国のレアアースの消費量は、その国の産業レベルを決定するために使用できます。高度・精密・先進的な材料・部品・装置はレアメタルと切り離すことができません。同じ鋼材でも、他の鋼材の方が耐食性が高いのはなぜですか?同じ工作機械の主軸でも、他社の方が耐久性や精度が優れているのでしょうか？他にも1650℃の高温に達する単結晶があるのでしょうか？なぜ他人のガラスは屈折率がこれほど高いのでしょうか?なぜトヨタは世界最高の自動車熱効率41％を達成できるのか？これらはすべてレアメタルの応用に関係しています。
希土類金属、希土類元素とも呼ばれ、17 種類の元素の総称です。スカンジウム, イットリウム、および周期表IIIB族のランタニド系列であり、一般にRまたはREで表されます。スカンジウムとイットリウムは、鉱床中でランタニド元素と共存することが多く、同様の化学的性質を持っているため、希土類元素とみなされます。
名前が示すように、地殻中の希土類元素（プロメチウムを除く）の存在量は非常に多く、セリウムは地殻元素存在量で25位にランクされ、0.0068％（銅に近い）を占めます。しかし、その地球化学的特性により、希土類元素は経済的に利用可能なレベルまで濃縮されることはほとんどありません。希土類元素の名前は、その希少性に由来しています。人間によって発見された最初のレアアース鉱物は、スウェーデンのイテルビ村の鉱山から抽出されたシリコン ベリリウム イットリウム鉱石で、多くのレアアース元素の名前の由来となった場所です。
それらの名前と化学記号は次のとおりです。Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Yb、Lu。原子番号は 21 (Sc)、39 (Y)、57 (La) ～ 71 (Lu) です。
レアアース元素の発見の歴史
1787 年、スウェーデンの CA アレニウスは、ストックホルム近くの小さな町イッテルビーで珍しいレアアース金属の黒色鉱石を発見しました。 1794 年、フィンランドの J. ガドリンはそこから新しい物質を単離しました。 3 年後 (1797 年)、スウェーデンの AG Ekeberg はこの発見を確認し、発見された場所にちなんでこの新物質をイットリア (イットリウム土) と名付けました。後に、ガドリナイトを記念して、このタイプの鉱石はガドリナイトと呼ばれるようになりました。 1803年、ドイツの化学者MH Klaproth、スウェーデンの化学者JJ Berzelius、W. Hisingerは、鉱石（ケイ酸セリウム鉱石）から新しい物質セリアを発見しました。 1839 年、スウェーデンの CG モサンダーがランタンを発見しました。 1843 年、ムサンダーはテルビウムとエルビウムを再び発見しました。 1878年、スイスのマリナック社がイッテルビウムを発見した。 1879 年に、フランス人がサマリウムを発見し、スウェーデン人がホルミウムとツリウムを発見し、スウェーデン人がスカンジウムを発見しました。 1880 年にスイスのマリナックがガドリニウムを発見しました。 1885年、オーストリアのA.フォン・ヴェルス・バッハがプラセオジムとネオジムを発見しました。 1886 年、ブーババドランドはジスプロシウムを発見しました。 1901年、フランス人EA Demarcayがユーロピウムを発見しました。 1907 年、フランス人 G. アーバンがルテチウムを発見しました。 1947年、JAマリンスキーなどのアメリカ人はウラン核分裂生成物からプロメチウムを入手した。 1794年にガドリンがイットリウム土を分離してから1947年にプロメチウムが製造されるまで、150年以上かかりました。
希土類元素の応用
希土類元素「産業のビタミン」と呼ばれるこれらは、かけがえのない優れた磁気的、光学的、電気的特性を持ち、製品の性能向上、製品の種類の増加、生産効率の向上に大きな役割を果たしています。レアアースは、その大きな効果と低用量により、製品構造の改善、技術内容の増加、および業界の技術進歩の促進において重要な要素となっています。冶金、軍事、石油化学、ガラスセラミックス、農業、新素材などの分野で幅広く使用されています。
冶金産業
希土類冶金分野では 30 年以上適用されており、比較的成熟した技術とプロセスが形成されています。鉄鋼および非鉄金属へのレアアースの応用は、広い展望を持つ大規模かつ広範囲の分野です。希土類金属、フッ化物、ケイ化物を鋼に添加すると、精製、脱硫、低融点の有害な不純物の中和、鋼の加工性能の向上に役立ちます。希土類ケイ素鉄合金および希土類ケイ素マグネシウム合金は、希土類ダクタイル鉄を製造するための球状化剤として使用されます。このタイプのダクタイル鋳鉄は、特別な要件を持つ複雑なダクタイル鋳鉄部品の製造に特に適しているため、自動車、トラクター、ディーゼルエンジンなどの機械製造業界で広く使用されています。マグネシウム、アルミニウム、銅、亜鉛、ニッケルなどの非鉄合金に希土類金属を添加すると、合金の物理的および化学的特性が改善されるだけでなく、室温および高温での機械的特性も向上します。
軍事分野
