Forbruget af sjældne jordarter i et land kan bruges til at bestemme dets industrielle niveau. Alle høje, præcise og avancerede materialer, komponenter og udstyr kan ikke adskilles fra sjældne metaller. Hvorfor er det, at det samme stål gør andre mere korrosionsbestandige end dig? Er det den samme maskinspindel, som andre er mere holdbare og præcise end dig? Er det også en enkelt krystal, som andre kan nå en høj temperatur på 1650°C? Hvorfor har en andens glas så højt et brydningsindeks? Hvorfor kan Toyota opnå verdens højeste bil termiske effektivitet på 41 %? Disse er alle relateret til anvendelsen af sjældne metaller.
Sjældne jordarters metaller, også kendt som sjældne jordarters grundstoffer, er en samlebetegnelse for 17 grundstoffer iskandium, yttriumog lanthanidrækker i det periodiske system IIIB-gruppen, almindeligvis repræsenteret ved R eller RE. Scandium og yttrium betragtes som sjældne jordarters grundstoffer, fordi de ofte eksisterer sammen med lanthanidelementer i mineralforekomster og har lignende kemiske egenskaber.
I modsætning til navnet antyder, er forekomsten af sjældne jordarters grundstoffer (eksklusive promethium) i skorpen ret høj, med cerium på en 25. plads i mængden af skorpeelementer, der tegner sig for 0,0068% (tæt på kobber). Men på grund af dets geokemiske egenskaber beriges sjældne jordarters grundstoffer sjældent til et økonomisk udnytteligt niveau. Navnet på sjældne jordarters grundstoffer er afledt af deres knaphed. Det første sjældne jordarters mineral opdaget af mennesker var silicium beryllium yttrium malm udvundet fra en mine i landsbyen Iterbi, Sverige, hvor mange sjældne jordarters grundstofnavne stammer fra.
Deres navne og kemiske symboler erSc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Yb og Lu. Deres atomnumre er 21 (Sc), 39 (Y), 57 (La) til 71 (Lu).
Opdagelseshistorien om sjældne jordarters elementer
I 1787 fandt svenske CA Arrhenius en usædvanlig sjælden jordmetal sortmalm i den lille by Ytterby nær Stockholm. I 1794 isolerede finske J. Gadolin et nyt stof fra det. Tre år senere (1797) bekræftede svenske AG Ekeberg denne opdagelse og opkaldte det nye stof yttria (yttriumjord) efter det sted, hvor det blev opdaget. Senere, til minde om Gadolinite, blev denne type malm kaldt gadolinit. I 1803 opdagede de tyske kemikere MH Klaproth, de svenske kemikere JJ Berzelius og W. Hisinger et nyt stof - ceria - fra en malm (ceriumsilikatmalm). I 1839 opdagede svenskeren CG Mosander lanthan. I 1843 opdagede Musander terbium og erbium igen. I 1878 opdagede schweiziske Marinac ytterbium. I 1879 opdagede franskmændene samarium, svenskerne opdagede holmium og thulium, og svenskerne opdagede scandium. I 1880 opdagede schweiziske Marinac gadolinium. I 1885 opdagede østrigske A. von Wels bach praseodym og neodym. I 1886 opdagede Bouvabadrand dysprosium. I 1901 opdagede franskmanden EA Demarcay europium. I 1907 opdagede den franske mand G. Urban lutetium. I 1947 opnåede amerikanere som JA Marinsky promethium fra uranfissionsprodukter. Det tog over 150 år fra Gadolins adskillelse af yttriumjord i 1794 til produktionen af promethium i 1947.
Anvendelse af sjældne jordarters elementer
Sjældne jordarters elementerer kendt som "industrielle vitaminer" og har uerstattelige fremragende magnetiske, optiske og elektriske egenskaber, som spiller en stor rolle i at forbedre produktets ydeevne, øge produktudbuddet og forbedre produktionseffektiviteten. På grund af dens store effekt og lave dosering er sjældne jordarter blevet et vigtigt element i at forbedre produktstrukturen, øge det teknologiske indhold og fremme industriens teknologiske fremskridt. De har været meget brugt inden for områder som metallurgi, militær, petrokemiske, glaskeramik, landbrug og nye materialer.
