方法。

3）区域熔炼法。

特点：

根据液固平衡原理，利用熔融－固化过程以出去杂质的方法。

4）电迁移法。

特点：

基于在电场的作用下，使金属中的杂质离子按其正负电性和有效电荷电量依次向金属棒两端迁移，使金属得到提纯的方法。

5）悬浮区熔—电迁移联合法。

特点：

是在一个稀土金属料棒上同时进行区熔和电迁移提纯。

6）电解精炼法。

是在选定的电解质熔盐体系中，以欲提纯的稀土金属做阳极，以铁或钨做阴极，在一定的工艺下提纯稀土金属的一种方法。

7）熔盐萃取法

特点：

以熔融态的金属与杂质之间的分布为基础的提纯金属的一种方法。

[填空题]

38稀土元素在钢中的作用有哪些？

参考答案：

有净化钢液、变质作用、细化晶粒、微合金化、抗氢脆致应力腐蚀等作用。

[填空题]

39什么是球墨铸铁？

参考答案：

析出的石墨呈球形的铸铁称为球墨铸铁。

1947年英国H.Morrogh发现，在过共晶灰口铸铁中附加铈，使其含量在0.02wt%以上时，石墨呈球状。

1948年美国A.P.Ganganebin等人研究指出，在铸铁中添加镁，随后用硅铁孕育，当残余镁量大于0.04wt%时，得到球状石墨。

[填空题]

40什么叫稀土发火合金？

参考答案：

稀土发火合金是利用混合稀土金属（以铈为主的稀土合金）与纯铁及少量镁、锌、铜等制成的一种功能材料。

[填空题]

41简述稀土发火合金的主要组成成分及各自的百分比。

参考答案：

一般制造的稀土合金以铈为主，辅以镧、镨、钕等轻稀土元素。

配入适量的镁、锌、铜。

稀土75-78%主要成分

铁17-22%主要填料，提高合金硬度

镁2-3%增强发火性能

锌0.5-3%增加合金密度和防腐性能

铜0.3-2%能降低压力

硅0-0.2%

[填空题]

42稀土分离可以由粗分离和精制两个部分组成，这两个部分通常采用的方法有哪些？

参考答案：

粗分离：

中和法、硫酸稀土铵（钠）复盐沉淀法、草酸盐法等；

精制：

草酸盐沉淀法、硫化物沉淀法、萃取法。