レアアースは、光電気や磁気などの優れた物理的特性により、さまざまな特性を持つさまざまな新素材を形成し、他の製品の品質と性能を大幅に向上させることができます。したがって、それは「産業の金」として知られています。まず、レアアースを添加すると、戦車、航空機、ミサイルの製造に使用される鋼鉄、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金の戦術的性能を大幅に向上させることができます。さらに、レアアースは、エレクトロニクス、レーザー、原子力産業、超電導などの多くのハイテク用途の潤滑剤としても使用できます。レアアース技術が軍事利用されれば、軍事技術の飛躍は避けられない。ある意味、冷戦後のいくつかの局地戦争における米軍の圧倒的な支配力と、何の罰も受けずに公然と敵を殺害する能力は、スーパーマンのようなレアアース技術に由来している。
石油化学産業
希土類元素は、石油化学産業でモレキュラーシーブ触媒の製造に使用でき、高活性、良好な選択性、重金属中毒に対する強い耐性などの利点があります。したがって、石油接触分解プロセスではケイ酸アルミニウム触媒の代わりに使用されています。合成アンモニアの製造プロセスでは、助触媒として少量の希土類硝酸塩が使用され、そのガス処理能力はニッケルアルミニウム触媒の1.5倍です。シス-1,4-ポリブタジエンゴムやイソプレンゴムの合成工程において、希土類シクロアルカン酸トリイソブチルアルミニウム触媒を用いて得られる製品は、設備接着剤の垂れが少なく、安定操業、後処理工程が短いなどの優れた性能を持っています。 ;複合希土類酸化物は内燃機関の排気ガスを浄化する触媒としても使用でき、ナフテン酸セリウムは塗料の乾燥剤としても使用できます。
ガラスセラミック
中国のガラスおよびセラミック産業におけるレアアース元素の利用は、1988 年以来平均 25% の割合で増加し、1998 年には約 1600 トンに達しました。レアアースガラスセラミックは、産業および日常生活の伝統的な基礎素材であるだけでなく、ハイテク分野の主要メンバー。希土類酸化物または加工された希土類濃縮物は、光学ガラス、眼鏡レンズ、受像管、オシロスコープ管、板ガラス、プラスチック、金属食器などの研磨粉として広く使用できます。ガラスを溶かす過程で、二酸化セリウムを使用すると鉄に強力な酸化効果をもたらし、ガラス中の鉄含有量を減らし、ガラスから緑色を除去するという目標を達成できます。希土類酸化物を添加すると、紫外線吸収ガラス、耐酸・耐熱ガラス、耐X線ガラスなどの光学ガラスや特殊ガラスが製造できます。セラミックや磁器の釉薬に希土類元素を添加すると、釉薬の断片化が軽減され、製品にさまざまな色や光沢が現れるため、陶磁器業界で広く使用されています。
農業
研究結果は、希土類元素が植物のクロロフィル含有量を増加させ、光合成を促進し、根の発達を促進し、根による栄養素の吸収を増加させる可能性があることを示しています。希土類元素は、種子の発芽を促進し、種子の発芽率を高め、苗の成長を促進することもできます。上記の主な機能に加えて、特定の作物の耐病性、耐寒性、耐乾燥性を強化する機能もあります。適切な濃度の希土類元素を使用すると、植物による栄養素の吸収、変換、利用が促進されることも、数多くの研究で示されています。希土類元素を散布すると、リンゴや柑橘類のVc含量、総糖度、糖酸比が増加し、果実の着色と早期成熟が促進されます。また、保管中の呼吸強度を抑制し、減衰率を低下させることができます。
新素材分野
希土類ネオジム鉄ボロン永久磁石材料は、高残留磁気、高保磁力、高磁気エネルギー生成物を備え、電子産業や航空宇宙産業、および風力タービンの駆動（特に洋上発電所に適しています）で広く使用されています。純粋な希土類酸化物と酸化第二鉄の組み合わせによって形成されるガーネット型フェライト単結晶および多結晶は、マイクロ波および電子産業で使用できます。固体レーザー材料としては、イットリウム・アルミニウム・ガーネットや高純度酸化ネオジムからなるネオジムガラスが使用できます。希土類六ホウ化物は、電子放出用の陰極材料として使用できます。ランタンニッケル金属は、1970 年代に新しく開発された水素貯蔵材料です。クロム酸ランタンは高温の熱電材料です。現在、世界各国では、バリウムイットリウム銅酸素元素で修飾されたバリウム系酸化物を用いることにより、液体窒素温度範囲で超電導体が得られる超電導材料の開発が進歩している。また、レアアースは、蛍光粉、増感紙蛍光粉、三原色蛍光粉、コピーランプ粉などの方法で照明光源に広く使用されています（ただし、レアアースの価格高騰によるコスト高のため、照明での用途は徐々に減少しています）、プロジェクションテレビやタブレットなどの電子製品も同様です。農業では、微量の硝酸希土類を畑作物に適用すると、収量が 5 ～ 10% 増加します。軽繊維産業では、塩化希土類は毛皮のなめし、毛皮の染色、ウールの染色、カーペットの染色にも広く使用されています。希土類元素は、自動車の触媒コンバーターに使用され、エンジンの排気中に主要な汚染物質を無毒の化合物に変換します。
その他の用途
レアアースはAV、写真、通信機器などのさまざまなデジタル製品にも応用されており、小型化、高速化、軽量化、使用時間の延長、省エネなどのさまざまな要求に応えています。同時に、グリーンエネルギー、ヘルスケア、水浄化、交通などの複数の分野にも応用されています。
投稿日時: 2023 年 8 月 16 日