ويقال أنه فقط من خلال إضافتها يمكن تحسين أداء المادة

يمكن استخدام استهلاك التربة النادرة في بلد ما لتحديد مستواه الصناعي. لا يمكن فصل أي مواد ومكونات ومعدات عالية ودقيقة ومتقدمة عن المعادن النادرة. لماذا يجعل نفس الفولاذ الآخرين أكثر مقاومة للتآكل منك؟ هل هو نفس محور دوران الأدوات الآلية الذي يعتبره الآخرون أكثر متانة ودقة منك؟ وهل هي أيضًا بلورة واحدة يمكن للآخرين أن يصلوا إلى درجة حرارة عالية تصل إلى 1650 درجة مئوية؟ لماذا يحتوي زجاج شخص آخر على معامل انكسار مرتفع؟ لماذا تمكنت تويوتا من تحقيق أعلى كفاءة حرارية للسيارة في العالم بنسبة 41%؟ وترتبط جميعها بتطبيق المعادن النادرة.

المعادن الأرضية النادرة، والمعروفة أيضًا باسم العناصر الأرضية النادرة، وهي مصطلح جماعي لـ 17 عنصرًا من العناصر الأرضية النادرةسكانديوم, الإيتريوم، وسلسلة اللانثانيدات في المجموعة IIIB من الجدول الدوري، ويمثلها عادة R أو RE. يعتبر السكانديوم والإيتريوم من العناصر الأرضية النادرة لأنهما غالبا ما يتواجدان مع عناصر اللانثانيد في الرواسب المعدنية ولهما خصائص كيميائية مماثلة.

على عكس ما يوحي به اسمه، فإن وفرة العناصر الأرضية النادرة (باستثناء البروميثيوم) في القشرة عالية جدًا، حيث يحتل السيريوم المرتبة 25 في وفرة العناصر القشرية، وهو ما يمثل 0.0068٪ (بالقرب من النحاس). ومع ذلك، ونظرًا لخصائصها الجيوكيميائية، نادرًا ما يتم إثراء العناصر الأرضية النادرة إلى مستوى يمكن استغلاله اقتصاديًا. اسم العناصر الأرضية النادرة مشتق من ندرتها. أول معدن أرضي نادر اكتشفه الإنسان هو خام سيليكون بيريليوم الإيتريوم المستخرج من منجم في قرية إيتربي بالسويد، حيث نشأت العديد من أسماء العناصر الأرضية النادرة.

أسمائهم ورموزهم الكيميائية هيSc، Y، La، Ce، Pr، Nd، Pm، Sm، Eu، Gd، Tb، Dy، Ho، Er، Tm، Yb، Yb، وLu. أعدادها الذرية هي 21 (Sc)، 39 (Y)، 57 (La) إلى 71 (Lu).

تاريخ اكتشاف العناصر الأرضية النادرة

في عام 1787، عثر السويدي CA Arrhenius على خام أسود من معدن أرضي نادر غير عادي في بلدة يتربي الصغيرة بالقرب من ستوكهولم. في عام 1794، عزل الفنلندي ج.جادولين مادة جديدة منه. وبعد ثلاث سنوات (1797)، أكد السويدي إيه جي إيكبيرج هذا الاكتشاف وأطلق على المادة الجديدة اسم ياتريا (أرض الإيتريوم) على اسم المكان الذي تم اكتشافها فيه. في وقت لاحق، في ذكرى الجادولينيت، تم تسمية هذا النوع من الخام بالجادولينيت. في عام 1803، اكتشف الكيميائيون الألمان MH Klaproth، والكيميائيون السويديون JJ Berzelius، وW. Hisinger مادة جديدة - السيريا - من خام (خام سيليكات السيريوم). في عام 1839، اكتشف السويدي سي جي موساندر اللانثانم. وفي عام 1843، اكتشف موسندر التيربيوم والإربيوم مرة أخرى. في عام 1878، اكتشف ماريناك السويسري الإيتربيوم. وفي عام 1879، اكتشف الفرنسيون السماريوم، واكتشف السويديون الهولميوم والثوليوم، واكتشف السويديون السكانديوم. في عام 1880، اكتشف ماريناك السويسري الجادولينيوم. في عام 1885، اكتشف النمساوي أ. فون فيلس باخ البراسيوديميوم والنيوديميوم. في عام 1886، اكتشف بوفابادراند الديسبروسيوم. في عام 1901، اكتشف الرجل الفرنسي EA Demarcay اليوروبيوم. في عام 1907، اكتشف الرجل الفرنسي ج. أوربان اللوتيتيوم. في عام 1947، حصل أمريكيون مثل جي إيه مارينسكي على البروميثيوم من منتجات انشطار اليورانيوم. استغرق الأمر أكثر من 150 عامًا، بدءًا من فصل تراب الإيتريوم بواسطة غادولين في عام 1794 وحتى إنتاج البروميثيوم في عام 1947.

