אומרים שרק על ידי הוספתם ניתן לשפר את ביצועי החומר

ניתן להשתמש בצריכה של אדמה נדירה במדינה כדי לקבוע את רמתה התעשייתית. לא ניתן להפריד כל חומר, רכיבים וציוד גבוהים, מדויקים ומתקדמים ממתכות נדירות. מדוע אותה פלדה הופכת אחרים ליותר עמידים בפני קורוזיה ממך? האם זה אותו ציר כלי מכונה שאחרים עמידים ומדויקים יותר ממך? האם זה גם גביש בודד שאחרים יכולים להגיע לטמפרטורה גבוהה של 1650 מעלות צלזיוס? למה לזכוכית של מישהו אחר יש מקדם שבירה כל כך גבוה? מדוע טויוטה יכולה להשיג את היעילות התרמית הגבוהה בעולם של מכונית של 41%? כל אלה קשורים ליישום של מתכות נדירות.

מתכות אדמה נדירות, הידוע גם בשם יסודות אדמה נדירים, הם כינוי כולל ל-17 יסודות שלסקנדיום, איטריום, וסדרות lanthanide בקבוצת הטבלה המחזורית IIIB, המיוצגת בדרך כלל על ידי R או RE. סקנדיום ואיטריום נחשבים ליסודות אדמה נדירים מכיוון שלעתים קרובות הם מתקיימים יחד עם יסודות לנתניד במרבצי מינרלים ובעלי תכונות כימיות דומות.

בניגוד לשמו, השפע של יסודות אדמה נדירים (למעט פרומתיום) בקרום גבוה למדי, כאשר הצריום מדורג במקום ה-25 בשפע היסודות הקרוםיים, המהווה 0.0068% (קרוב לנחושת). עם זאת, בשל תכונותיו הגיאוכימיות, אלמנטים נדירים של אדמה נדירים מועשרים לרמה ניתנת לניצול כלכלית. שמם של יסודות אדמה נדירים נגזר ממחסורם. המינרל הנדיר הראשון שהתגלה על ידי בני האדם היה עפרות סיליקון בריליום איטריום שהופק ממכרה בכפר איטרבי, שבדיה, שם מקורם של שמות רבים של יסודות אדמה נדירים.

השמות והסמלים הכימיים שלהם הםSc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Yb, and Lu. המספרים האטומיים שלהם הם 21 (Sc), 39 (Y), 57 (La) עד 71 (Lu).

היסטוריית הגילוי של אלמנטים נדירים של כדור הארץ

בשנת 1787, CA Arrhenius השבדית מצאה עפרה שחורה מתכת נדירה אדמה נדירה בעיירה הקטנה איטרבי ליד שטוקהולם. בשנת 1794 בודדה J. Gadolin הפינית ממנו חומר חדש. שלוש שנים לאחר מכן (1797), אישרה AG Ekeberg השוודית את התגלית הזו וקראה לחומר החדש איטריה (איטריום אדמה) על שם המקום בו התגלה. מאוחר יותר, לזכרו של גדוליניט, סוג זה של עפרות נקרא גדוליניט. בשנת 1803 גילו הכימאים הגרמנים MH Klaproth, הכימאים השוודים JJ Berzelius ו-W. Hisinger חומר חדש - ceria - מעפרה (עפרת סריום סיליקט). בשנת 1839 גילה השבדי CG Mosander את לנתנום. בשנת 1843 גילה מוסנדר שוב את הטרביום והארביום. בשנת 1878 גילתה מרינאק השוויצרית את האיטרביום. בשנת 1879 גילו הצרפתים את הסמריום, השוודים גילו את הוליום ותוליום, והשבדי גילה סקנדיום. בשנת 1880 גילתה מרינאק השוויצרית את גדוליניום. בשנת 1885 גילה האוסטרי א. פון ולס באך את הפראזודימיום והניאודימיום. בשנת 1886 גילה בובאבאדראנד את דיספרוזיום. בשנת 1901 גילה הצרפתי EA Demarcay את הארופיום. בשנת 1907 גילה הצרפתי ג'י אורבן את הלוטטיום. בשנת 1947, אמריקאים כמו JA Marinsky השיגו פרומתיום ממוצרי ביקוע אורניום. זה לקח יותר מ-150 שנה מהפרדת אדמה איטריום על ידי גדולין ב-1794 ועד לייצור פרומתיום ב-1947.

יישום של אלמנטים נדירים של כדור הארץ

יסודות אדמה נדיריםידועים כ"ויטמינים תעשייתיים" ובעלי תכונות מגנטיות, אופטיות וחשמליות מצוינות שאין להן תחליף, המשחקים תפקיד עצום בשיפור ביצועי המוצר, הגדלת מגוון המוצרים ושיפור יעילות הייצור. בשל השפעתו הגדולה והמינון הנמוך, כדורי אדמה נדירים הפכו למרכיב חשוב בשיפור מבנה המוצר, הגדלת התוכן הטכנולוגי וקידום התקדמות טכנולוגית בתעשייה. נעשה בהם שימוש נרחב בתחומים כמו מטלורגיה, צבא, פטרוכימיה, קרמיקת זכוכית, חקלאות וחומרים חדשים.

