El consum de terres rares en un país es pot utilitzar per determinar el seu nivell industrial. Els materials, components i equipaments alts, precisos i avançats no es poden separar dels metalls rars. Per què el mateix acer fa que els altres siguin més resistents a la corrosió que tu? És el mateix eix de màquina-eina que altres són més duradors i precisos que tu? També és un monocristall que altres poden arribar a una temperatura elevada de 1650 ° C? Per què el vidre d'una altra persona té un índex de refracció tan alt? Per què pot Toyota aconseguir l'eficiència tèrmica de cotxes més alta del món del 41%? Tots ells estan relacionats amb l'aplicació de metalls rars.
Metalls de terres rares, també coneguts com a elements de terres rares, són un terme col·lectiu per a 17 elements de laescandi, ittri, i sèries de lantànids del grup IIIB de la taula periòdica, representada habitualment per R o RE. L'escandi i l'itri es consideren elements de terres rares perquè sovint coexisteixen amb elements lantànids en dipòsits minerals i tenen propietats químiques similars.
A diferència del seu nom indica, l'abundància d'elements de terres rares (excepte el prometi) a l'escorça és força alta, amb el ceri ocupant el lloc 25 en l'abundància d'elements de l'escorça, que representa el 0,0068% (prop del coure). Tanmateix, a causa de les seves propietats geoquímiques, els elements de terres rares rarament s'enriqueixen a un nivell econòmicament explotable. El nom dels elements de terres rares deriva de la seva escassetat. El primer mineral de terres rares descobert pels humans va ser el mineral de silici beril·li itri extret d'una mina al poble d'Iterbi, Suècia, on es van originar molts noms d'elements de terres rares.
Els seus noms i símbols químics sónSc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Yb i Lu. Els seus nombres atòmics són 21 (Sc), 39 (Y), 57 (La) a 71 (Lu).
La història del descobriment d'elements de terres rares
El 1787, el CA suec Arrhenius va trobar un mineral negre de metalls de terres rares inusual a la petita ciutat d'Ytterby, prop d'Estocolm. L'any 1794, el finlandès J. Gadolin en va aïllar una nova substància. Tres anys més tard (1797), el suec AG Ekeberg va confirmar aquest descobriment i va anomenar la nova substància ittria (itri terra) pel lloc on va ser descoberta. Més tard, en record de la gadolinita, aquest tipus de mineral es va anomenar gadolinita. El 1803, els químics alemanys MH Klaproth, els químics suecs JJ Berzelius i W. Hisinger van descobrir una nova substància - la ceria - a partir d'un mineral (mineral de silicat de ceri). El 1839, el suec CG Mosander va descobrir el lantà. El 1843, Musander va tornar a descobrir el terbi i l'erbi. El 1878, Swiss Marinac va descobrir l'iterbi. El 1879, els francesos van descobrir el samari, els suecs l'holmi i el tuli i els suecs l'escandi. El 1880, Swiss Marinac va descobrir el gadolini. El 1885, l'austríac A. von Wels bach va descobrir el praseodimi i el neodimi. El 1886, Bouvabadrand va descobrir el disprosi. L'any 1901, el francès EA Demarcay va descobrir l'europi. L'any 1907, el francès G. Urban va descobrir el luteci. El 1947, nord-americans com JA Marinsky van obtenir prometi dels productes de fissió de l'urani. Van passar més de 150 anys des de la separació de la terra d'itri per Gadolin el 1794 fins a la producció de prometi el 1947.
Aplicació d'elements de terres rares
Elements de terres rareses coneixen com a "vitamines industrials" i tenen excel·lents propietats magnètiques, òptiques i elèctriques insubstituïbles, jugant un paper important en la millora del rendiment del producte, l'augment de la varietat de productes i la millora de l'eficiència de la producció. A causa del seu gran efecte i la seva baixa dosi, les terres rares s'han convertit en un element important per millorar l'estructura del producte, augmentar el contingut tecnològic i promoure el progrés tecnològic de la indústria. S'han utilitzat àmpliament en camps com la metal·lúrgia, l'exèrcit, la petroquímica, la vitroceràmica, l'agricultura i els nous materials.
