Der Verbrauch seltener Erden in einem Land kann zur Bestimmung seines industriellen Niveaus herangezogen werden. Alle hochwertigen, präzisen und fortschrittlichen Materialien, Komponenten und Geräte können nicht von seltenen Metallen getrennt werden. Warum macht derselbe Stahl andere korrosionsbeständiger als Sie? Handelt es sich um dieselbe Werkzeugmaschinenspindel, bei der andere langlebiger und präziser sind als Sie? Handelt es sich auch um einen Einkristall, der bei anderen eine hohe Temperatur von 1650 °C erreichen kann? Warum hat das Glas eines anderen einen so hohen Brechungsindex? Warum kann Toyota mit 41 % den weltweit höchsten thermischen Wirkungsgrad für Autos erreichen? Diese stehen alle im Zusammenhang mit der Verwendung seltener Metalle.
Seltenerdmetalle, auch Seltenerdelemente genannt, sind ein Sammelbegriff für 17 Elemente derScandium, Yttriumund Lanthanidenreihen in der Gruppe IIIB des Periodensystems, üblicherweise dargestellt durch R oder RE. Scandium und Yttrium gelten als Seltenerdelemente, da sie in Mineralvorkommen häufig zusammen mit Lanthanidenelementen vorkommen und ähnliche chemische Eigenschaften aufweisen.
Anders als der Name vermuten lässt, ist die Häufigkeit seltener Erdelemente (mit Ausnahme von Promethium) in der Kruste recht hoch, wobei Cer mit einem Anteil von 0,0068 % (nahe an Kupfer) an 25. Stelle der Krustenelemente steht. Aufgrund ihrer geochemischen Eigenschaften werden Seltenerdelemente jedoch selten auf ein wirtschaftlich verwertbares Niveau angereichert. Der Name der Seltenen Erden leitet sich von ihrer Knappheit ab. Das erste vom Menschen entdeckte Seltenerdmineral war Siliziumberyllium-Yttrium-Erz, das aus einer Mine im Dorf Iterbi in Schweden gewonnen wurde, wo viele Namen für Seltenerdelemente ihren Ursprung haben.
Ihre Namen und chemischen Symbole sindSc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Yb und Lu. Ihre Ordnungszahlen betragen 21 (Sc), 39 (Y), 57 (La) bis 71 (Lu).
Die Entdeckungsgeschichte der Seltenerdelemente
Im Jahr 1787 fand der schwedische CA Arrhenius in der kleinen Stadt Ytterby in der Nähe von Stockholm ein ungewöhnliches Seltenerdmetall-Schwarzerz. 1794 isolierte der Finne J. Gadolin daraus eine neue Substanz. Drei Jahre später (1797) bestätigte der schwedische AG Ekeberg diese Entdeckung und benannte die neue Substanz Yttria (Yttriumerde) nach dem Ort, an dem sie entdeckt wurde. Später wurde diese Art von Erz in Erinnerung an Gadolinit Gadolinit genannt. Im Jahr 1803 entdeckten die deutschen Chemiker MH Klaproth, die schwedischen Chemiker JJ Berzelius und W. Hisinger eine neue Substanz – Ceroxid – aus einem Erz (Cersilikaterz). Im Jahr 1839 entdeckte der Schwede CG Mosander Lanthan. 1843 entdeckte Musander erneut Terbium und Erbium. Im Jahr 1878 entdeckte der Schweizer Marinac Ytterbium. 1879 entdeckten die Franzosen Samarium, die Schweden Holmium und Thulium und die Schweden Scandium. Im Jahr 1880 entdeckte der Schweizer Marinac Gadolinium. Im Jahr 1885 entdeckte der Österreicher A. von Welsbach Praseodym und Neodym. Im Jahr 1886 entdeckte Bouvabadrand Dysprosium. Im Jahr 1901 entdeckte der Franzose EA Demarcay Europium. 1907 entdeckte der Franzose G. Urban Lutetium. 1947 gewannen Amerikaner wie JA Marinsky Promethium aus Produkten der Uranspaltung. Von der Trennung der Yttriumerde durch Gadolin im Jahr 1794 bis zur Produktion von Promethium im Jahr 1947 vergingen über 150 Jahre.
Anwendung von Seltenerdelementen
Seltenerdelementesind als „Industrievitamine“ bekannt und verfügen über unersetzliche hervorragende magnetische, optische und elektrische Eigenschaften, die eine große Rolle bei der Verbesserung der Produktleistung, der Steigerung der Produktvielfalt und der Verbesserung der Produktionseffizienz spielen. Aufgrund ihrer großen Wirkung und geringen Dosierung sind seltene Erden zu einem wichtigen Element bei der Verbesserung der Produktstruktur, der Erhöhung des technologischen Inhalts und der Förderung des technologischen Fortschritts in der Industrie geworden. Sie werden häufig in Bereichen wie Metallurgie, Militär, Petrochemie, Glaskeramik, Landwirtschaft und neuen Materialien eingesetzt.
