El consumo de tierras raras en un país se puede utilizar para determinar su nivel industrial. Cualquier material, componente y equipo de alta calidad, precisión y avanzada no se puede separar de los metales raros. ¿Por qué el mismo acero hace que otros sean más resistentes a la corrosión que tú? ¿Es el mismo husillo de máquina herramienta que otros son más duraderos y precisos que usted? ¿Es también un monocristal que otros pueden alcanzar una temperatura elevada de 1650 ° C? ¿Por qué el vidrio de otra persona tiene un índice de refracción tan alto? ¿Por qué Toyota puede alcanzar la eficiencia térmica del automóvil más alta del mundo, del 41%? Todos ellos están relacionados con la aplicación de metales raros.
metales de tierras raras, también conocidos como elementos de tierras raras, son un término colectivo para 17 elementos delescandio, itrio, y series de lantánidos en el grupo IIIB de la tabla periódica, comúnmente representados por R o RE. El escandio y el itrio se consideran elementos de tierras raras porque a menudo coexisten con elementos lantánidos en depósitos minerales y tienen propiedades químicas similares.
A diferencia de lo que sugiere su nombre, la abundancia de elementos de tierras raras (excluyendo el prometio) en la corteza es bastante alta, y el cerio ocupa el puesto 25 en la abundancia de elementos de la corteza, representando el 0,0068% (cerca del cobre). Sin embargo, debido a sus propiedades geoquímicas, las tierras raras rara vez se enriquecen hasta un nivel económicamente explotable. El nombre de tierras raras se deriva de su escasez. El primer mineral de tierras raras descubierto por los humanos fue el mineral de silicio, berilio y itrio extraído de una mina en el pueblo de Iterbi, Suecia, donde se originaron muchos nombres de elementos de tierras raras.
Sus nombres y símbolos químicos sonSc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Yb y Lu. Sus números atómicos son 21 (Sc), 39 (Y), 57 (La) a 71 (Lu).
La historia del descubrimiento de elementos de tierras raras
En 1787, el sueco CA Arrhenius encontró un mineral negro inusual de un metal de tierras raras en la pequeña ciudad de Ytterby, cerca de Estocolmo. En 1794, el finlandés J. Gadolin aisló de él una nueva sustancia. Tres años más tarde (1797), el sueco AG Ekeberg confirmó este descubrimiento y llamó a la nueva sustancia itria (tierra de itrio) en honor al lugar donde fue descubierta. Posteriormente, en memoria de la Gadolinita, este tipo de mineral pasó a denominarse gadolinita. En 1803, los químicos alemanes MH Klaproth, los químicos suecos JJ Berzelius y W. Hisinger descubrieron una nueva sustancia, la ceria, a partir de un mineral (mineral de silicato de cerio). En 1839, el sueco CG Mosander descubrió el lantano. En 1843, Musander descubrió nuevamente el terbio y el erbio. En 1878, el suizo Marinac descubrió el iterbio. En 1879, los franceses descubrieron el samario, los suecos descubrieron el holmio y el tulio, y los suecos descubrieron el escandio. En 1880, el suizo Marinac descubrió el gadolinio. En 1885, el austriaco A. von Welsbach descubrió el praseodimio y el neodimio. En 1886, Bouvabadrand descubrió el disprosio. En 1901, el francés EA Demarcay descubrió el europio. En 1907, el francés G. Urban descubrió el lutecio. En 1947, estadounidenses como JA Marinsky obtuvieron prometio a partir de productos de fisión de uranio. Pasaron más de 150 años desde la separación del itrio terrestre por parte de Gadolin en 1794 hasta la producción de prometio en 1947.
Aplicación de elementos de tierras raras
elementos de tierras rarasSe conocen como "vitaminas industriales" y tienen excelentes propiedades magnéticas, ópticas y eléctricas irremplazables, lo que desempeña un papel muy importante en la mejora del rendimiento del producto, el aumento de la variedad de productos y la mejora de la eficiencia de la producción. Debido a su gran efecto y baja dosis, las tierras raras se han convertido en un elemento importante para mejorar la estructura del producto, aumentar el contenido tecnológico y promover el progreso tecnológico de la industria. Se han utilizado ampliamente en campos como la metalurgia, el ejército, la petroquímica, la vitrocerámica, la agricultura y los nuevos materiales.
