稀有金属作业复习题总.docx

稀有金属作业复习题总.docx

《稀有金属作业复习题总.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《稀有金属作业复习题总.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

稀有金属作业复习题总

稀有金属作业复习题-总

钨冶金部分

1、稀有金属根据其物理化学性质或其在矿物中的共生情况可分为哪几类？

钨属于哪一类稀有金属？

答：

可分为以下五类：

稀有轻金属、稀有高熔点金属、稀土金属、稀有分散性金属和稀有放射性金属。

钨属于稀有高熔点金属。

2、稀有金属生产一般要经历哪几个阶段？

答：

精矿分解、纯化合物的制取、金属生产、高纯致密稀有金属生产。

3、钨的氧化物有几种？

写出它们的名称和分子式。

答：

三氧化钨WO3;

二氧化钨WO2；

中间氧化物WO2.72、WO2.9。

4、钨的同多酸根离子有几种?

写出它们的名称与分子式。

它们的稳定存在与水溶液的PH值有什么关系？

答：

仲钨酸根根离子A：

HW6O215-仲钨酸根离子Z：

W12O4110-

-偏钨酸根离子：

（HW6O203-）偏钨酸根离子H2W12O406-

5、写出钨酸铵、仲钨酸铵和偏钨酸铵的分子式，按它们在水中的溶解度大小排序。

6、写出磷钨杂多酸、硅钨杂多酸的分子式，并指出中心原子。

7、钨的两种主要矿物是什么？

写出其分子式。

8、钨精矿要求WO3含量达到多少？

精矿中主要含有哪些杂质元素（写出五种以上）。

答：

不低于65%

精矿中主要含有的杂质元素：

S、P、As、Fe、Mn、Sn、Si、Ca

9、目前工业上常用的钨矿物原料的分解方法有哪几种？

比较它们各自的优缺点。

（P22）

答：

（1）苏打高压浸出法：

既适合用于处理白钨精矿，又适合用于处理低品位（WO3含量低至5%）的白钨、黑钨混合矿。

缺点：

消耗大量的苏打，且无法回收，需要消耗大量的酸中和它，耗酸耗碱；对设备要求较高，设备结构比较复杂，因而一次性投资大。

（2）苛性钠浸出法：

是当前分解黑钨精矿的主要方法，同时在碱过量系数大的情况下亦可分解黑白钨混合矿，甚至分解白钨精矿。

缺点：

消耗大量的碱，处理白钨矿或黑白钨混合矿时浸出率较低，如需得到高浸出率，就需要加大压力，在高压浸出时又对设备要求高。

（3）苏打高温烧结-水浸法：

既适用于处理黑钨精矿，也适用于处理白钨精矿或黑白钨混合的低品位中矿。

缺点：

能耗大，收率低，粉尘大；处理白钨矿时需要严格控制钙硅含量，此法由于许多经济技术指标（如回收率、能耗等）往往略低于其他湿法分解的方法，因此有逐步被取代的趋势。

（4）酸分解法：

具有流程短，成本低等特点。

缺点：

矿物中的硫化物会与HCl作用，产生有毒的还原性气体H2S，从而使酸分解产生的钨酸局部还原成低价化合物；不适合处理

答：

（1）蒸发结晶法：

有间断作业和连续作业两种。

为控制APT的粒度，有时必须控制结晶温度和蒸发速度，连续结晶法的优点是过程连续化、生产能力大、质量稳定、粒度均匀，同时氨易回收。

（2）中和结晶法：

当过程在室温下进行时产品为针状，粒度细，含11个结晶水；当在50℃以上进行，则含有5个结晶水，为片状。

加快中和速度，可增加过饱和度，晶粒来不及长大而产生大量晶核，相应的是晶粒变细。

（3）冷冻结晶法：

APT粒度细，同时粒度组成均匀，另外各种杂质或添加剂分布均匀，因而易于制取复合粉。

（3）<

（2）<

（1）

17、经典化学法除钼包含硫代和MoS沉淀两个过程，写出这两个过程的化学反应式。

当钨酸钠溶液含钼量为1.2g/L，用工业硫氰化钠（含S量为72%）作硫化剂，硫化剂加量为理论量1.2倍，问一立方米钨酸钠溶液中要加工业硫氰化钠多少千克？

4.67g

Na2MoO4+4NaHS=Na2MoS4+4NaOH

Na2MoS4+HCl=MoS3+2NaCl+H2S

18、描述一种由白钨矿或黑钨矿制备APT的工艺，并对主要的过程进行说明。

P39

稀土部分

1.什么叫“镧系收缩”？

稀土元素的电子层结构特征是什么？

根据稀土元素的电子层结构分析稀土元素的价态和离子变化规律。

答：

（1）镧系元素的电子内迁移特性，使其原子半径（铕和镱除外）和三价离子半径的变化规律是随原子序数的增加而逐渐减小，这种现象称为“镧系收缩”现象。

（2）ns2，（n-1）s2，（n-1）p6，（n-1）d10，（n-2）f0-14。

电子填充到最外层的6s2，次外层5s2，5p6也已经填满，5d为层或仅有一个电子；内层的4f从La—Lu逐渐增加，直到填满

（3）随着原子序数的增加，其原子的最外二电子层结构是相同的，从一元素过渡到另一元素时增加的电子填入原子内部的4f层。

由于4f层电子最大可能数为14，这样就确定了镧系元素的数量，正常状态的镧系元素的5d层上是没有电子的（钆和镥除外），但使电子从4f层移至5d层所消耗的能量并不大。