תעשייה מתכות

אדמה נדירהמיושם בתחום המטלורגי כבר יותר מ-30 שנה, ויצר טכנולוגיות ותהליכים בוגרים יחסית. היישום של אדמה נדירה בפלדה ובמתכות לא ברזליות הוא תחום גדול ורחב טווח עם סיכויים רחבים. תוספת של מתכות נדירות של אדמה, פלואורידים וסיליקידים לפלדה יכולה למלא תפקיד בזיקוק, הסרת גופרית, נטרול זיהומים מזיקים בנקודת התכה נמוכה ושיפור ביצועי העיבוד של פלדה; סגסוגת ברזל סיליקון אדמה נדירה וסגסוגת מגנזיום סיליקון אדמה נדירה משמשות כחומרי כדוריות לייצור ברזל רקיע של אדמה נדירה. בשל התאמתם המיוחדת לייצור חלקי ברזל רקיע מורכבים עם דרישות מיוחדות, סוג זה של ברזל רקיע נמצא בשימוש נרחב בתעשיות ייצור מכני כגון מכוניות, טרקטורים ומנועי דיזל; הוספת מתכות אדמה נדירות לסגסוגות לא ברזליות כגון מגנזיום, אלומיניום, נחושת, אבץ וניקל יכולה לשפר את התכונות הפיזיקליות והכימיות של הסגסוגת, כמו גם לשפר את טמפרטורת החדר ואת התכונות המכניות שלה בטמפרטורה גבוהה.
שדה צבאי

בשל תכונותיו הפיזיקליות המצוינות כגון פוטואלקטריות ומגנטיות, כדורי אדמה נדירים יכולים ליצור מגוון רחב של חומרים חדשים בעלי תכונות שונות ולשפר מאוד את האיכות והביצועים של מוצרים אחרים. לכן, זה ידוע בשם "זהב תעשייתי". ראשית, תוספת של כדורי אדמה נדירים יכולה לשפר משמעותית את הביצועים הטקטיים של פלדה, סגסוגות אלומיניום, סגסוגות מגנזיום וסגסוגות טיטניום המשמשות בייצור של טנקים, מטוסים וטילים. בנוסף, כדורי אדמה נדירים יכולים לשמש גם כחומרי סיכה ליישומי היי-טק רבים כמו אלקטרוניקה, לייזרים, תעשייה גרעינית ומוליכות-על. ברגע שנעשה שימוש בטכנולוגיית אדמה נדירה בצבא, היא תביא בהכרח לזינוק בטכנולוגיה הצבאית. במובן מסוים, השליטה הגורפת של צבא ארה"ב במספר מלחמות מקומיות לאחר המלחמה הקרה, כמו גם יכולתו להרוג אויבים בגלוי ללא עונש, נובעים מטכנולוגיית האדמה הנדירה שלו, כמו סופרמן.

תעשייה פטרוכימית

ניתן להשתמש ביסודות אדמה נדירים לייצור זרזים של מסננות מולקולריות בתעשייה הפטרוכימית, עם יתרונות כמו פעילות גבוהה, סלקטיביות טובה ועמידות חזקה בפני הרעלת מתכות כבדות. לכן, הם החליפו זרזי אלומיניום סיליקט לתהליכי פיצוח קטליטי של נפט; בתהליך הייצור של אמוניה סינתטית, כמות קטנה של חנקת אדמה נדירה משמשת כזרז משותף, ויכולת עיבוד הגז שלה גדולה פי 1.5 מזו של זרז ניקל אלומיניום; בתהליך של סינתזה של גומי cis-1,4-polybutadiene וגומי איזופרן, למוצר המתקבל באמצעות זרז טריאיזובוטיל אלומיניום ציקלואלקנואט אדמה נדירה יש ביצועים מצוינים, עם יתרונות כמו פחות תליית דבק בציוד, פעולה יציבה ותהליך קצר לאחר טיפול. ; תחמוצות אדמה נדירות מורכבות יכולות לשמש גם כזרזים לטיהור גזי פליטה ממנועי בעירה פנימית, וצריום נפטנאט יכול לשמש גם כחומר לייבוש צבע.

זכוכית-קרמיקה

היישום של יסודות אדמה נדירים בתעשיית הזכוכית והקרמיקה בסין גדל בשיעור ממוצע של 25% מאז 1988, והגיע לכ-1600 טון בשנת 1998. קרמיקת זכוכית אדמה נדירה היא לא רק חומרים בסיסיים מסורתיים לתעשייה ולחיי היומיום, אלא גם חבר מרכזי בתחום ההייטק. תחמוצות אדמה נדירות או תרכיזי אדמה נדירים מעובדים יכולים לשמש באופן נרחב כאבקות ליטוש לזכוכית אופטית, עדשות משקפיים, צינורות תמונה, צינורות אוסילוסקופ, זכוכית שטוחה, פלסטיק וכלי שולחן מתכת; בתהליך המסת הזכוכית ניתן להשתמש בצריום דו חמצני כדי להשפיע על השפעת חמצון חזקה על הברזל, להפחית את תכולת הברזל בזכוכית ולהשיג את המטרה של הסרת הצבע הירוק מהזכוכית; הוספת תחמוצות אדמה נדירות יכולה לייצר זכוכית אופטית וזכוכית מיוחדת למטרות שונות, כולל זכוכית שיכולה לספוג קרניים אולטרה סגולות, זכוכית עמידה לחומצה וחום, זכוכית עמידה בפני רנטגן וכו'; הוספת אלמנטים נדירים של אדמה לזיגוג קרמיקה ופורצלן יכולה להפחית את פיצול הזיגוגים ולגרום למוצרים להציג צבעים וגלוסים שונים, מה שהופך אותם לשימוש נרחב בתעשיית הקרמיקה.