Industria metalúrgica
tierras rarasSe ha aplicado en el campo metalúrgico durante más de 30 años y ha formado tecnologías y procesos relativamente maduros. La aplicación de tierras raras en acero y metales no ferrosos es un campo amplio y amplio con amplias perspectivas. La adición de metales de tierras raras, fluoruros y siliciuros al acero puede desempeñar un papel en el refinado, la desulfuración, la neutralización de impurezas dañinas de bajo punto de fusión y la mejora del rendimiento del procesamiento del acero; La aleación de hierro y silicio de tierras raras y la aleación de magnesio y silicio de tierras raras se utilizan como agentes esferoidizantes para producir hierro dúctil de tierras raras. Debido a su especial idoneidad para producir piezas complejas de hierro dúctil con requisitos especiales, este tipo de hierro dúctil se usa ampliamente en industrias de fabricación mecánica como automóviles, tractores y motores diésel; Agregar metales de tierras raras a aleaciones no ferrosas como magnesio, aluminio, cobre, zinc y níquel puede mejorar las propiedades físicas y químicas de la aleación, así como mejorar sus propiedades mecánicas a temperatura ambiente y a alta temperatura.
Campo militar
Debido a sus excelentes propiedades físicas, como la fotoelectricidad y el magnetismo, las tierras raras pueden formar una amplia variedad de nuevos materiales con diferentes propiedades y mejorar enormemente la calidad y el rendimiento de otros productos. Por eso se le conoce como “oro industrial”. En primer lugar, la adición de tierras raras puede mejorar significativamente el rendimiento táctico del acero, las aleaciones de aluminio, las aleaciones de magnesio y las aleaciones de titanio utilizadas en la fabricación de tanques, aviones y misiles. Además, las tierras raras también se pueden utilizar como lubricantes para muchas aplicaciones de alta tecnología, como la electrónica, los láseres, la industria nuclear y la superconductividad. Una vez que la tecnología de tierras raras se utilice en el ámbito militar, inevitablemente se producirá un salto en la tecnología militar. En cierto sentido, el control abrumador del ejército estadounidense en varias guerras locales después de la Guerra Fría, así como su capacidad para matar abiertamente a enemigos con impunidad, se debe a su tecnología de tierras raras, como el Superman.
Industria petroquímica
Los elementos de tierras raras se pueden utilizar para fabricar catalizadores de tamiz molecular en la industria petroquímica, con ventajas como alta actividad, buena selectividad y fuerte resistencia al envenenamiento por metales pesados. Por tanto, han sustituido a los catalizadores de silicato de aluminio para procesos de craqueo catalítico de petróleo; En el proceso de producción de amoníaco sintético, se utiliza una pequeña cantidad de nitrato de tierras raras como cocatalizador y su capacidad de procesamiento de gas es 1,5 veces mayor que la del catalizador de níquel y aluminio; En el proceso de síntesis de caucho cis-1,4-polibutadieno y caucho de isopreno, el producto obtenido utilizando un catalizador de cicloalcanoato de tierras raras triisobutilaluminio tiene un rendimiento excelente, con ventajas tales como menos adhesivo en el equipo, operación estable y proceso de postratamiento corto. ; Los óxidos compuestos de tierras raras también se pueden utilizar como catalizadores para purificar los gases de escape de los motores de combustión interna, y el naftenato de cerio también se puede utilizar como agente secador de pintura.
vitrocerámica
La aplicación de elementos de tierras raras en la industria del vidrio y la cerámica de China ha aumentado a una tasa promedio del 25% desde 1988, alcanzando aproximadamente 1600 toneladas en 1998. Las cerámicas de vidrio de tierras raras no son sólo materiales básicos tradicionales para la industria y la vida diaria, sino también un Miembro importante del campo de la alta tecnología. Los óxidos de tierras raras o los concentrados de tierras raras procesados se pueden utilizar ampliamente como polvos de pulido para vidrio óptico, lentes para gafas, tubos de cuadros, tubos de osciloscopio, vajillas de vidrio plano, plástico y metal; En el proceso de fusión del vidrio, se puede utilizar dióxido de cerio para tener un fuerte efecto de oxidación sobre el hierro, reduciendo el contenido de hierro en el vidrio y logrando el objetivo de eliminar el color verde del vidrio; La adición de óxidos de tierras raras puede producir vidrio óptico y vidrio especial para diferentes propósitos, incluido vidrio que puede absorber rayos ultravioleta, vidrio resistente al ácido y al calor, vidrio resistente a los rayos X, etc. Agregar elementos de tierras raras a los esmaltes cerámicos y de porcelana puede reducir la fragmentación de los esmaltes y hacer que los productos presenten diferentes colores y brillos, lo que los hace ampliamente utilizados en la industria cerámica.