由于一个电子从4f层移至5d层上，在这种情况下6s层的两个电子和5d层上的一个电子参与组成成价键，使镧系元素呈+3价。

在镧系元素中除+3价外，还有+4和+2价的，这种价态是由于在4f层上电子数的不同而产生电子结合的强度差异造成的。

电子结合的强度随着使f层填充至一半（至7个电子）或全部填满至14个电子而增大。

因此，铈和镨及钆后面的铽和镝（4f层电子很容易移向5d层）都会出现+4价。

钐、铕、镱等4f层电子数接近或等于7和14的元素经常为+2价。

2.我国稀土资源的特点如何？

与国外矿相比有何优势？

答：

1）储备分布密度集中（主要是轻稀土）；

2）轻、重稀土储备在各地理分布上呈现“北轻南重”的特点；

3）具体稀土矿床多，综合利用价值大；

4）稀土矿产资源储备多，品种全，为发展稀土金属工业提供了优越的资源条件；

优势：

储量大，居世界第一。

我国的离子型稀土矿提取简单。

3.我国稀土矿物有哪些种类？

各自的分解工艺如何（重点在几个典型的系统矿物）？

答：

独居石、氟碳铈矿、离子吸附型稀土矿、磷钇矿、褐钇铌矿、易解石、菱氟钇钙矿、硅铍钇矿、复稀金矿、黑稀金矿等10种。

独居石：

主要采用苛性钠法，部分用硫酸法。

氟碳铈矿-独居石混合精矿：

主要有硫酸焙烧法和苛性钠分解法，同时也可用苏打烧结法和高温氯化法等。

南方离子型稀土矿：

淋洗法和搅拌浸出法。

4.南方离子型稀土矿的特点及主要开采方法？

答：

特点：

约90%的稀土以离子状态吸附在高岭石及云母中，其余10%左右的稀土以矿物（氟碳铈矿、独居石、磷钇矿等）或类质同相（与云母、长石、萤石等）形式存在。

开采方法：

石浸、堆浸、原地浸出、离子交换树脂。

处理原矿的方法有淋洗法和搅拌浸出法。

5.独居石碱分解属于什么控制过程？

影响分解因数有哪些？

分解过程中碱饼洗涤的目的是什么？

从磷酸钠中除铀为什么加锌粉？

FeSO4和石灰各起什么作用？

答：

（1）内扩散过程控制。

（2）影响分解的因数：

精矿的粒度，分解温度及时间，碱浓度，碱用量。

（3）洗涤的目的：

由于钍铀几乎全部集中在滤饼中，故需洗涤以得到稀土溶液，进行分离。

（除去PO43-？

）

（4）加锌粉使+6价的铀还原成+4价，以沉淀U4+；

（5）FeSO4被氧化生成的Fe（OH）3能很好地将U（OH）4共载沉淀，使溶液中的U（OH）4几乎完全沉淀；石灰为溶液提过碱性环境，沉淀U4+、Fe3+。

6.萃取工艺经历哪几个阶段？

各有什么作用？

答：

萃取：

金属离子的分离；金属化合物的富集；

洗涤：

提高有机相产品的纯度，提高水相产品的收率；

反萃：

从有机相中回收金属；有机相开再生循环使用。

7.萃取体系的组成包括哪些？

萃取体系如何表达，具体意义如何？

答：

包括：

有机相和水相

表达：

被萃物（起始浓度范围）/水相组成/有机相组成（萃合物分子式）

意义：

用有机相从水相中萃取被萃物。

其起始浓度为（浓度），萃取到有机相中的化合物的分子式组成是（萃合物分子式）。

8.工业应用中，萃取的主体设备是什么？

其结构包括那几部分？

其工作原理是什么？

答：

设备有：

混合澄清槽（主体）、塔式萃取设备、离心式萃取设备。

结构：

水相入口、有机相入口、混合室、混合潜室、叶片式搅拌桨、涡轮式搅拌器、混合相出口/混合室和澄清室两部分。

工作原理：

混合室使有机相与料液充分接触，完成传质过程，实现萃取；澄清室使完成萃取的有机相与水相分离，达到平衡，使有机相富集稀土。

9.酸性萃取剂剂萃取稀土为什么要皂化？

答：

1）有利于交换反应的发生；

2）有利于控制平衡水相的PH值；

10.酸性磷类萃取剂主要有哪些？

它们的酸性及萃取稀土的能力如何？

为什么？

答：

P204>P507

P507比P204少一个烷氧基（OR），由于R基团的推电子效益，使P507上的H+难以释放出来，即酸性比P204弱，从而对金属的萃取能力也相应降低。

11.按P204的萃取能力来分，可将稀土分为哪几类，各有什么元素？

答：

轻稀土：

La、Ce、Pr、Nd；

中稀土：

Sm、Eu、Gd；

重稀土：

Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y；

12.串级萃取的操作方式有哪些？

各有什么特点？

答：

错流萃取：

设备简单，操作简单，但操作不连续化

有机相没有充分利用，耗量大，有机相处理工作量大

可获得纯B产品，但收率不高

逆流萃取：

操作连续，易实现自动化

有机相得到充分利用，用量减少

可获得纯B产品，收率仍然不高，不能同时获得高纯度高收率的A和B产品

分馏萃取：

两端可同时获得高纯度，高收率的A和B产品，最容易实现萃取工艺最优化。

回流萃取：

缩短了从启动到生产合格产品的时间，保证稀土分离试剂多中不出不合格的中间产品，分离效果好，有利于提高PA、PB，但产量低。

13.萃取和离子交换中一些常用的参数有哪些？

其物理意义如何？

答：

萃取：

分配比D：

表示物质萃取的难易程度；

萃取比E：

表示有机相与水相稀土的量之比；

萃取百分率q：

表示被萃取物在有机相中的总量与在两相中的总量之比；

分离系数B：

表示两种元素自水相转移到有机相的难易程度的差别；

饱和容量S：

表示单位体积的萃取剂所能萃取稀土的最大量。

离子交换：

分离系数B：

表示两种元素自水相转移到有机相的难易程度的差别；

理论塔板数：

把络合剂从树脂上洗下来所需要的树脂层数；

理论塔板高度：

每个理论塔板的高度。

14.取含La、Pr的混合稀土料液浓度为200g/L（其中La占50%）的料液10ml，有机相40ml进行单级萃取，分析平衡水相中La和Pr的浓度分别为48g/L和18g/L。