חַקלָאוּת

תוצאות המחקר מצביעות על כך שיסודות אדמה נדירים יכולים להגביר את תכולת הכלורופיל של צמחים, לשפר את הפוטוסינתזה, לקדם התפתחות שורשים ולהגביר את ספיגת החומרים התזונתיים על ידי השורשים. יסודות אדמה נדירים יכולים גם לקדם את נביטת הזרעים, להגביר את קצב נביטת הזרעים ולקדם את צמיחת שתילים. בנוסף לפונקציות העיקריות שהוזכרו לעיל, יש לו גם את היכולת לשפר את העמידות למחלות, עמידות בפני קור ועמידות לבצורת של גידולים מסוימים. מחקרים רבים הראו גם ששימוש בריכוזים מתאימים של יסודות אדמה נדירים יכול לקדם את הספיגה, הטרנספורמציה והניצול של חומרים מזינים על ידי צמחים. ריסוס של יסודות אדמה נדירים יכול להגדיל את תכולת ה-Vc, תכולת הסוכר הכוללת ויחס חומצות הסוכר של תפוח ופירות הדר, לקדם את צבע הפירות וההבשלה המוקדמת. וזה יכול לדכא את עוצמת הנשימה במהלך האחסון ולהפחית את קצב הריקבון.

תחום חומרים חדש

חומר מגנט קבוע מברזל בורון ניאודימיום נדיר, בעל רזולוציה גבוהה, כושר כפייה גבוה ותוצר אנרגיה מגנטית גבוהה, נמצא בשימוש נרחב בתעשיות האלקטרוניות והחלל והנעת טורבינות רוח (מתאים במיוחד לתחנות כוח ימיות); ניתן להשתמש בתעשיות המיקרוגל והאלקטרוניקה, גבישי פריט בודדים ופולי-גבישים מסוג גרנט הנוצרים על ידי שילוב של תחמוצות אדמה נדירות טהורות ותחמוצת ברזל; נופך אלומיניום איטריום וזכוכית ניאודימיום עשויים תחמוצת ניאודימיום בטוהר גבוה יכולים לשמש כחומרי לייזר מוצקים; hexaborides של אדמה נדירה יכולים לשמש כחומרי קתודה לפליטת אלקטרונים; מתכת ניקל לנתנום היא חומר חדש לאחסון מימן שפותח בשנות ה-70; לנתנום כרומט הוא חומר תרמו-אלקטרי בטמפרטורה גבוהה; נכון לעכשיו, מדינות ברחבי העולם עשו פריצות דרך בפיתוח חומרים מוליכים על ידי שימוש בתחמוצות מבוססות בריום ששונו עם יסודות חמצן בריום איטריום נחושת, שיכולים להשיג מוליכים בטווח טמפרטורת החנקן הנוזלי. בנוסף, כדורי אדמה נדירים נמצאים בשימוש נרחב בהדלקת מקורות אור באמצעות שיטות כגון אבקת פלורסנט, אבקת פלורסנט מתעצמת מסך, אבקת פלורסנט בשלושה צבעים ראשוניים, ואבקת מנורות העתקה (אך בשל העלות הגבוהה שנגרמה מהעלייה במחירי האדמה הנדירים, היישומים שלהם בתאורה פוחתים בהדרגה), כמו גם מוצרים אלקטרוניים כגון טלוויזיות הקרנה וטאבלטים; בחקלאות, יישום כמויות עקבות של חנקת אדמה נדירה על גידולי שדה יכולה להגדיל את התשואה שלהם ב-5-10%; בתעשיית הטקסטיל הקל, כלורידי אדמה נדירים נמצאים בשימוש נרחב גם בשיזוף פרוות, צביעת פרווה, צביעת צמר וצביעת שטיחים; ניתן להשתמש ביסודות אדמה נדירים בממירים קטליטיים לרכב כדי להמיר מזהמים עיקריים לתרכובות לא רעילות במהלך פליטת המנוע.

יישומים אחרים

רכיבי אדמה נדירים מיושמים גם על מוצרים דיגיטליים שונים, כולל מכשירי אודיו-ויזואל, צילום ותקשורת, העומדים בדרישות מרובות כגון קטן יותר, מהיר יותר, קל יותר, זמן שימוש ארוך יותר וחיסכון באנרגיה. במקביל, הוא יושם גם בתחומים מרובים כמו אנרגיה ירוקה, שירותי בריאות, טיהור מים ותחבורה.