Metallurgisk industri
Sjælden jordhar været anvendt på det metallurgiske område i mere end 30 år og har dannet relativt modne teknologier og processer. Anvendelsen af sjældne jordarter i stål og ikke-jernholdige metaller er et stort og vidtfavnende område med brede udsigter. Tilsætning af sjældne jordarters metaller, fluorider og silicider til stål kan spille en rolle i raffinering, afsvovling, neutralisering af skadelige urenheder med lavt smeltepunkt og forbedring af stålets forarbejdningsydelse; Sjældne jordarters siliciumjernlegering og sjældne jordarters siliciummagnesiumlegering bruges som sfæroidiseringsmidler til fremstilling af sjældne jordarters duktilt jern. På grund af deres særlige egnethed til fremstilling af komplekse duktilt jerndele med særlige krav, er denne type duktilt jern meget udbredt i mekaniske fremstillingsindustrier såsom biler, traktorer og dieselmotorer; Tilføjelse af sjældne jordarters metaller til ikke-jernholdige legeringer såsom magnesium, aluminium, kobber, zink og nikkel kan forbedre legeringens fysiske og kemiske egenskaber, samt forbedre dens stuetemperatur og højtemperatur mekaniske egenskaber.
Militærfelt
På grund af dets fremragende fysiske egenskaber, såsom fotoelektricitet og magnetisme, kan sjældne jordarter danne en bred vifte af nye materialer med forskellige egenskaber og i høj grad forbedre kvaliteten og ydeevnen af andre produkter. Derfor er det kendt som "industrielt guld". For det første kan tilføjelsen af sjældne jordarter betydeligt forbedre den taktiske ydeevne af stål, aluminiumlegeringer, magnesiumlegeringer og titanlegeringer, der anvendes til fremstilling af tanke, fly og missiler. Derudover kan sjældne jordarter også bruges som smøremidler til mange højteknologiske applikationer såsom elektronik, lasere, nuklear industri og superledning. Når først sjældne jordarters teknologi bliver brugt i militæret, vil det uundgåeligt medføre et spring inden for militær teknologi. I en vis forstand stammer den overvældende kontrol af det amerikanske militær i flere lokale krige efter den kolde krig, såvel som dets evne til åbent at dræbe fjender ustraffet, fra dets sjældne jordarters teknologi, såsom Superman.
Petrokemisk industri
Sjældne jordarters grundstoffer kan bruges til fremstilling af molekylsigtekatalysatorer i den petrokemiske industri, med fordele som høj aktivitet, god selektivitet og stærk modstandsdygtighed over for tungmetalforgiftning. Derfor har de erstattet aluminiumsilikatkatalysatorer til katalytiske krakningsprocesser i petroleum; I produktionsprocessen af syntetisk ammoniak bruges en lille mængde sjældne jordarters nitrat som en cokatalysator, og dens gasbehandlingskapacitet er 1,5 gange større end nikkelaluminiumkatalysatorens; I processen med at syntetisere cis-1,4-polybutadiengummi og isoprengummi har produktet opnået ved anvendelse af en sjælden jordart cycloalkanoat triisobutylaluminiumkatalysator fremragende ydeevne med fordele som mindre udstyrslim hængende, stabil drift og kort efterbehandlingsproces ; Sammensatte sjældne jordarters oxider kan også bruges som katalysatorer til rensning af udstødningsgas fra forbrændingsmotorer, og ceriumnaphthenat kan også bruges som malingstørremiddel.