（1）分别计算La和Pr的分配比、萃取比、萃取百分率以及La和Pr的分离系数。

（2）分别计算水相中La的纯度和有机相中Pr的纯度

15.常用的萃取剂有哪些？

如何分类？

答：

根据萃取机构特征，一般可将萃取剂分为以下五类：

（1）含氧萃取剂：

MIBK、乙醚；

（2）中性磷型萃取剂：

TBP、P350、TOPO；

（3）酸性磷型萃取剂：

P204、P350；

（4）螯合萃取剂及羧酸萃取剂：

脂肪酸、异构酸、环烷酸；

（5）胺类萃取剂：

伯胺（RNH2），仲胺（R2NH），叔胺（R3N），季胺盐（R4NX）；

16.影响稀土萃取的主要因素有哪些？

如何影响|？

答：

（1）萃取剂的浓度：

浓度过高易萃组分A的纯度下降，反之，A的收率下降；

（2）水相酸度：

酸度降低有利于萃取；

（3）金属离子：

浓度升高有利于萃取；

（4）料液中阴离子的影响：

某些阴离子会与RE3+形成络合物，从而降低稀土的分配比；

（5）盐析剂：

合理的盐析剂与难萃组分结合，从而，促进萃取分离；

（6）稀释剂：

改善油性的物理性能及控制萃取剂的萃取能力；

（7）温度的影响：

通常萃取反应是放热的，因此温度升高不利于萃取；

（8）相比：

相比越大，萃取能力越大。

17.何为PH1/2值？

写出推到过程。

答：

定义：

当D=1、R=1时，溶液的酸度；金属离子量被萃取到一半时的酸度。

推倒：

LgD=LgK+3Lg（HA2）+3PH

D=1LgD=0=LgK+Lg（HA2）+3PH1/2

PH1/2=-1/3LgK—Lg（HA2）LgD=3（PH—PH1/2）

18.恒定混合萃取比体系有何特点？

答：

（1）除有机相出口级外，其余各级有机相中稀土浓度是恒定的，其值为萃取稀土的饱和容量；

（2）除水相出口级外，萃取段和洗涤段的水相稀土浓度分别恒定；

（3）萃取段和洗涤段平衡水相PH值，除水相和有机相出口级外都是恒定的。

19.环烷酸提钇的原理是什么？

写出环烷酸提钇萃取体系才组成及主要反应。

答：

原理：

钇比其他稀土更难萃，且随着PH的增加，各非钇稀土的分配比增幅比钇大。

因此，提高PH有利于分离，任何PH值时，DY最小。

钇的PH1/2比其他稀土的PH1/2都大，所以钇最难萃取。

因此，可以通过控制一定的PH值和萃取率，将钇留在水相，其余稀土萃如有机相，从而达到萃取提钇的目的。

体系组成：

20%环烷酸+20%长链醇+60%磺化煤油。

主要反应：

HA+NH4OH=NH4A+H2O（皂化反应）

3NH4A+RE3+=REA3+3H+主（萃取反应）

3HA+RE3+=REA3+3H+副（萃取反应）

BA3+RE3+=REA3+B3+（交换反应）

BA3+3H+=B3++3HA（洗涤反应）

REA3+3H+=RE3++3HA（反萃反应）

20.氧化还原法分离稀土主要对象是哪些？

分离理论基础是什么？

对象：

铈、钐、铕、镱

理论基础：

基于某些三价稀土元素可以氧化为四价或还原为二价后与其他三价稀土元素在性质上有明显差异，因而，可以利用这些差异分离提纯这种变价元素。