تطبيق العناصر الأرضية النادرة

العناصر الأرضية النادرةتُعرف باسم "الفيتامينات الصناعية" ولها خصائص مغناطيسية وبصرية وكهربائية ممتازة لا يمكن الاستغناء عنها، وتلعب دورًا كبيرًا في تحسين أداء المنتج وزيادة تنوع المنتج وتحسين كفاءة الإنتاج. نظرًا لتأثيرها الكبير وجرعتها المنخفضة، أصبحت الأتربة النادرة عنصرًا مهمًا في تحسين هيكل المنتج، وزيادة المحتوى التكنولوجي، وتعزيز التقدم التكنولوجي في الصناعة. لقد تم استخدامها على نطاق واسع في مجالات مثل المعادن والجيش والبتروكيماويات والسيراميك الزجاجي والزراعة والمواد الجديدة.

الصناعة المعدنية

الأرض النادرةتم تطبيقه في مجال المعادن لأكثر من 30 عامًا، وشكلت تقنيات وعمليات ناضجة نسبيًا. يعد تطبيق الأتربة النادرة في الفولاذ والمعادن غير الحديدية مجالًا كبيرًا وواسع النطاق وله آفاق واسعة. يمكن أن تلعب إضافة المعادن الأرضية النادرة والفلوريدات ومبيدات السيليكات إلى الفولاذ دورًا في التكرير وإزالة الكبريت وتحييد الشوائب الضارة ذات نقطة الانصهار المنخفضة وتحسين أداء معالجة الفولاذ؛ يتم استخدام سبائك حديد السيليكون الأرضية النادرة وسبائك مغنيسيوم السيليكون الأرضية النادرة كعوامل كروية لإنتاج حديد الدكتايل الأرضي النادر. نظرًا لملاءمتها الخاصة لإنتاج أجزاء حديد الدكتايل المعقدة ذات المتطلبات الخاصة، فإن هذا النوع من حديد الدكتايل يستخدم على نطاق واسع في الصناعات التحويلية الميكانيكية مثل السيارات والجرارات ومحركات الديزل؛ يمكن أن تؤدي إضافة المعادن الأرضية النادرة إلى السبائك غير الحديدية مثل المغنيسيوم والألومنيوم والنحاس والزنك والنيكل إلى تحسين الخواص الفيزيائية والكيميائية للسبائك، فضلاً عن تعزيز درجة حرارة الغرفة والخواص الميكانيكية لدرجات الحرارة العالية.
المجال العسكري

نظرًا لخصائصها الفيزيائية الممتازة مثل الكهروضوئية والمغناطيسية، يمكن للأتربة النادرة أن تشكل مجموعة واسعة من المواد الجديدة بخصائص مختلفة وتحسن بشكل كبير جودة وأداء المنتجات الأخرى. ولذلك، فإنه يعرف باسم "الذهب الصناعي". أولاً، يمكن أن تؤدي إضافة العناصر الأرضية النادرة إلى تحسين الأداء التكتيكي للصلب وسبائك الألومنيوم وسبائك المغنيسيوم وسبائك التيتانيوم بشكل كبير المستخدمة في تصنيع الدبابات والطائرات والصواريخ. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا استخدام الأتربة النادرة كمواد تشحيم للعديد من تطبيقات التكنولوجيا المتقدمة مثل الإلكترونيات والليزر والصناعة النووية والموصلية الفائقة. بمجرد استخدام تكنولوجيا الأتربة النادرة في المجال العسكري، فإنها ستحدث حتماً قفزة في التكنولوجيا العسكرية. بمعنى ما، فإن السيطرة الساحقة التي تتمتع بها المؤسسة العسكرية الأميركية في العديد من الحروب المحلية بعد الحرب الباردة، فضلاً عن قدرتها على قتل الأعداء علناً دون عقاب، تنبع من تكنولوجيا الأرض النادرة التي تمتلكها، مثل سوبرمان.

