综合评述

  • 基于过渡金属离子Mn~(4+),Cr~(3+)的长波长余辉发光材料的研究进展

    王颖达;吕鸿宇;王超;田书宇;蔡忆雨;刘志超;余雪;游昕;邱建备;徐旭辉;

    区别于稀土离子掺杂长波长余辉发光材料,过渡金属离子掺杂长波(600~1300 nm)长余辉发光材料因其稳定高效的宽带发光被应用于生物成像和药物输送等领域,特别是在生物成像领域被广泛研究。近年来,这一领域的基础研究和应用探索取得了长足的进步,但余辉性能仍然有待提高。主要以发光中心离子为线索总结了近年来报道的过渡金属离子掺杂长波长余辉发光材料,讨论了其余辉性能的优化途径,并介绍了过渡金属离子掺杂长波长余辉发光纳米探针在生物医学领域的应用。最后,对目前相关研究的发展前景进行了展望。

    2021年05期 v.39;No.193 663-681页 [查看摘要][在线阅读][下载 1799K]
  • 稀土元素掺杂锂离子固态电解质的研究进展

    林碧霞;林小燕;邢震宇;

    相对于锂离子电池易漏易挥发易燃烧的有机液态电解质而言,固态电解质由于不可燃、无副反应、电化学窗口较宽和电化学性能稳定等优点,开始受到关注。但是,较高的晶界阻抗和较低的离子电导率限制了固态电解质的进一步发展。基于稀土元素在改善固态电解质结构和性能的独特机制,近年来稀土元素掺杂的锂离子固态电解质成为当下的研究热点。本文旨在通过回顾稀土元素掺杂的石榴石型电解质、硫化物型电解质、NASICON型电解质、钙钛矿型电解质和聚合物电解质的研究进展,阐述稀土元素掺杂固态电解质的改性机制,包括结构改善、形貌修饰和空位优化等,为固态电解质的进一步发展提供新的研究思路。

    2021年05期 v.39;No.193 682-697页 [查看摘要][在线阅读][下载 1325K]
  • 稀土改性ZnO应用及研究进展

    唐洋洋;李林波;王超;杨潘;杨柳;

    ZnO具有光催化活性、强光敏性等优点被广泛关注,但是ZnO使用中存在诸多局限性,如宽禁带、不可吸收可见光、光催化效率降低等。稀土元素加入ZnO中可改变改善ZnO的电导率、光学、发光、磁性等物理性质,重点阐述了稀土掺杂ZnO材料应用现状,包括磁半导体、太阳能电池、气体传感器、发光材料、光催化剂和生物系统等。综述不同稀土元素修饰改性ZnO研究进展并给出相关建议,La掺杂ZnO可将光吸收范围拓宽到可见光区域,非均相半导体-离子复合材料有望实现多功能光催化剂的制备;Ce掺杂ZnO应深入机制研究或采用共掺杂等工艺提高光催化活性;掺Er的ZnO纳米管通过刺激Er离子的特征辐射制备绿色发光二极管;Sm可敏化材料的光致发光性,掺Sm的ZnO具有优异的性能,未来应扩大Sm应用领域并提高稀土利用率;Nd掺杂ZnO的研究应集中在铁磁性及抗菌活性,并进一步表征反应机制;开发应用于氢能和环境减排的高性能光催化剂、气体传感器或太阳能电池、薄膜晶体管等光电器件;建立性能设计和组装的数据库,降低成本并实现工业化生产。

    2021年05期 v.39;No.193 698-710页 [查看摘要][在线阅读][下载 991K]
  • 稀土精矿冶炼过程放射性元素迁移分布规律

    笪宗扬;马莹;郭咏梅;丁艳蓉;张文娟;赵永志;

    中国稀土资源储量巨大,但多为天然放射性核素伴生矿,放射性污染问题一直以来都是关注的焦点。随着稀土矿石的开发利用,这些放射性核素随之迁移,扩散,重新分布和富集,并随着稀土矿冶炼过程产生的三废进入到环境中,处理不当就会成为严重的环境污染问题,也会造成资源的浪费。放射性核素是核能发展中的重要元素,为了更好地利用处置放射性核素,应该清楚这些核素的迁移、分布和富集过程和规律。通过实地调研,考察和查阅大量文献,总结出几大稀土矿主流冶炼工艺过程中放射性元素的迁移分布规律和富集过程。结果表明:几大稀土矿虽然冶炼工艺不同,但其中放射性元素90%左右迁移、富集到冶炼废渣中,剩余少部分分布到废水、废气及产品中。因此,需要加大稀土矿冶炼新工艺的研究及现行工艺的技术改造,从源头解决放射性废渣的污染和堆存问题;研究开发现存的冶炼废渣中稀土、钍(铀)等有价元素回收利用工艺,实现废渣减量化、资源化和无害化。

