稀土矿物资源与稀土工业概况.docx

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径学海无涯苦作舟页码：第01周：教学内容：稀土元素概述、稀土矿物资源；稀土工业概况稀土元素的提取与分离1.详述稀土及镧系元素与收缩及导致重要结果稀土的发现与命名、稀土的分组。2.稀土元素的丰度及分布特点详述稀土元素的赋存形态及四种主要稀土矿物。3.简述世界及我国稀土工业概况；简述稀土材料的应用现状和发展方向；教学要求：背诵默写16个稀土元素中文名称、化学符号与原子序数；掌握镧系收缩及2个重要结果；了解稀土发现过程与命名、分组；熟悉四种主要稀土矿物及我国的稀土矿物资源稀土功能材料TheFunctionofRareEarthmaterials第1章绪论~稀土元素、资源及其材料应用§1稀土元素概述一.稀土元素(RareEarthElement)用“RE”表示在门捷列夫元素周期表的第六周期的ⅡA族钡(Ba)和ⅣB族铪(Hf)元素之间存在一个系列元素。它们位于第六周期的ⅢB族。它们的特征是在内层的4f轨道内逐一填充电子。也就是原子序数为：57La—→71Lu的15个Ln系元素用符号Ln表示。包括镧La57铈Ce58镨Pr59钕Nd60钷*Pm61钐Sm62铕Eu63钆Gd64铽Tb65镝Dy66钬Ho67铒Er68铥Tm69镱Yb70镥Lu71。共15个元素。(要求背诵并默写所有稀土元素符号)由于Ln3+和同属于ⅢB族的原子序号39Y3+和21Sc3+的特征价态都是+3价。而且由于Ln系元素的Ln3+半径rLn3+随原子序数的增大而发生收缩。使Dy3+和Ho3+的离子半径rLn3+类似于Y3+它们的化学性质很相近而常常共存于矿物中。人们广义上把Sc和Y包括在稀土元素中一共17个。但是Sc元素的化学性质在某些方面类似于Be和Al元素而和其它16个稀土元素差别较大。因此一般谈到稀土元素多数是指除Sc以外的Ln系元素和Y元素。二.Ln系收缩现象Ln系收缩：是指Ln系元素随着原子序数的增加原子半径和离子半径在总的趋势上有所缩小的现象。(从La—→Lu的半径总共只缩小14.3pm左右)。Ln系收缩的结果使金属原子半径从La(187.7pm)到Lu(173.4pm)共缩小14.3pm平均每两个相邻元素之间缩小14.3/14=1pm。+3价离子半径从La3+(106.1pm)到Lu3+(84.8pm)共缩小21.3pm平均每两个相邻元素之间缩小21.3pm/14=1.5pm。虽然两个相邻的Ln元素之间的原子半径缩小的幅度远小于非过渡元素和其它过渡元素但影响极大。表1镧系元素收缩现象导致两个重要的结果第五周期ⅣBⅤBⅥB元素ZrNbMo原子半径pm145134130离子半径pm807062第六周期ⅣBⅤBⅥB元素HfTaW原子半径pm144134130离子半径pm796962Ln系收缩导致两个重要的结果：其一是钇Y3+(88pm)在离子半径的序列中落在铒Er3+(88.1pm)的附近因而使钇在自然界中常与镧系元素共生而成为稀土元素中的一员。其二是使Ln系后面各族过渡元素的原子半径和离子半径分别与相应同族上面一个元素原子半径和离子半径非常接近。例如上表所示。离子半径相近化学性质相似结果造成锆与铪、铌与钽、钼与钨这三对元素在分离上的困难(Ti、Zr、Hf；V、Nb、Ta；Cr、Mo、W)。另外第Ⅷ族中的两排铂系元素(FeRuOs；CoRhIr；NiPdPt)和(CuAgAu)在性质上的极为相似这也是镧系收缩带来的影响。三.稀土元素的发现与命名1787年瑞典人C·A·阿哈留斯(C·A·Arrhenius)在斯德哥尔摩附近的一个叫Ytterby的小镇的采石场中发现一种黑矿石。1794年在Abo大学工作的芬兰化学家J·Gadolin(J·伽铎林)从此矿石中分离出一种新氧化物。为纪念J·Gadolin。1797年有关方面将此矿石命名为Gadolinite(硅铍钇石)。并取该小镇名字的一部分将此氧化物命名为Yttria并随后在该种矿石中陆续发现一系列的Y族元素。1751年A·F·Cronstedt(A·F·格朗斯特)在野外一个采石场中发现了一种份量很重的矿石。1803年德国、瑞典等国的科学家从矿石中分离出一种氧化物为纪念当时发现的一颗行星Ceres(谷神星)将此矿石命名为Cerit(硅铈石)将此氧化物命名为Ceria。并随后从此矿石中陆续发现一系列的铈(Ce)族元素。在18世纪发现的稀土矿物较少当时的科技水平也很难将它们分离成单一元素只能把稀土作为氧化物分离出来。当时习惯于把不溶于水的固体氧化物称为“土”。例如：“Al2O3”称为“陶土”“CaO”称为“碱土”。所以镧系元素的“Ln2O3”称为“稀土”。实践证明：Ln系元素