Metallurgische Industrie
Seltene Erdewird seit mehr als 30 Jahren im metallurgischen Bereich eingesetzt und hat relativ ausgereifte Technologien und Prozesse entwickelt. Die Anwendung seltener Erden in Stahl und Nichteisenmetallen ist ein großes und weitreichendes Feld mit weitreichenden Perspektiven. Der Zusatz von Seltenerdmetallen, Fluoriden und Siliziden zu Stahl kann eine Rolle bei der Raffinierung, Entschwefelung, Neutralisierung schädlicher Verunreinigungen mit niedrigem Schmelzpunkt und der Verbesserung der Verarbeitungsleistung von Stahl spielen; Seltenerd-Silizium-Eisen-Legierungen und Seltenerd-Silizium-Magnesium-Legierungen werden als Sphäroidisierungsmittel zur Herstellung von duktilem Seltenerdeisen verwendet. Aufgrund ihrer besonderen Eignung für die Herstellung komplexer Sphärogussteile mit besonderen Anforderungen wird diese Art von Sphäroguss häufig in der mechanischen Fertigungsindustrie wie Automobilen, Traktoren und Dieselmotoren eingesetzt. Die Zugabe von Seltenerdmetallen zu Nichteisenlegierungen wie Magnesium, Aluminium, Kupfer, Zink und Nickel kann die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Legierung sowie ihre mechanischen Eigenschaften bei Raumtemperatur und bei hohen Temperaturen verbessern.
Militärisches Feld
Aufgrund ihrer hervorragenden physikalischen Eigenschaften wie Photoelektrizität und Magnetismus können seltene Erden eine Vielzahl neuer Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften bilden und die Qualität und Leistung anderer Produkte erheblich verbessern. Daher wird es als „Industriegold“ bezeichnet. Erstens kann der Zusatz seltener Erden die taktische Leistung von Stahl, Aluminiumlegierungen, Magnesiumlegierungen und Titanlegierungen, die bei der Herstellung von Panzern, Flugzeugen und Raketen verwendet werden, erheblich verbessern. Darüber hinaus können seltene Erden auch als Schmiermittel für viele High-Tech-Anwendungen wie Elektronik, Laser, Nuklearindustrie und Supraleitung verwendet werden. Sobald die Seltenerdtechnologie im Militär eingesetzt wird, wird sie unweigerlich einen Sprung in der Militärtechnologie mit sich bringen. In gewissem Sinne ist die überwältigende Kontrolle des US-Militärs in mehreren lokalen Kriegen nach dem Kalten Krieg sowie seine Fähigkeit, offen und ungestraft Feinde zu töten, auf seine Seltenerdtechnologie wie den Superman zurückzuführen.
Petrochemische Industrie
Seltenerdelemente können zur Herstellung von Molekularsiebkatalysatoren in der petrochemischen Industrie verwendet werden, mit Vorteilen wie hoher Aktivität, guter Selektivität und starker Beständigkeit gegen Schwermetallvergiftung. Daher haben sie Aluminiumsilikatkatalysatoren für katalytische Crackverfahren für Erdöl ersetzt. Bei der Herstellung von synthetischem Ammoniak wird eine kleine Menge Seltenerdnitrat als Cokatalysator verwendet, und seine Gasverarbeitungskapazität ist 1,5-mal größer als die von Nickel-Aluminium-Katalysatoren; Bei der Synthese von cis-1,4-Polybutadienkautschuk und Isoprenkautschuk weist das unter Verwendung eines Seltenerd-Cycloalkanoat-Triisobutylaluminium-Katalysators erhaltene Produkt eine hervorragende Leistung auf und bietet Vorteile wie weniger hängende Geräteklebstoffe, einen stabilen Betrieb und einen kurzen Nachbehandlungsprozess ; Zusammengesetzte Seltenerdoxide können auch als Katalysatoren zur Abgasreinigung von Verbrennungsmotoren verwendet werden, und Cernaphthenat kann auch als Lacktrocknungsmittel verwendet werden.
Glaskeramik
Der Einsatz von Seltenerdelementen in der chinesischen Glas- und Keramikindustrie ist seit 1988 durchschnittlich um 25 % gestiegen und erreichte 1998 etwa 1600 Tonnen. Seltenerdglaskeramiken sind nicht nur traditionelle Grundmaterialien für die Industrie und das tägliche Leben, sondern auch ein Hauptvertreter der High-Tech-Branche. Seltenerdoxide oder verarbeitete Seltenerdkonzentrate können in großem Umfang als Polierpulver für optisches Glas, Brillengläser, Bildröhren, Oszilloskopröhren, Flachglas, Kunststoff und Metallgeschirr verwendet werden; Beim Schmelzen von Glas kann Cerdioxid verwendet werden, um eine starke Oxidationswirkung auf Eisen auszuüben, wodurch der Eisengehalt im Glas verringert und das Ziel erreicht wird, die grüne Farbe aus dem Glas zu entfernen. Durch die Zugabe von Seltenerdoxiden kann optisches Glas und Spezialglas für verschiedene Zwecke hergestellt werden, darunter Glas, das ultraviolette Strahlen absorbieren kann, säure- und hitzebeständiges Glas, röntgenstrahlenbeständiges Glas usw.; Das Hinzufügen von Seltenerdelementen zu Keramik- und Porzellanglasuren kann die Fragmentierung von Glasuren verringern und den Produkten unterschiedliche Farben und Glanz verleihen, wodurch sie in der Keramikindustrie weit verbreitet sind.