    2021年05期 v.39;No.193 711-722页 [查看摘要][在线阅读][下载 1075K]
  • 浅谈腾冲地块与稀土矿有关的岩浆岩成矿专属性

    明添学;杨清标;唐忠;杨爱平;张传昱;余海军;

    目前,腾冲地块已初显国家级稀土矿战略后备基地雏形,但整体研究程度仍偏低,稀土矿床的成矿规律、成矿模式等方面的研究趋于空白。在前人研究的基础上,结合近年稀土矿勘查工作成果,通过研究腾冲地块不同时代、不同岩性的岩浆岩与稀土矿产出关系,取得以下认识:腾冲地块稀土矿床(点)成矿母岩时代有三叠纪(印支期)、白垩纪(燕山期)、古近纪和第四纪(喜马拉雅期),以古近纪(喜马拉雅期)为主;岩石类型有二长花岗岩、花岗斑岩、钾长花岗岩、英云闪长岩等,以二长花岗岩为主;成矿母岩都具有高硅(68%~78%)、富铝(12%~15%)、富碱(W_B(K_2O+Na_2O)值7.5%~10.6%,多数大于8%)、富钾(钾大于钠)特征,且稀土元素丰度较高;以轻稀土矿为主,仅有个别重稀土矿。腾冲地块发育有轻稀土矿与重稀土矿成矿母岩,具有得天独厚的稀土成矿条件,仍具有较大的找矿潜力。在今后地质工作中,应提高重视加强对稀土矿找矿勘查工作,尤其是古近纪岩体分布区、重稀土矿成矿母岩分布区,如陇川—盈江、新岐、古永地区。同时,对已发现的锡矿、铁矿等矿床,综合评价其花岗岩风化壳型稀土矿。

    2021年05期 v.39;No.193 723-733页 [查看摘要][在线阅读][下载 933K]

稀土发光

  • Lu_2O_3:Dy和Lu_2O_2S:Dy荧光粉体的合成与发光特性

    许鑫鑫;陈红兵;任桂平;吕滨;

    以NH_4HCO_3为沉淀剂,采用简易的化学共沉淀法合成了非晶态前驱沉淀物,前驱体在空气中煅烧获得了立方Lu_2O_3:Dy氧化物荧光粉,再在还原性气氛下对该氧化物进行硫化处理获得了六方Lu_2O_2S:Dy硫氧化物荧光粉。Lu_2O_3:Dy和Lu_2O_2S:Dy荧光粉分别为纳米级类球状和无规则二维板片状。光谱分析结果表明,Lu_2O_3:Dy荧光粉呈黄绿光的发射,这源自Dy~(3+)离子4f~9电子组态内~4F_(9/2)→~6H_(15/2),~6H_(13/2)的电子跃迁,其CIE颜色坐标为(0.34,0.46);Lu_2O_2S:Dy荧光粉则呈现出强烈的蓝、绿、黄及红光发射,分别来源于Dy~(3+)离子的~4F_(9/2)→~6H_(15/2),~6H_(13/2),~6H_(11/2)及~4G_(11/2)→~6H_(13/2)电子跃迁,其1931CIE颜色坐标为(0.40,0.43)。在Lu_2O_3和Lu_2O_2S晶格中Dy~(3+)离子的最佳掺杂浓度分别为0.05%和1.0%(原子分数),这两个体系的荧光猝灭均是由于Dy~(3+)→Dy~(3+)之间能量互递作用导致的。相比于Lu_2O_3:Dy氧化物荧光粉,Lu_2O_2S:Dy硫氧化物荧光粉有更高的发射及激发强度、更大的外量子效率和更短的荧光寿命。

    2021年05期 v.39;No.193 734-741页 [查看摘要][在线阅读][下载 1129K]
  • X射线激发NaGdF_4:Tb~(3+),Eu~(3+)的光谱及能量传递性质研究

    兰斌;李拓;于简;高鹏;雷婷伟;张文立;卢虹冰;

