Елдегі сирек металдарды тұтыну оның өнеркәсіптік деңгейін анықтау үшін пайдаланылуы мүмкін. Кез келген жоғары, дәл және жетілдірілген материалдарды, бөлшектерді және жабдықтарды сирек металдардан бөлуге болмайды. Неліктен дәл сол болат басқаларды сізге қарағанда коррозияға төзімді етеді? Басқалар сізге қарағанда берік және дәлірек болатын сол станок шпиндельі ме? Басқалары 1650 ° C жоғары температураға жете алатын монокристалл ма? Неліктен біреудің әйнегі осындай жоғары сыну көрсеткішіне ие? Неліктен Toyota әлемдегі ең жоғары автомобильдің жылу тиімділігіне қол жеткізе алады - 41%? Мұның барлығы сирек металдарды қолданумен байланысты.
Сирек жер металдары, сондай-ақ сирек жер элементтері ретінде белгілі, 17 элементке арналған жиынтық терминскандий, иттрий, және лантанидтер қатары периодтық кестедегі IIIB тобы, әдетте R немесе RE арқылы көрсетіледі. Скандий мен иттрий сирек жер элементтері болып саналады, өйткені олар жиі минералды кен орындарында лантанидті элементтермен бірге өмір сүреді және ұқсас химиялық қасиеттерге ие.
Оның атауынан айырмашылығы, жер қыртысындағы сирек жер элементтерінің (прометийді қоспағанда) көптігі айтарлықтай жоғары, церий жер қыртысының элементтерінің көптігі бойынша 25-ші орында, 0,0068% (мысға жақын). Дегенмен, геохимиялық қасиеттеріне байланысты сирек жер элементтері экономикалық тұрғыдан пайдалы деңгейге дейін сирек байытылады. Сирек жер элементтерінің атауы олардың тапшылығынан алынған. Адамдар ашқан алғашқы сирек жер минералы сирек жер элементтерінің көптеген атаулары пайда болған Швецияның Итерби ауылындағы шахтадан алынған кремний бериллий иттрий кені болды.
Олардың аттары мен химиялық таңбаларыSc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Yb және Lu. Олардың атомдық сандары 21 (Sc), 39 (Y), 57 (La) мен 71 (Lu) аралығында.
Сирек жер элементтерінің ашылу тарихы
1787 жылы швед К.А.Аррениус Стокгольм маңындағы шағын Иттерби қаласынан ерекше сирек жер металдарының қара кенін тапты. 1794 жылы фин Я.Гадолин одан жаңа зат бөліп алды. Үш жылдан кейін (1797 ж.) швед А.Г.Экеберг бұл жаңалықты растап, жаңа затты ол ашылған жердің атымен иттрий (иттрий жер) деп атады. Кейінірек гадолинитті еске алу үшін кеннің бұл түрі гадолинит деп аталды. 1803 жылы неміс химиктері М.Х.Клапрот, швед химиктері Ю.Ж.Берцелиус және В.Хисингер кеннен (церий силикатты руда) жаңа зат – церияны ашты. 1839 жылы швед CG Мосандер лантанды ашты. 1843 жылы Мусандер қайтадан тербий мен эрбийді тапты. 1878 жылы швейцариялық Маринак иттербийді ашты. 1879 жылы француздар самарийді, шведтер гольмий мен тулийді, шведтер скандийді ашты. 1880 жылы швейцариялық Маринак гадолинийді ашты. 1885 жылы австриялық А.фон Велс Бах празеодим мен неодимді ашты. 1886 жылы Буабадранд диспрозияны ашты. 1901 жылы француз азаматы Е.А.Демаркай еуропийді ашты. 1907 жылы француз азаматы Г.Урбан лютецийді ашты. 1947 жылы Я.А.Маринский сияқты американдықтар уранның ыдырау өнімдерінен прометий алды. 1794 жылы Гадолиннің иттрий жерін бөлуінен 1947 жылы прометий өндіруге дейін 150 жылдан астам уақыт өтті.
Сирек жер элементтерін қолдану
Сирек жер элементтері«өнеркәсіптік витаминдер» ретінде белгілі және таптырмас тамаша магниттік, оптикалық және электрлік қасиеттерге ие, өнімнің өнімділігін жақсартуда, өнімнің әртүрлілігін арттыруда және өндіріс тиімділігін арттыруда үлкен рөл атқарады. Өзінің үлкен әсері мен аз дозалануының арқасында сирек металдар өнім құрылымын жақсартуда, технологиялық мазмұнды арттыруда және саланың технологиялық прогресін ілгерілетудің маңызды элементіне айналды. Олар металлургия, әскери, мұнай-химия, шыны керамика, ауыл шаруашылығы және жаңа материалдар сияқты салаларда кеңінен қолданылды.