صناعة البتروكيماويات

يمكن استخدام العناصر الأرضية النادرة لتصنيع محفزات الغربال الجزيئي في صناعة البتروكيماويات، مع مزايا مثل النشاط العالي، والانتقائية الجيدة، والمقاومة القوية للتسمم بالمعادن الثقيلة. ولذلك، فقد استبدلوا محفزات سيليكات الألومنيوم بعمليات التكسير التحفيزي للبترول؛ في عملية إنتاج الأمونيا الاصطناعية، يتم استخدام كمية صغيرة من نترات الأرض النادرة كمحفز مساعد، وقدرتها على معالجة الغاز أكبر بمقدار 1.5 مرة من قدرة محفز النيكل والألمنيوم؛ في عملية تصنيع مطاط cis-1,4-polybutadiene ومطاط الأيزوبرين، فإن المنتج الذي تم الحصول عليه باستخدام محفز الألومنيوم ثلاثي الأيزوبيوتيل الحلقي الأرضي النادر يتمتع بأداء ممتاز، مع مزايا مثل تعليق لاصق أقل للمعدات، تشغيل مستقر، وعملية ما بعد المعالجة قصيرة ; يمكن أيضًا استخدام أكاسيد الأتربة النادرة المركبة كمحفزات لتنقية غاز العادم من محركات الاحتراق الداخلي، ويمكن أيضًا استخدام نفثينات السيريوم كعامل تجفيف الطلاء.

زجاج وسيراميك

زاد استخدام العناصر الأرضية النادرة في صناعة الزجاج والسيراميك في الصين بمعدل متوسط ​​قدره 25٪ منذ عام 1988، ليصل إلى حوالي 1600 طن في عام 1998. ولا يعد السيراميك الزجاجي الأرضي النادر مجرد مواد أساسية تقليدية للصناعة والحياة اليومية، ولكنه أيضًا مادة أساسية. عضو رئيسي في مجال التكنولوجيا الفائقة. يمكن استخدام أكاسيد الأتربة النادرة أو مركزات الأتربة النادرة المعالجة على نطاق واسع كمساحيق تلميع للزجاج البصري، وعدسات النظارات، وأنابيب الصور، وأنابيب راسم الذبذبات، والزجاج المسطح، والبلاستيك، وأدوات المائدة المعدنية؛ وفي عملية صهر الزجاج يمكن استخدام ثاني أكسيد السيريوم ليكون له تأثير أكسدة قوي على الحديد، مما يقلل من محتوى الحديد في الزجاج ويحقق هدف إزالة اللون الأخضر من الزجاج؛ يمكن أن تؤدي إضافة أكاسيد الأتربة النادرة إلى إنتاج زجاج بصري وزجاج خاص لأغراض مختلفة، بما في ذلك الزجاج الذي يمكنه امتصاص الأشعة فوق البنفسجية، والزجاج المقاوم للأحماض والحرارة، والزجاج المقاوم للأشعة السينية، وما إلى ذلك؛ يمكن أن تؤدي إضافة عناصر أرضية نادرة إلى طلاء السيراميك والبورسلين إلى تقليل تفتت الطلاء الزجاجي وجعل المنتجات تقدم ألوانًا ولمعانًا مختلفًا، مما يجعلها مستخدمة على نطاق واسع في صناعة السيراميك.