    采用溶剂热法合成了Tb~(3+)-Eu~(3+)共掺杂的NaGdF_4纳米晶,透射电镜显示所得样品是半径为7.24~9.92 nm的类球形颗粒,X射线衍射分析其为六方相的NaGdF_4,X射线激发下的发射光谱表明,Tb~(3+)和Eu~(3+)的掺杂比例对材料发光性质有明显影响,并进一步探讨了Tb~(3+)→Eu~(3+)的能量传递过程。当15%Tb~(3+)与9%Eu~(3+)共掺杂时,616 nm处的红光发射最强,此时Tb~(3+)→Eu~(3+)的能量传递效率可达88.42%。最后对材料表面改性并耦合光敏剂,在X线激发下进行了仿体成像以及单态氧产生率测试,结果表明材料能够持续稳定产生单线态氧,并且其616 nm处发光强度足够穿透仿体实现靶向成像,因此材料在生物医学领域具有极大的应用潜力。

    2021年05期 v.39;No.193 742-749页 [查看摘要][在线阅读][下载 1247K]

稀土催化

  • CeO_2对钒基催化剂NH_3-SCR反应性能的影响

    蒋旻;邵迅哲;王丽;韩玉峰;郭耘;

    氮氧化物(NO_x)是一种主要的大气污染物,采用氨选择性催化还原(NH_3-SCR)是实现NO_x排放控制的最有效手段。以V_2O_5/TiO_2为研究对象,通过引入CeO_2对其结构及表面性质进行改性,显著提高了V_2O_5/TiO_2催化剂的NH_3-SCR反应性能,其中1%(质量分数)V_2O_5/Ce_(0.1)Ti_(0.9)O_2催化剂在180~470℃内NO_x的转化率在80%以上,具有较宽的温度操作窗口和良好的抗硫稳定性。表征结果表明:CeO_2的引入可抑制TiO_2晶体的长大,产生更多的结构畸变,并显著增大催化剂的比表面积。V和Ce物种之间的相互作用促进了催化剂表面V~(5+)物种的形成,增强了催化剂对NO的吸附和氧化能力,并提供较多的弱和中等强度的酸性位,导致其低温SCR反应性能的显著升高;但同时表面强酸中心数量的减少以及NH_3非选择性氧化能力的升高,使其高温区SCR的活性明显降低。

    2021年05期 v.39;No.193 750-758页 [查看摘要][在线阅读][下载 1177K]

稀土化学与湿法冶金

  • 从钙热还原氟化稀土渣中提取稀土热力学分析

    刘玉城;梁勇;刘道斌;汤浩;

    在已有较优直接酸浸和碱处理(碱煮、焙烧)-酸浸工艺条件下,对钙热还原稀土渣(简称稀土渣)进行酸浸热力学理论分析,应用X射线多晶衍射仪(XRD)分析碱处理过程物相变化,应用扫描电镜型附带的能谱仪(SEM+EDS)对碱煮的样品进行线性扫描和元素分析。热力学理论计算和实验结果均表明:碱煮条件下,氟化稀土能转化为氢氧化稀土;碱性添加剂焙烧条件下,氟化稀土能转化为氧化稀土,但NaOH,Na_2CO_3焙烧-酸浸工艺稀土却不能完全浸出,原因是酸浸过程CaF_2对稀土浸出影响大。此外,碱煮-酸浸的稀土提取率低,原因是碱煮时新生成的氢氧化稀土"包裹"了氟化稀土,阻碍了氟化稀土进一步碱转。在与添加Na_2SiO_3焙烧方面,Na_2SiO_3焙烧处理能削减CaF_2对稀土浸出的影响,使稀土接近完全浸出,因为酸浸Na_2SiO_3焙烧产物将生成偏硅酸和SiF~(6-)络合物,[SiF_6]~(2-)络合物的生成结合了CaF_2中大量的F-,同时抑制了稀土离子对CaF_2的解离作用,促进了稀土的浸出。此时,溶液中CaF_2固体与Ca~(2+),[SiF_6]~(2-)和稀土离子共存达到新的平衡。

    2021年05期 v.39;No.193 759-765页 [查看摘要][在线阅读][下载 1142K]

稀土金属学与火法冶金

  • 高纯镱晶间杂质组成及形成原因研究

    崔红兵;张茂彩;王誉;刘玉宝;辛博;

