Il consumo di terre rare in un paese può essere utilizzato per determinarne il livello industriale. Qualsiasi materiale, componente e attrezzatura di alta qualità, precisione e avanzata non può essere separato dai metalli rari. Perché lo stesso acciaio rende gli altri più resistenti alla corrosione di te? È lo stesso mandrino della macchina utensile che altri sono più durevoli e precisi di te? È anche un monocristallo che gli altri possono raggiungere la temperatura elevata di 1650°C? Perché il vetro di qualcun altro ha un indice di rifrazione così alto? Perché Toyota riesce a raggiungere l'efficienza termica automobilistica più alta al mondo, pari al 41%? Questi sono tutti legati all'applicazione di metalli rari.
Metalli delle terre rare, noti anche come elementi delle terre rare, sono un termine collettivo per 17 elementi delscandio, ittrioe le serie dei lantanidi nel gruppo IIIB della tavola periodica, comunemente rappresentato da R o RE. Lo scandio e l'ittrio sono considerati elementi delle terre rare perché spesso coesistono con elementi lantanidi nei depositi minerali e hanno proprietà chimiche simili.
A differenza di quanto suggerisce il nome, l'abbondanza di elementi delle terre rare (escluso il promezio) nella crosta è piuttosto elevata, con il cerio al 25° posto nell'abbondanza di elementi crostali, pari allo 0,0068% (vicino al rame). Tuttavia, a causa delle loro proprietà geochimiche, gli elementi delle terre rare raramente vengono arricchiti a un livello economicamente sfruttabile. Il nome degli elementi delle terre rare deriva dalla loro scarsità. Il primo minerale di terre rare scoperto dagli esseri umani è stato il minerale di silicio berillio ittrio estratto da una miniera nel villaggio di Iterbi, in Svezia, da dove hanno avuto origine molti nomi di elementi di terre rare.
I loro nomi e simboli chimici lo sonoSc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Yb e Lu. I loro numeri atomici sono 21 (Sc), 39 (Y), 57 (La) a 71 (Lu).
La storia della scoperta degli elementi delle terre rare
Nel 1787, lo svedese CA Arrhenius trovò un insolito minerale nero di metallo delle terre rare nella piccola città di Ytterby vicino a Stoccolma. Nel 1794, il finlandese J. Gadolin ne isolò una nuova sostanza. Tre anni dopo (1797), l'AG svedese Ekeberg confermò questa scoperta e chiamò la nuova sostanza ittria (terra di ittrio) dal luogo in cui fu scoperta. Successivamente, in ricordo della Gadolinite, questo tipo di minerale venne chiamato gadolinite. Nel 1803, i chimici tedeschi MH Klaproth, i chimici svedesi JJ Berzelius e W. Hisinger scoprirono una nuova sostanza - la ceria - da un minerale (minerale di silicato di cerio). Nel 1839, lo svedese CG Mosander scoprì il lantanio. Nel 1843 Musander scoprì nuovamente il terbio e l'erbio. Nel 1878, lo svizzero Marinac scoprì l'itterbio. Nel 1879 i francesi scoprirono il samario, gli svedesi scoprirono l'olmio e il tulio e gli svedesi scoprirono lo scandio. Nel 1880, lo svizzero Marinac scoprì il gadolinio. Nel 1885 l'austriaco A. von Welsbach scoprì il praseodimio e il neodimio. Nel 1886 Bouvabadrand scoprì il disprosio. Nel 1901, il francese EA Demarcay scoprì l'europio. Nel 1907, il francese G. Urban scoprì il lutezio. Nel 1947, americani come JA Marinsky ottennero il promezio dai prodotti della fissione dell'uranio. Ci sono voluti più di 150 anni dalla separazione della terra di ittrio da parte di Gadolin nel 1794 alla produzione del promezio nel 1947.
Applicazione degli elementi delle terre rare
Elementi delle terre raresono conosciute come "vitamine industriali" e hanno proprietà magnetiche, ottiche ed elettriche eccellenti e insostituibili, svolgendo un ruolo enorme nel miglioramento delle prestazioni del prodotto, nell'aumento della varietà del prodotto e nel miglioramento dell'efficienza produttiva. Grazie al suo ampio effetto e al basso dosaggio, le terre rare sono diventate un elemento importante nel miglioramento della struttura del prodotto, nell’aumento del contenuto tecnologico e nella promozione del progresso tecnologico del settore. Sono stati ampiamente utilizzati in campi quali metallurgia, militare, petrolchimico, vetroceramica, agricoltura e nuovi materiali.