Landwirtschaft
Die Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass Seltenerdelemente den Chlorophyllgehalt von Pflanzen erhöhen, die Photosynthese steigern, die Wurzelentwicklung fördern und die Nährstoffaufnahme durch Wurzeln erhöhen können. Seltenerdelemente können auch die Samenkeimung fördern, die Samenkeimungsrate erhöhen und das Wachstum von Sämlingen fördern. Zusätzlich zu den oben genannten Hauptfunktionen hat es auch die Fähigkeit, die Krankheitsresistenz, Kälteresistenz und Trockenheitsresistenz bestimmter Nutzpflanzen zu verbessern. Zahlreiche Studien haben außerdem gezeigt, dass die Verwendung angemessener Konzentrationen seltener Erdelemente die Aufnahme, Umwandlung und Nutzung von Nährstoffen durch Pflanzen fördern kann. Das Versprühen von Seltenerdelementen kann den Vc-Gehalt, den Gesamtzuckergehalt und das Zucker-Säure-Verhältnis von Äpfeln und Zitrusfrüchten erhöhen und so die Fruchtfärbung und die frühe Reifung fördern. Und es kann die Atemintensität während der Lagerung unterdrücken und die Zerfallsrate verringern.
Bereich Neue Materialien
Seltenerd-Neodym-Eisen-Bor-Permanentmagnetmaterial mit hoher Remanenz, hoher Koerzitivfeldstärke und hohem magnetischem Energieprodukt wird häufig in der Elektronik- und Luft- und Raumfahrtindustrie sowie beim Antrieb von Windkraftanlagen verwendet (besonders geeignet für Offshore-Kraftwerke). Ferrit-Einkristalle und -Polykristalle vom Granattyp, die durch die Kombination von reinen Seltenerdoxiden und Eisenoxiden gebildet werden, können in der Mikrowellen- und Elektronikindustrie verwendet werden. Als feste Lasermaterialien können Yttrium-Aluminium-Granat und Neodymglas aus hochreinem Neodymoxid verwendet werden; Als Kathodenmaterialien für die Elektronenemission können Seltenerdhexaboride verwendet werden; Lanthan-Nickel-Metall ist ein in den 1970er Jahren neu entwickeltes Wasserstoffspeichermaterial; Lanthanchromat ist ein thermoelektrisches Hochtemperaturmaterial; Derzeit haben Länder auf der ganzen Welt Durchbrüche bei der Entwicklung supraleitender Materialien erzielt, indem sie Oxide auf Bariumbasis verwenden, die mit Barium-Yttrium-Kupfer-Sauerstoffelementen modifiziert sind, wodurch Supraleiter im Temperaturbereich von flüssigem Stickstoff erhalten werden können. Darüber hinaus werden seltene Erden häufig in Beleuchtungslichtquellen durch Methoden wie Leuchtstoffpulver, Leuchtstoffpulver für Verstärkerschirme, Leuchtstoffpulver mit drei Grundfarben und Kopierlampenpulver verwendet (aber aufgrund der hohen Kosten, die durch den Anstieg der Preise für Seltene Erden verursacht werden, ihre Anwendungen in der Beleuchtung nehmen allmählich ab) sowie elektronische Produkte wie Projektionsfernseher und Tablets; In der Landwirtschaft kann die Anwendung von Spuren von Seltenerdnitrat auf Feldfrüchten deren Ertrag um 5–10 % steigern; In der Leichttextilindustrie werden Seltenerdchloride auch häufig zum Gerben von Pelzen, Pelzfärben, Wollfärben und Teppichfärben verwendet; Seltenerdelemente können in Autokatalysatoren verwendet werden, um bei der Motorabgasung große Schadstoffe in ungiftige Verbindungen umzuwandeln.
Andere Anwendungen
Seltenerdelemente werden auch in verschiedenen digitalen Produkten eingesetzt, darunter audiovisuelle, fotografische und Kommunikationsgeräte, und erfüllen vielfältige Anforderungen wie kleiner, schneller, leichter, längere Nutzungsdauer und Energieeinsparung. Gleichzeitig wurde es auch in mehreren Bereichen wie grüner Energie, Gesundheitswesen, Wasseraufbereitung und Transport eingesetzt.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 16. August 2023