離子型稀土礦是我國獨有的一種極具戰(zhàn)略價值的稀土礦資源,其中的稀土元素主要以水合或羥基水合物形式吸附在高嶺石等黏土礦物表面,采用一定濃度的電解質(zhì)溶液即可將其中的稀土離子交換和淋洗下來。雖然離子型稀土礦資源被發(fā)現(xiàn)至今已經(jīng)歷了數(shù)十年的開采利用,但目前學者們對稀土元素在黏土礦物表面的賦存狀態(tài)還不明確,稀土水合離子的結構與性質(zhì)及其在黏土礦物表面的微觀吸附結構,以及黏土礦物內(nèi)部普遍存在的雜質(zhì)缺陷對其吸附稀土水合物的影響等諸多問題均存在爭議,這些問題的存在一定程度上制約了離子型稀土礦的高效開采利用。本文采用基于平面波贗勢密度泛函理論的第一性原理方法,考察了鎂、鈣、釩、鐵和鎵等5種常見雜質(zhì)缺陷對高嶺石（001）鋁羥基面電子結構和性質(zhì)的影響;研究了La（Ⅲ）、Lu（Ⅲ）和Y（Ⅲ）離子的水合、一羥基水合和二羥基水合物的配位結構與性質(zhì),并研究了它們在高嶺石（001）表面的外層和內(nèi)層吸附機理,考察了鎂、鈣、釩、鐵和鎵缺陷對內(nèi)層吸附行為的影響規(guī)律。主要研究結果如下:（1）高嶺石理想（001）鋁羥基面態(tài)密度在費米能級附近主要由2p軌道貢獻;鎂和鈣雜質(zhì)缺陷增強了高嶺石表面的共價性,明顯增強了表面2p軌道在費米能級處... 

【文章來源】：江西理工大學江西省

【文章頁數(shù)】：173 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

×2×1高嶺石超晶胞的理想模型（左：正視圖；右：俯視圖）

2.2 理想高嶺石（001）鋁羥基面的電子結構與性質(zhì)2.2.1 表面結構的馳豫圖 2.3 顯示了高嶺石（001）鋁羥基面結構優(yōu)化前后的構型，表 2.3 列出了優(yōu)化前后高嶺石表面 O、H 和 Al 原子的位移情況。由圖 2.3 可以看出，高嶺石（001）鋁羥基面結構優(yōu)化后存在較明顯的馳豫現(xiàn)象，其中表面羥基上的 H 原子變化最明顯。結構優(yōu)化前，高嶺石表面的羥基均保持“直立”狀態(tài)，優(yōu)化后，羥基分為“平躺（lying）”、“傾斜（tilted）”和“直立（up）”三種狀態(tài)有序排布。此外，高嶺石晶體內(nèi)部的羥基的 H 原子也明顯由“平躺”狀態(tài)變?yōu)橄虻讓印皟A斜”的狀態(tài)。從表2.3 可知，結構優(yōu)化對高嶺石表面羥基 O 原子和 Al 原子的影響很小，其中朝 y 方向正向移動稍多，而幾乎不影響 x 和 z 方向坐標；結構優(yōu)化對表面羥基 H 原子影響最大，最終形成“平躺”、“傾斜”和“直立”三種狀態(tài)。

【參考文獻】：
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本文編號：2960459