Magic Rare Earth Element: "מלך המגנט הקבוע"-ניאודימיום

bastnasite

ניאודימיום, מספר אטומי 60, משקל אטומי 144.24, בעל תכולה של 0.00239% בקרום, קיים בעיקר במונאזיט ובסטנאזיט. ישנם שבעה איזוטופים של ניאודימיום בטבע: ניאודימיום 142, 143, 144, 145, 146, 148 ו-150, ביניהם ניאודימיום 142 בעל התוכן הגבוה ביותר. עם לידתו של הפראזודימיום, נאודיום נוצר. הגעתו של הנאודימיום הפעילה את שדה האדמה הנדירה ומילאה בו תפקיד חשוב.ומשפיעה על שוק האדמה הנדירה.

גילוי של ניאודימיום

קרל אורבון ולסבאך (1858-1929), מגלה הנאודימיום

בשנת 1885 גילה הכימאי האוסטרי קרל אורבון ולסבאך קרל אור פון ולסבאך את הנאודימיום בווינה. הוא הפריד את הניאודימיום והפראזודימיום מחומרי ניאודימיום סימטריים על ידי הפרדה והתגבשות אמוניום חנקתי טטראהידראט מחומצה חנקתית, ובמקביל הופרד על ידי ניתוח ספקטרלי, אך הוא לא הופרד בצורה טהורה יחסית עד 1925.

מאז שנות ה-50, ניאודימיום בטוהר גבוה (מעל 99%) הושג בעיקר בתהליך חילופי יונים של מונזיט. המתכת עצמה מתקבלת על ידי אלקטרוליזה של מלח ההלידי שלה. כיום, רוב הנאודימיום מופק מ-(Ce,La,Nd,Pr)CO3F בבאסטה נתניט ומטוהר על ידי מיצוי ממס. רזרבה לטיהור חילופי יונים בטוהר הגבוה ביותר (בדרך כלל > 99.99%) להכנה. מכיוון שקשה להסיר את השריד האחרון של פרסאודימיום בעידן שבו הייצור תלוי בטכנולוגיית התגבשות מדרגה, לזכוכית הנאודימיום המוקדמת שיוצרה בשנות ה-30 יש צבע סגול טהור יותר וגוון צבע אדום או כתום יותר מהגרסה המודרנית.

מתכת ניאודימיום

לנאודימיום מתכתי יש ברק מתכתי כסף בהיר, נקודת התכה של 1024 מעלות צלזיוס, צפיפות של 7.004 גרם/ס"מ ופראמגנטיות. ניאודימיום היא אחת ממתכות האדמה הנדירות הפעילות ביותר, אשר מתחמצנת במהירות ומתכהה באוויר, ואז יוצרת שכבת תחמוצת ואז מתקלפת, וחושפת את המתכת לחמצון נוסף. לכן, דגימת הנאודימיום בגודל של סנטימטר אחד מתחמצנת לחלוטין תוך שנה. הוא מגיב לאט במים קרים ומהר במים חמים.

תצורה אלקטרונית של ניאודימיום

תצורה אלקטרונית:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f4

ביצועי הלייזר של ניאודימיום נגרמים על ידי מעבר של אלקטרונים מסלוליים 4f בין רמות אנרגיה שונות. חומר לייזר זה נמצא בשימוש נרחב בתקשורת, אחסון מידע, טיפול רפואי, עיבוד שבבי וכו'. ביניהם, נופך אלומיניום איטריום Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd) נמצא בשימוש נרחב עם ביצועים מעולים, ונופך גדוליניום סקנדיום גליום מסומם ב-Nd עם נופך גבוה יותר יְעִילוּת.

יישום של ניאודימיום

המשתמש הגדול ביותר של ניאודימיום הוא חומר מגנט קבוע של NdFeB. מגנט NdFeB נקרא "מלך המגנטים הקבועים" בגלל תוצר האנרגיה המגנטית הגבוהה שלו. הוא נמצא בשימוש נרחב באלקטרוניקה, מכונות ותעשיות אחרות בשל הביצועים המצוינים שלו. פרנסיס וול, פרופסור לכרייה יישומית בבית הספר לכרייה קמברלנד, אוניברסיטת אקסטר, בריטניה, אמר: "במונחים של מגנטים, אין באמת שום דבר שיכול להתחרות בנאודימיום. הפיתוח המוצלח של ספקטרומטר מגנטי אלפא מצביע על כך שהתכונות המגנטיות ממגנטי NdFeB בסין נכנסו לרמה ברמה עולמית.

מגנט ניאודימיום בדיסק קשיח

ניתן להשתמש בניאודימיום לייצור קרמיקה, זכוכית סגולה בהירה, אודם מלאכותי בלייזר וזכוכית מיוחדת שיכולה לסנן קרני אינפרא אדום. משמש יחד עם פרסאודימיום לייצור משקפי מגן למפוחי זכוכית.

הוספת תחמוצת ננו ניאודימיום של 1.5% ~ 2.5% לתוך מגנזיום או סגסוגת אלומיניום יכולה לשפר את ביצועי הטמפרטורה הגבוהה, אטימות האוויר ועמידות הקורוזיה של הסגסוגת, והיא נמצאת בשימוש נרחב כחומר תעופה וחלל לתעופה.

נופך אלומיניום ננו-איטריום המסומם בתחמוצת ננו-נאודימיום מייצר קרן לייזר עם גלים קצרים, שנמצאת בשימוש נרחב לריתוך וחיתוך חומרים דקים בעובי מתחת ל-10 מ"מ בתעשייה.

Nd: מוט לייזר YAG

בטיפול רפואי, ננו איטריום אלומיניום לייזר מסומם בננו ניאודימיום אוקסיד משמש להסרת פצעי ניתוח או חיטוי פצעים במקום סכיני ניתוח.

זכוכית ניאודימיום מיוצרת על ידי הוספת תחמוצת ניאודימיום להמסת זכוכית. לבנדר מופיע בדרך כלל בזכוכית ניאודימיום תחת אור שמש או מנורת ליבון, אך כחול בהיר מופיע תחת תאורת מנורת פלורסנט. ניתן להשתמש בניאודימיום לצביעת גוונים עדינים של זכוכית כמו סגול טהור, אדום יין ואפור חם.

זכוכית ניאודימיום

עם התפתחות המדע והטכנולוגיה וההרחבה וההרחבה של המדע והטכנולוגיה של כדור הארץ הנדירים, לנאודימיום יהיה מרחב ניצול רחב יותר