Agricultura
Los resultados de la investigación indican que los elementos de tierras raras pueden aumentar el contenido de clorofila de las plantas, mejorar la fotosíntesis, promover el desarrollo de las raíces y aumentar la absorción de nutrientes por las raíces. Los elementos de tierras raras también pueden promover la germinación de las semillas, aumentar la tasa de germinación de las semillas y promover el crecimiento de las plántulas. Además de las funciones principales mencionadas anteriormente, también tiene la capacidad de mejorar la resistencia a las enfermedades, al frío y a la sequía de ciertos cultivos. Numerosos estudios también han demostrado que el uso de concentraciones adecuadas de elementos de tierras raras puede promover la absorción, transformación y utilización de nutrientes por parte de las plantas. La pulverización de elementos de tierras raras puede aumentar el contenido de Vc, el contenido total de azúcar y la proporción de ácido de azúcar de las manzanas y los cítricos, promoviendo la coloración de la fruta y la maduración temprana. Y puede suprimir la intensidad respiratoria durante el almacenamiento y reducir la tasa de descomposición.
Nuevo campo de materiales
El material magnético permanente de neodimio, hierro y boro de tierras raras, con alta remanencia, alta coercitividad y producto de alta energía magnética, se usa ampliamente en las industrias electrónica y aeroespacial y en el accionamiento de turbinas eólicas (especialmente adecuado para plantas de energía marinas); Los monocristales y policristales de ferrita tipo granate formados por la combinación de óxidos puros de tierras raras y óxido férrico se pueden utilizar en las industrias electrónica y de microondas; El granate de itrio y aluminio y el vidrio de neodimio fabricados con óxido de neodimio de alta pureza se pueden utilizar como materiales láser sólidos; Los hexaboruros de tierras raras se pueden utilizar como materiales catódicos para la emisión de electrones; El lantano níquel metálico es un material de almacenamiento de hidrógeno desarrollado recientemente en la década de 1970; El cromato de lantano es un material termoeléctrico de alta temperatura; En la actualidad, países de todo el mundo han logrado avances en el desarrollo de materiales superconductores mediante el uso de óxidos a base de bario modificados con elementos de bario, itrio, cobre y oxígeno, que pueden obtener superconductores en el rango de temperatura del nitrógeno líquido. Además, las tierras raras se utilizan ampliamente en la iluminación de fuentes de luz mediante métodos como el polvo fluorescente, el polvo fluorescente de pantalla intensificadora, el polvo fluorescente de tres colores primarios y el polvo de lámpara de copia (pero debido al alto costo causado por el aumento de los precios de las tierras raras, sus aplicaciones en iluminación van disminuyendo paulatinamente), así como productos electrónicos como televisores de proyección y tablets; En agricultura, la aplicación de pequeñas cantidades de nitrato de tierras raras a los cultivos extensivos puede aumentar su rendimiento entre un 5% y un 10%; En la industria textil ligera, los cloruros de tierras raras también se utilizan ampliamente para curtir pieles, teñir pieles, teñir lana y teñir alfombras; Los elementos de tierras raras se pueden utilizar en convertidores catalíticos de automóviles para convertir los principales contaminantes en compuestos no tóxicos durante el escape del motor.
Otras aplicaciones
Los elementos de tierras raras también se aplican a diversos productos digitales, incluidos dispositivos audiovisuales, de fotografía y de comunicación, y cumplen múltiples requisitos, como ser más pequeños, más rápidos, más livianos, con mayor tiempo de uso y conservación de energía. Al mismo tiempo, también se ha aplicado a múltiples campos, como la energía verde, la atención sanitaria, la purificación del agua y el transporte.
Hora de publicación: 16 de agosto de 2023