Industria metallurgica
Terra raraè stato applicato nel campo metallurgico per più di 30 anni e ha formato tecnologie e processi relativamente maturi. L'applicazione delle terre rare nell'acciaio e nei metalli non ferrosi è un campo ampio e vasto con ampie prospettive. L'aggiunta di metalli delle terre rare, fluoruri e siliciuri all'acciaio può svolgere un ruolo nella raffinazione, desolforazione, neutralizzazione delle impurità nocive a basso punto di fusione e miglioramento delle prestazioni di lavorazione dell'acciaio; La lega di ferro e silicio delle terre rare e la lega di magnesio e silicio delle terre rare vengono utilizzate come agenti sferoidizzanti per produrre ferro duttile delle terre rare. Grazie alla loro particolare idoneità alla produzione di parti complesse in ghisa sferoidale con requisiti speciali, questo tipo di ghisa sferoidale è ampiamente utilizzato nelle industrie manifatturiere meccaniche come automobili, trattori e motori diesel; L'aggiunta di metalli delle terre rare a leghe non ferrose come magnesio, alluminio, rame, zinco e nichel può migliorare le proprietà fisiche e chimiche della lega, nonché migliorarne la temperatura ambiente e le proprietà meccaniche ad alta temperatura.
Campo militare
Grazie alle sue eccellenti proprietà fisiche come la fotoelettricità e il magnetismo, le terre rare possono formare un'ampia varietà di nuovi materiali con proprietà diverse e migliorare notevolmente la qualità e le prestazioni di altri prodotti. Pertanto, è noto come "oro industriale". In primo luogo, l’aggiunta di terre rare può migliorare significativamente le prestazioni tattiche di acciaio, leghe di alluminio, leghe di magnesio e leghe di titanio utilizzate nella produzione di carri armati, aerei e missili. Inoltre, le terre rare possono essere utilizzate anche come lubrificanti per molte applicazioni high-tech come l’elettronica, i laser, l’industria nucleare e la superconduttività. Una volta che la tecnologia delle terre rare verrà utilizzata in ambito militare, ciò comporterà inevitabilmente un salto di qualità nella tecnologia militare. In un certo senso, il controllo schiacciante dell’esercito americano in diverse guerre locali dopo la Guerra Fredda, così come la sua capacità di uccidere apertamente i nemici e impunemente, deriva dalla sua tecnologia delle terre rare, come quella di Superman.
Industria petrolchimica
Gli elementi delle terre rare possono essere utilizzati per produrre catalizzatori a setaccio molecolare nell'industria petrolchimica, con vantaggi quali elevata attività, buona selettività e forte resistenza all'avvelenamento da metalli pesanti. Pertanto, hanno sostituito i catalizzatori di silicato di alluminio per i processi di cracking catalitico del petrolio; Nel processo di produzione dell'ammoniaca sintetica, una piccola quantità di nitrato di terre rare viene utilizzata come cocatalizzatore e la sua capacità di trattamento del gas è 1,5 volte maggiore di quella del catalizzatore di nichel-alluminio; Nel processo di sintesi della gomma cis-1,4-polibutadiene e della gomma isoprene, il prodotto ottenuto utilizzando un catalizzatore di alluminio triisobutilico cicloalcanoato di terre rare ha prestazioni eccellenti, con vantaggi come una minore sospensione dell'adesivo sull'attrezzatura, un funzionamento stabile e un breve processo di post-trattamento ; Gli ossidi compositi delle terre rare possono anche essere utilizzati come catalizzatori per purificare i gas di scarico dei motori a combustione interna e il naftenato di cerio può anche essere utilizzato come agente essiccante per vernici.
Vetroceramica
L'applicazione degli elementi delle terre rare nell'industria cinese del vetro e della ceramica è aumentata a un tasso medio del 25% dal 1988, raggiungendo circa 1600 tonnellate nel 1998. Le ceramiche di vetro delle terre rare non sono solo materiali di base tradizionali per l'industria e la vita quotidiana, ma anche un uno dei principali esponenti del settore high-tech. Gli ossidi di terre rare o i concentrati di terre rare lavorati possono essere ampiamente utilizzati come polveri lucidanti per vetro ottico, lenti per occhiali, tubi catodici, tubi per oscilloscopi, vetro piano, plastica e stoviglie in metallo; Nel processo di fusione del vetro, il biossido di cerio può essere utilizzato per avere un forte effetto ossidante sul ferro, riducendo il contenuto di ferro nel vetro e raggiungendo l'obiettivo di rimuovere il colore verde dal vetro; L'aggiunta di ossidi di terre rare può produrre vetro ottico e vetro speciale per scopi diversi, incluso vetro in grado di assorbire i raggi ultravioletti, vetro resistente agli acidi e al calore, vetro resistente ai raggi X, ecc.; L'aggiunta di elementi di terre rare agli smalti per ceramica e porcellana può ridurre la frammentazione degli smalti e far sì che i prodotti presentino colori e lucidità diversi, rendendoli ampiamente utilizzati nell'industria ceramica.