Indústria metal·lúrgica
Terres raress'ha aplicat en el camp metal·lúrgic des de fa més de 30 anys, i ha format tecnologies i processos relativament madurs. L'aplicació de terres rares en acer i metalls no fèrrics és un camp ampli i ampli amb àmplies perspectives. L'addició de metalls de terres rares, fluorurs i siliciurs a l'acer pot tenir un paper en el refinament, la desulfuració, la neutralització d'impureses nocives de baix punt de fusió i la millora del rendiment de processament de l'acer; L'aliatge de ferro de silici de terres rares i l'aliatge de magnesi de silici de terres rares s'utilitzen com a agents esferoiditzants per produir ferro dúctil de terres rares. A causa de la seva especial aptitud per produir peces complexes de ferro dúctil amb requisits especials, aquest tipus de ferro dúctil s'utilitza àmpliament en indústries de fabricació mecànica com ara automòbils, tractors i motors dièsel; L'addició de metalls de terres rares a aliatges no fèrrics com ara magnesi, alumini, coure, zinc i níquel pot millorar les propietats físiques i químiques de l'aliatge, així com millorar la seva temperatura ambient i les propietats mecàniques d'alta temperatura.
Camp militar
A causa de les seves excel·lents propietats físiques, com ara la fotoelectricitat i el magnetisme, les terres rares poden formar una gran varietat de nous materials amb diferents propietats i millorar considerablement la qualitat i el rendiment d'altres productes. Per tant, es coneix com "or industrial". En primer lloc, l'addició de terres rares pot millorar significativament el rendiment tàctic de l'acer, aliatges d'alumini, aliatges de magnesi i aliatges de titani utilitzats en la fabricació de tancs, avions i míssils. A més, les terres rares també es poden utilitzar com a lubricants per a moltes aplicacions d'alta tecnologia com ara l'electrònica, els làsers, la indústria nuclear i la superconductivitat. Una vegada que la tecnologia de terres rares s'utilitzi a l'exèrcit, inevitablement provocarà un salt en la tecnologia militar. En cert sentit, el control aclaparador de l'exèrcit nord-americà en diverses guerres locals després de la Guerra Freda, així com la seva capacitat de matar obertament enemics amb impunitat, deriva de la seva tecnologia de terres rares, com el Superman.
Indústria petroquímica
Els elements de terres rares es poden utilitzar per fabricar catalitzadors de tamís moleculars a la indústria petroquímica, amb avantatges com ara una alta activitat, una bona selectivitat i una forta resistència a la intoxicació per metalls pesants. Per tant, han substituït els catalitzadors de silicat d'alumini per als processos de craqueig catalític del petroli; En el procés de producció d'amoníac sintètic, s'utilitza una petita quantitat de nitrat de terres rares com a cocatalitzador i la seva capacitat de processament de gasos és 1,5 vegades més gran que la del catalitzador de níquel-alumini; En el procés de síntesi de cautxú cis-1,4-polibutadiè i cautxú d'isoprè, el producte obtingut mitjançant un catalitzador d'alumini triisobutil de cicloalcanoat de terres rares té un rendiment excel·lent, amb avantatges com ara menys penjat d'adhesiu d'equip, funcionament estable i procés de posttractament curt. ; Els òxids de terres rares compostos també es poden utilitzar com a catalitzadors per purificar els gasos d'escapament dels motors de combustió interna, i el naftenat de ceri també es pot utilitzar com a agent d'assecat de pintura.
Vitroceràmica
L'aplicació d'elements de terres rares a la indústria del vidre i la ceràmica de la Xina ha augmentat a una taxa mitjana del 25% des de 1988, arribant a aproximadament 1.600 tones el 1998. La ceràmica de vidre de terres rares no només són materials bàsics tradicionals per a la indústria i la vida quotidiana, sinó també un membre principal del camp d'alta tecnologia. Els òxids de terres rares o els concentrats de terres rares processats es poden utilitzar àmpliament com a pols de polir per a vidre òptic, lents d'ulleres, tubs d'imatges, tubs d'oscil·loscopi, vidre pla, plàstic i vaixella de metall; En el procés de fusió del vidre, el diòxid de ceri es pot utilitzar per tenir un fort efecte d'oxidació sobre el ferro, reduint el contingut de ferro al vidre i aconseguint l'objectiu d'eliminar el color verd del vidre; L'addició d'òxids de terres rares pot produir vidre òptic i vidre especial per a diferents propòsits, inclòs el vidre que pot absorbir els raigs ultraviolats, el vidre resistent a l'àcid i la calor, el vidre resistent als raigs X, etc.; L'addició d'elements de terres rares als esmalts de ceràmica i porcellana pot reduir la fragmentació dels esmalts i fer que els productes presentin diferents colors i brillants, fent-los àmpliament utilitzats a la indústria ceràmica.