Glaskeramik
Anvendelsen af sjældne jordarters elementer i Kinas glas- og keramikindustri er steget med en gennemsnitlig hastighed på 25 % siden 1988 og nåede op på ca. 1600 tons i 1998. Sjældne jordarters glaskeramik er ikke kun traditionelle basismaterialer til industrien og dagligdagen, men også en stort medlem af det højteknologiske område. Oxider af sjældne jordarter eller forarbejdede sjældne jordarters koncentrater kan i vid udstrækning anvendes som poleringspulver til optisk glas, brilleglas, billedrør, oscilloskoprør, fladt glas, plastik og metalservice; I processen med at smelte glas kan ceriumdioxid bruges til at have en stærk oxidationseffekt på jern, reducere jernindholdet i glasset og nå målet om at fjerne den grønne farve fra glasset; Tilføjelse af sjældne jordarters oxider kan producere optisk glas og specialglas til forskellige formål, herunder glas, der kan absorbere ultraviolette stråler, syre- og varmebestandigt glas, røntgenbestandigt glas osv.; Tilføjelse af sjældne jordarters elementer til keramik- og porcelænsglasurer kan reducere fragmenteringen af glasurer og få produkter til at præsentere forskellige farver og glans, hvilket gør dem meget udbredt i den keramiske industri.
Landbrug
Forskningsresultaterne indikerer, at sjældne jordarters grundstoffer kan øge klorofylindholdet i planter, forbedre fotosyntesen, fremme rodudviklingen og øge optagelsen af næringsstoffer fra rødderne. Sjældne jordarters elementer kan også fremme frøspiring, øge frøspiringshastigheden og fremme frøplantevækst. Ud over de ovennævnte hovedfunktioner har den også evnen til at forbedre sygdomsresistens, kulderesistens og tørkeresistens hos visse afgrøder. Talrige undersøgelser har også vist, at brugen af passende koncentrationer af sjældne jordarters elementer kan fremme absorption, transformation og udnyttelse af næringsstoffer af planter. Sprøjtning af sjældne jordarters elementer kan øge Vc-indholdet, det totale sukkerindhold og sukkersyreforholdet i æble- og citrusfrugter, hvilket fremmer frugtfarvning og tidlig modning. Og det kan undertrykke respiratorisk intensitet under opbevaring og reducere henfaldshastigheden.
Nyt materialefelt
Sjældne jordarters neodym-jernbor permanentmagnetmateriale, med høj remanens, høj koercitivitet og højmagnetisk energiprodukt, er meget udbredt i den elektroniske og rumfartsindustri og driver vindmøller (især velegnet til offshore-kraftværker); Ferrit-enkeltkrystaller og polykrystaller af granattype dannet af kombinationen af rene sjældne jordarters oxider og ferrioxid kan bruges i mikrobølge- og elektroniske industrier; Yttrium aluminium granat og neodym glas lavet af høj renhed neodym oxid kan bruges som solide laser materialer; Sjældne jordarters hexaborider kan bruges som katodematerialer til elektronemission; Lanthannikkelmetal er et nyudviklet brintlagermateriale i 1970'erne; Lanthankromat er et termoelektrisk højtemperaturmateriale; På nuværende tidspunkt har lande rundt om i verden gjort gennembrud i udviklingen af superledende materialer ved at bruge bariumbaserede oxider modificeret med barium yttrium kobber oxygenelementer, som kan opnå superledere i det flydende nitrogen temperaturområde. Derudover er sjældne jordarter i vid udstrækning brugt til belysning af lyskilder gennem metoder som fluorescerende pulver, intensiverende skærm fluorescerende pulver, tre primære farver fluorescerende pulver og kopilampepulver (men på grund af de høje omkostninger forårsaget af stigningen i priserne på sjældne jordarter, deres anvendelser inden for belysning er gradvist aftagende), såvel som elektroniske produkter såsom projektionsfjernsyn og tablets; I landbruget kan tilførsel af spormængder af sjældne jordarters nitrat til markafgrøder øge deres udbytte med 5-10 %; I den lette tekstilindustri er sjældne jordarters chlorider også meget brugt til garvning af pels, pelsfarvning, uldfarvning og tæppefarvning; Sjældne jordarters grundstoffer kan bruges i bilkatalysatorer til at omdanne store forurenende stoffer til ikke-giftige forbindelser under motorens udstødning.
Andre applikationer
Sjældne jordarters elementer anvendes også på forskellige digitale produkter, herunder audiovisuelle, fotografiske og kommunikationsenheder, der opfylder flere krav såsom mindre, hurtigere, lettere, længere brugstid og energibesparelse. Samtidig er det også blevet anvendt på flere områder som grøn energi, sundhedspleje, vandrensning og transport.
Indlægstid: 16. august 2023