    高纯度稀土金属Yb靶材在气相沉积镀膜领域具有广泛应用,但目前还原-蒸馏法制备的Yb中弥散分布的黑色杂质严重影响了镀膜膜层的质量。采用XRD,SEM,EDS和碳硫分析仪等检测手段对Yb中黑色杂质的组成和形貌特征进行研究,结果表明杂质是以颗粒形式赋存于晶界的稀土氢化物。稀土氢化物杂质中的H主要由被污染的还原剂La以稀土氢化物和吸附水分子的形式带入反应器,其含量与温度、湿度等环境状态因素密切相关。此外,针对带有黑点的不合格Yb也提出了对应的解决策略,该研究为生产高质量的稀土金属Yb提供了技术保障。

    2021年05期 v.39;No.193 766-774页 [查看摘要][在线阅读][下载 1433K]

稀土应用

  • 含铈重轨钢珠光体组织对抗大气腐蚀的影响

    焦海东;刘丽霞;彭军;别中华;张芳;王晓丽;郑丽丽;

    通过向重轨钢中添加Ce来改变重轨钢组织,研究其组织对抗大气腐蚀的影响。用中频感应炉冶炼实验用U71Mn,轧制后空冷。SEM测量了实验钢的珠光体片层距,在浓度为(1.0±0.05)×10~(-2)mol·L~(-1)的NaHSO3溶液中模拟了工业大气环境下实验钢的腐蚀,利用热力学计算、失重率、SEM、XRD和电化学方法研究了珠光体组织对抗大气腐蚀的影响。经过热力学计算,含Ce的U71Mn在1600~800℃析出的主要物相Ce_2O_2S,从而减少了MnS的析出,减少了钢中的有害夹杂析出。随着Ce加入量的增加,U71Mn钢珠光体片层间距先减小后增加,在40×10~(-6)时珠光体片层间距达到最小值0.2480μm。随着腐蚀周期的增加,失重量增加,在腐蚀的后期失重速率基本恒定,失重与时间呈线性关系,斜率分别为1.3755,1.0008,1.3396 g·(m~2·h)~(-1)。加入40×10~(-6)Ce和加入80×10~(-6)Ce相比与不含Ce的U71Mn钢耐腐蚀性能分别提升了12.50%和10.4%。电化学实验分别加入铈0,40×10~(-6),80×10~(-6)的三个样品在第五周期的电流分别为1.93×10~(-4),3.71×10~(-9),2.01×10~(-7)A。XRD物相半定量分析三组样品的稳定产物和不稳定产物的比值分别为0.670,1.625,1.110。对腐蚀样品的表面形貌进行分析,在腐蚀样品的表面均为花状γ-FeOOH,加入40×10~(-6)Ce的晶粒最大,不含Ce的U71Mn钢最小,加入80×10~(-6)Ce居中。

    2021年05期 v.39;No.193 775-785页 [查看摘要][在线阅读][下载 1140K]

稀土地矿

  • 贵州西部峨眉山玄武岩风化壳稀土元素迁移富集规律研究

    张海;郭佩佩;

    通过野外地质调查、样品采集和ICP-MS分析等方法,运用地质学和地球化学理论,对贵州西部峨眉山玄武岩风化壳稀土元素迁移富集规律进行研究。研究结果表明:峨眉山玄武岩风化壳剖面垂向上,各稀土元素氧化物含量变化曲线呈"D"字型,浸出率呈上陡下缓"单齿"状曲线。在全风化-半风化层中,各稀土元素整体富集,而亚黏土层中,仅Yb,Lu,Ce三个元素富集。全风化-半风化层中,稀土元素氧化物总量变化范围847~1146×10~(-6),平均品位为973×10~(-6),浸出率变化范围15.2~45.2×10~(-2),平均浸出率为26.3×10-2。各稀土元素氧化物浸出率一般20%~70%,轻、中、重稀土氧化物总量平均浸出率分别为25.5%,33.0%及24.3%。Ce,Nd,La,Y四个元素氧化物总量及其浸出量分别平均占比稀土元素氧化物总量的76.3%和71.1%,因而,贵州西部峨眉山玄武岩风化壳型稀土资源,主要为富Ce-Nd-La-Y型。此研究结果对扩大我国稀土矿源具有重要的意义。