21.沉淀稀土常用的试剂有哪些？

各有什么特点？

P279

碱金属钠、钾或铵的稀土硫酸复盐；草酸

22.举例说明乳状液膜分离富集稀土的过程。

P276

23.离子交换树脂有哪几部分组成？

离子交换主要包括哪几个步骤？

答：

组成：

高分子部分、交换剂部分

步骤：

吸附、淋洗、解吸。

24.试计算采用离子交换法每一周期处理20kg稀土氧化物（平均分子量为REO3/2=165）需要

多大吸附柱？

D=3.391H=33.91

（设树脂的交换容量为1*10-3mol/g干树脂，湿树脂含水45%，湿视密度Da=0.8g/ml，吸附柱填充率为90%，取操作交换容量为总交换容量的90%，吸附柱的高径比H/D=10/1）

25.什么是稀土电解的电流效率？

影响电流效率的主要因素是什么？

如何影响？

答：

稀土的电流效率是指实际金属产量与理论金属产量的比值。

P287

影响因素：

（1）电解温度电解温度过高时，金属在电解质中溶解度及与电解质的二次反应增加，同时电解质的循环或对流也加剧，造成部分已被还原的低价稀土离子或金属雾在阳极氧化，使得电流效率降低。

电解温度过低是，熔体粘度增大，金属珠在阴极聚集不良，金属容易被循环的熔体带到阳极区被阳极气体氧化，因而降低电流效率。

（2）电解质组成电解质中稀土浓度过低时，将有K+（或Na+、Ca2+）与稀土共同析出，降低电流效率。

若稀土浓度过高，则熔体粘度和电阻增大，稀土金属与电解质不易分离，在熔体中金属损失大，同时阳极气体逸出困难，这些都导致电流效率降低。

（3）电流密度适当提高阴极电流密度DK，可加快稀土金属的析出速度，因而相对地减少金属在熔体的溶解损失及二次反应。

但DK过大时，造成电解质中其它阳离子的析出，以及导致阴极区甚至真个熔盐过热使金属的溶解损失和二次反应增加。

同时还造成电能效率降低。

（4）极距适当增加极距可减少因熔体循环导致金属在阳极区的氧化，但极距过大时，因熔体电阻大而导致局部过热。

当极距过小时，熔体的循环加剧，被溶解的金属和未完全放电的低价金属离子容易在阳极区氧化。

（5）氯化稀土中的水分减压加热脱水制备的无水氯化稀土一般仍含有约5%的水分。

在电解时它会与氯化稀土及金属生产REOCl或ER2O3，致使电解过程中形成泥渣。

这不仅使电流效率降低，而且REOCl和ER2O3分散在电解质中或覆盖在金属表面，使金属呈分散状难凝聚。

同时由于ERCl3水解生成的HCl使电解尾气中HCl含量增加，严重腐蚀设备。

（6）电解质中杂质碳碳与稀土金属作用生成高熔点的稀土碳化物，妨碍金属凝聚，致使大量金属珠被氧化损失。

（7）电解槽结构一个合理的电解槽应当结果简单、操作方便，阴阳极结构和配置合理，电流分布均匀，电解质循环好，有利于清渣和阳极气体逸出等。

26.熔盐电解法生成稀土合金主要有哪些方法，并简述其过程。

答：

液态阴极电解法、共析电解法、固态自耗阴极电解法

27.在含易萃组分A和难萃组分B的分馏萃取中，已知料液的质量为A:

20mol/min，B:

10mol/min，水相出口的质量流量为A:

2mol/LB:

9mol/L，试求A，B的收率。