Agricoltura
I risultati della ricerca indicano che gli elementi delle terre rare possono aumentare il contenuto di clorofilla delle piante, migliorare la fotosintesi, promuovere lo sviluppo delle radici e aumentare l’assorbimento dei nutrienti da parte delle radici. Gli elementi delle terre rare possono anche favorire la germinazione dei semi, aumentare il tasso di germinazione dei semi e promuovere la crescita delle piantine. Oltre alle funzioni principali sopra menzionate, ha anche la capacità di migliorare la resistenza alle malattie, al freddo e alla siccità di alcune colture. Numerosi studi hanno inoltre dimostrato che l’uso di concentrazioni adeguate di elementi delle terre rare può favorire l’assorbimento, la trasformazione e l’utilizzo dei nutrienti da parte delle piante. La spruzzatura di elementi delle terre rare può aumentare il contenuto di Vc, il contenuto di zucchero totale e il rapporto acido-zucchero di mele e agrumi, promuovendo la colorazione dei frutti e la maturazione precoce. E può sopprimere l'intensità respiratoria durante la conservazione e ridurre il tasso di decadimento.
Campo dei nuovi materiali
Il materiale a magnete permanente al neodimio ferro boro di terre rare, con elevata rimanenza, elevata coercività e prodotto ad alta energia magnetica, è ampiamente utilizzato nelle industrie elettroniche e aerospaziali e nella guida di turbine eoliche (particolarmente adatto per centrali elettriche offshore); I monocristalli e i policristalli di ferrite di tipo granato formati dalla combinazione di ossidi puri di terre rare e ossido ferrico possono essere utilizzati nelle industrie elettroniche e a microonde; Il granato di ittrio e alluminio e il vetro al neodimio realizzati con ossido di neodimio di elevata purezza possono essere utilizzati come materiali laser solidi; Gli esaboruri delle terre rare possono essere utilizzati come materiali catodici per l'emissione di elettroni; Il metallo nichel lantanio è un materiale per lo stoccaggio dell'idrogeno di nuova concezione negli anni '70; Il cromato di lantanio è un materiale termoelettrico ad alta temperatura; Allo stato attuale, i paesi di tutto il mondo hanno fatto passi avanti nello sviluppo di materiali superconduttori utilizzando ossidi a base di bario modificati con elementi di ossigeno bario-ittrio-rame, che possono ottenere superconduttori nell'intervallo di temperature dell'azoto liquido. Inoltre, le terre rare sono ampiamente utilizzate nell'illuminazione di sorgenti luminose attraverso metodi come polvere fluorescente, polvere fluorescente per schermo intensificante, polvere fluorescente a tre colori primari e polvere per lampada da copia (ma a causa dell'elevato costo causato dall'aumento dei prezzi delle terre rare, le loro applicazioni nell'illuminazione stanno gradualmente diminuendo), così come nei prodotti elettronici come televisori e tablet a proiezione; In agricoltura, l’applicazione di tracce di nitrato di terre rare alle colture in pieno campo può aumentarne la resa del 5-10%; Nell'industria tessile leggera, i cloruri delle terre rare sono ampiamente utilizzati anche nella concia delle pellicce, nella tintura delle pellicce, nella tintura della lana e nella tintura dei tappeti; Gli elementi delle terre rare possono essere utilizzati nei convertitori catalitici automobilistici per convertire i principali inquinanti in composti non tossici durante lo scarico del motore.
Altre applicazioni
Gli elementi delle terre rare vengono applicati anche a vari prodotti digitali, inclusi dispositivi audiovisivi, fotografici e di comunicazione, soddisfacendo molteplici requisiti come più piccoli, più veloci, più leggeri, tempi di utilizzo più lunghi e risparmio energetico. Allo stesso tempo, è stato applicato anche a molteplici campi come l’energia verde, la sanità, la purificazione dell’acqua e i trasporti.
Orario di pubblicazione: 16 agosto 2023