زراعة

تشير نتائج البحث إلى أن العناصر الأرضية النادرة يمكن أن تزيد من محتوى الكلوروفيل في النباتات، وتعزز عملية التمثيل الضوئي، وتعزز نمو الجذور، وتزيد من امتصاص الجذور للمغذيات. يمكن للعناصر الأرضية النادرة أيضًا تعزيز إنبات البذور، وزيادة معدل إنبات البذور، وتعزيز نمو الشتلات. بالإضافة إلى الوظائف الرئيسية المذكورة أعلاه، فإنه لديه أيضًا القدرة على تعزيز مقاومة الأمراض، ومقاومة البرد، ومقاومة الجفاف لبعض المحاصيل. أظهرت العديد من الدراسات أيضًا أن استخدام التركيزات المناسبة من العناصر الأرضية النادرة يمكن أن يعزز امتصاص النباتات للعناصر الغذائية وتحويلها واستخدامها. يمكن أن يؤدي رش العناصر الأرضية النادرة إلى زيادة محتوى Vc ومحتوى السكر الإجمالي ونسبة حمض السكر في ثمار التفاح والحمضيات، مما يعزز تلوين الفاكهة والنضج المبكر. ويمكنه قمع شدة التنفس أثناء التخزين وتقليل معدل الاضمحلال.

مجال المواد الجديدة

مادة المغناطيس الدائم من حديد النيوديميوم والبورون الأرضية النادرة، ذات الثبات العالي، والإكراه العالي، ومنتجات الطاقة المغناطيسية العالية، تستخدم على نطاق واسع في الصناعات الإلكترونية والفضائية وتوربينات الرياح الدافعة (مناسبة بشكل خاص لمحطات الطاقة البحرية)؛ يمكن استخدام بلورات الفريت المفردة والبلورات المتعددة من نوع العقيق التي تتكون من مزيج من أكاسيد الأتربة النادرة النقية وأكسيد الحديديك في صناعات الميكروويف والصناعات الإلكترونية؛ يمكن استخدام عقيق ألومنيوم الإيتريوم وزجاج النيوديميوم المصنوع من أكسيد النيوديميوم عالي النقاء كمواد ليزر صلبة؛ يمكن استخدام سداسيات البوريدات الأرضية النادرة كمواد كاثودية لانبعاث الإلكترون؛ معدن نيكل اللانثانوم هو مادة تم تطويرها حديثًا لتخزين الهيدروجين في السبعينيات؛ كرومات اللانثانم عبارة عن مادة كهروحرارية عالية الحرارة؛ في الوقت الحاضر، حققت البلدان في جميع أنحاء العالم اختراقات في تطوير المواد فائقة التوصيل باستخدام أكاسيد الباريوم المعدلة بعناصر أكسجين نحاس الباريوم الإيتريوم، والتي يمكنها الحصول على موصلات فائقة في نطاق درجة حرارة النيتروجين السائل. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم الأتربة النادرة على نطاق واسع في إضاءة مصادر الضوء من خلال طرق مثل مسحوق الفلورسنت، ومسحوق الفلورسنت المكثف للشاشة، ومسحوق الفلورسنت ثلاثي الألوان الأساسي، ومسحوق المصباح النسخي (ولكن بسبب التكلفة العالية الناجمة عن ارتفاع أسعار الأتربة النادرة، تطبيقاتها في الإضاءة تتناقص تدريجياً)، وكذلك المنتجات الإلكترونية مثل أجهزة التلفاز وأجهزة العرض اللوحية؛ في الزراعة، يمكن أن يؤدي تطبيق كميات ضئيلة من نترات الأرض النادرة على المحاصيل الحقلية إلى زيادة إنتاجها بنسبة 5-10٪؛ في صناعة المنسوجات الخفيفة، تُستخدم كلوريدات الأرض النادرة أيضًا على نطاق واسع في دباغة الفراء، وصباغة الفراء، وصباغة الصوف، وصباغة السجاد؛ يمكن استخدام العناصر الأرضية النادرة في المحولات الحفازة للسيارات لتحويل الملوثات الرئيسية إلى مركبات غير سامة أثناء عادم المحرك.

تطبيقات أخرى

يتم أيضًا تطبيق العناصر الأرضية النادرة على العديد من المنتجات الرقمية، بما في ذلك الأجهزة السمعية والبصرية والتصوير الفوتوغرافي وأجهزة الاتصال، مما يلبي متطلبات متعددة مثل وقت الاستخدام الأصغر والأسرع والأخف وزنًا والأطول والحفاظ على الطاقة. وفي الوقت نفسه، تم تطبيقه أيضًا في مجالات متعددة مثل الطاقة الخضراء والرعاية الصحية وتنقية المياه والنقل.