    2021年05期 v.39;No.193 786-795页 [查看摘要][在线阅读][下载 1378K]
  • 白云鄂博选铁尾矿稀土的工艺矿物学研究

    秦玉芳;李娜;王其伟;马莹;

    采用偏光显微镜、矿物自动定量分析系统(AMICS)、扫描电子显微镜、能谱分析仪结合化学分析等分析手段对白云鄂博选铁尾矿的化学组成、矿物组成,稀土矿物嵌布特征、稀土元素赋存状态等进行研究。结果表明:原矿中稀土的含量(REO)为11.83%(质量分数),稀土矿物主要为氟碳铈矿和独居石,脉石矿物主要有白云石、方解石、石英、长石、闪石、辉石、云母、重晶石和磷灰石等;稀土矿物嵌布粒度细小,氟碳铈矿与独居石单体解离度分别为67.72%,56.17%,与脉石矿物嵌布关系极为复杂,大部分氟碳铈矿连生体以毗邻型与脉石矿物构成简单连生体,少量的氟碳铈矿以壳层型、包裹型与脉石矿物构成复杂多相连生体,独居石的连生较氟碳铈矿更为复杂;约95%的稀土元素分配在稀土矿物中,仅有约5%的稀土以类质同象或细小包裹体分散在其他矿物中。氟碳铈矿稀土元素分布率普遍高于独居石。

    2021年05期 v.39;No.193 796-804页 [查看摘要][在线阅读][下载 1121K]
  • 云南鹤庆盆地岩溶地下水稀土元素地球化学特征

    樊连杰;邹胜章;解庆林;卢丽;林永生;裴建国;

    为揭示云南鹤庆盆地岩溶地下水中稀土元素地球化学特征,对该盆地内主要岩溶泉水和地下河水样进行了水化学常规指标测试和稀土元素测试,分析研究了该地区地下水中稀土元素质量浓度、配分模式以及分异特征和影响因素。结果表明:由于含水岩组的截然不同,造成盆地东部岩溶地下水比西部岩溶地下水ΣREE质量浓度高,该地区岩溶地下水中ΣREE浓度与Eh,HCO_3~-,Ca~(2+)有负相关性,与pH,DO,Fe和Mn有较好的正相关关系,高含量HCO_3~-和Ca~(2+)在一定程度上制约了REE在水中的溶解,铁锰氧化物矿物的还原性溶解是REE进入地下水的主要途径。地下水中LREE有富集、有亏损,还有部分既不富集也不亏损,盆地东部地区地下水中HREE富集程度远远大于西部地区地下水。该地区岩溶地下水表现出明显的Ce负异常和Eu正异常,可能与含水岩组岩性和还原环境有关,同时高Ca~(2+)和HCO_3~-的环境中,Eu~(2+)更容易被释放出来进入地下水中。在地下河管道中,地下水经过长距离的地下径流后,地下河出口∑REE质量浓度高于岩溶泉水,且与入口相比,出口地下水中轻稀土富集和Eu正异常有所增强,Ce负异常程度减少。

    2021年05期 v.39;No.193 805-815页 [查看摘要][在线阅读][下载 1337K]
  • 河南省董家埝银矿稀土元素地球化学特征及地质意义

    白德胜;纵瑞;张凯涛;董旭舟;杨睿娜;

    为研究董家埝银矿稀土元素组成特征及其地质意义,对矿区岩浆岩、地层、构造角砾岩、蚀变岩及银矿石等的稀土元素进行了ICP-MS分析测试。从沉积岩系→片麻岩→构造角砾岩→小河花岗岩→银矿石→蚀变花岗质碎裂岩→闪长岩、辉绿岩,ΣREE逐渐增加,显示了成矿流体对岩浆岩、地层的淋滤改造作用。各类岩矿石的Y/Ho比值均与球粒陨石接近,且在La/Ho-Y/Ho图解上呈近水平分布,表明它们之间具有同源性,存在一定的成因联系。银矿石的稀土元素可分为两组:一组表现为Eu正异常和Ce负异常,反映了原始成矿热液稀土元素特征,指示成矿流体有具相对高温和相对还原的流体特征,且在成矿过程中可能有海水参与;另一组银矿石表现出Eu负异常和Ce负异常,为岩浆热液叠加改造的反映。综合分析认为,董家埝银矿属于中高温裂隙填充型矿床。

    2021年05期 v.39;No.193 816-826页 [查看摘要][在线阅读][下载 1144K]
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