Agricultura
Els resultats de la investigació indiquen que els elements de terres rares poden augmentar el contingut de clorofil·la de les plantes, millorar la fotosíntesi, promoure el desenvolupament de les arrels i augmentar l'absorció de nutrients per les arrels. Els elements de terres rares també poden promoure la germinació de llavors, augmentar la taxa de germinació de llavors i promoure el creixement de les plàntules. A més de les funcions principals esmentades anteriorment, també té la capacitat de millorar la resistència a les malalties, la resistència al fred i la resistència a la sequera de determinats cultius. Nombrosos estudis també han demostrat que l'ús de concentracions adequades d'elements de terres rares pot afavorir l'absorció, transformació i utilització de nutrients per part de les plantes. La polvorització d'elements de terres rares pot augmentar el contingut de Vc, el contingut de sucre total i la proporció d'àcid de sucre de la poma i els cítrics, afavorint la coloració de la fruita i la maduració primerenca. I pot suprimir la intensitat respiratòria durant l'emmagatzematge i reduir la taxa de descomposició.
Nou camp de materials
El material d'imant permanent de bor de ferro de neodimi de terres rares, amb alta remanència, alta coercivitat i producte d'alta energia magnètica, s'utilitza àmpliament a la indústria electrònica i aeroespacial i a la conducció d'aerogeneradors (especialment adequat per a centrals elèctriques offshore); Els cristalls simples de ferrita de tipus granat i els policristalls formats per la combinació d'òxids purs de terres rares i òxid fèrric es poden utilitzar a les indústries de microones i electrònica; El granat d'alumini d'itri i el vidre de neodimi fets d'òxid de neodimi d'alta puresa es poden utilitzar com a materials làser sòlids; Els hexaborurs de terres rares es poden utilitzar com a materials de càtode per a l'emissió d'electrons; El lantà níquel metàl·lic és un material d'emmagatzematge d'hidrogen recentment desenvolupat a la dècada de 1970; El cromat de lantà és un material termoelèctric d'alta temperatura; Actualment, països d'arreu del món han fet avenços en el desenvolupament de materials superconductors mitjançant l'ús d'òxids a base de bari modificats amb elements d'oxigen de coure itri i bari, que poden obtenir superconductors en el rang de temperatura del nitrogen líquid. A més, les terres rares s'utilitzen àmpliament en fonts de llum a través de mètodes com ara pols fluorescent, pols fluorescent de pantalla intensificant, pols fluorescent de tres colors primaris i pols de llum de còpia (però a causa de l'alt cost causat per l'augment dels preus de les terres rares, les seves aplicacions en il·luminació estan disminuint gradualment), així com productes electrònics com televisors de projecció i tauletes; A l'agricultura, l'aplicació de traces de nitrat de terres rares als cultius de camp pot augmentar el seu rendiment entre un 5 i un 10%; A la indústria tèxtil lleugera, els clorurs de terres rares també s'utilitzen àmpliament en l'adob de pells, tenyit de pells, tenyit de llana i tenyit de catifes; Els elements de terres rares es poden utilitzar en convertidors catalítics d'automòbil per convertir els principals contaminants en compostos no tòxics durant l'escapament del motor.
Altres aplicacions
Els elements de terres rares també s'apliquen a diversos productes digitals, inclosos els dispositius audiovisuals, de fotografia i de comunicació, que compleixen múltiples requisits com ara més petit, més ràpid, més lleuger, més temps d'ús i estalvi d'energia. Al mateix temps, també s'ha aplicat a múltiples camps com l'energia verda, la sanitat, la purificació d'aigua i el transport.
Hora de publicació: 16-agost-2023