Металлургия өнеркәсібі
Сирек жерметаллургия саласында 30 жылдан астам қолданылып келеді және салыстырмалы түрде жетілген технологиялар мен процестерді қалыптастырды. Сирек жерді болат пен түсті металдарда қолдану кең келешегі бар үлкен және кең ауқымды сала болып табылады. Сирек жер металдарын, фторидтерді және силицидтерді болатқа қосу тазартуда, күкіртсіздендіруде, балқу температурасы төмен зиянды қоспаларды бейтараптандыруда және болатты өңдеу өнімділігін жақсартуда рөл атқара алады; Сирек жер кремний темір қорытпасы және сирек жер кремний магний қорытпасы сирек жер сойылмалы шойын алу үшін сфероидизациялаушы агенттер ретінде пайдаланылады. Арнайы талаптары бар күрделі шойын бөлшектерін өндіруге ерекше жарамдылығына байланысты, шойынның бұл түрі автомобильдер, тракторлар және дизельдік қозғалтқыштар сияқты механикалық өндіріс салаларында кеңінен қолданылады; Магний, алюминий, мыс, мырыш және никель сияқты түсті қорытпаларға сирек жер металдарын қосу қорытпаның физикалық және химиялық қасиеттерін жақсартуға, сондай-ақ оның бөлме температурасы мен жоғары температуралық механикалық қасиеттерін жақсартуға болады.
Әскери алаң
Фотоэлектрлік және магнетизм сияқты тамаша физикалық қасиеттерінің арқасында сирек кездесетін жерлер әртүрлі қасиеттері бар жаңа материалдардың алуан түрін құра алады және басқа өнімдердің сапасы мен өнімділігін айтарлықтай жақсарта алады. Сондықтан оны «өнеркәсіптік алтын» деп атайды. Біріншіден, сирек жерді қосу танктерді, ұшақтарды және зымырандарды өндіруде қолданылатын болат, алюминий қорытпалары, магний қорытпалары және титан қорытпаларының тактикалық көрсеткіштерін айтарлықтай жақсарта алады. Сонымен қатар, сирек жерді электроника, лазерлер, атом өнеркәсібі және асқын өткізгіштік сияқты көптеген жоғары технологиялық қосымшалар үшін жағармай ретінде пайдалануға болады. Сирек жер технологиясы әскери салада қолданылғаннан кейін, ол сөзсіз әскери технологияда секіріс әкеледі. Белгілі бір мағынада, қырғи-қабақ соғыстан кейінгі бірнеше жергілікті соғыстарда АҚШ әскерінің басым бақылауы, сондай-ақ оның жауларды жазасыз ашық түрде өлтіру қабілеті оның супермен сияқты сирек жер технологиясына байланысты.
Мұнай-химия өнеркәсібі
Сирек жер элементтерін мұнай-химия өнеркәсібінде молекулалық елеуіш катализаторларын жасау үшін қолдануға болады, олардың жоғары белсенділігі, жақсы селективтілігі және ауыр металдардың улануына күшті төзімділігі сияқты артықшылықтары бар. Сондықтан олар мұнай каталитикалық крекинг процестері үшін алюминий силикат катализаторларын ауыстырды; Синтетикалық аммиак өндіру процесінде кокатализатор ретінде сирек жер селитрасының аз мөлшері пайдаланылады, ал оның газды өңдеу қабілеті никель алюминий катализаторынан 1,5 есе үлкен; Цис-1,4-полибутадиенді каучук пен изопренді каучукты синтездеу процесінде сирек жер циклоалканат триизобутил алюминий катализаторын қолдану арқылы алынған өнім жабдықтың желімінің аз ілінуі, тұрақты жұмысы және өңдеуден кейінгі қысқа процесс сияқты артықшылықтары бар тамаша өнімділікке ие. ; Композиттік сирек жер оксидтері іштен жанатын қозғалтқыштардың пайдаланылған газдарын тазарту үшін катализатор ретінде де пайдаланылуы мүмкін, ал церий нафтенатын бояу кептіргіш ретінде де қолдануға болады.
Шыны керамика
Қытайдың шыны және керамика өнеркәсібінде сирек жер элементтерін қолдану 1988 жылдан бастап орташа есеппен 25% өсті, 1998 жылы шамамен 1600 тоннаға жетті. жоғары технологиялық саланың негізгі мүшесі. Сирек жер оксидтері немесе өңделген сирек жер концентраттары оптикалық шыны, көзілдірік линзалары, сурет түтіктері, осциллограф түтіктері, жалпақ шыны, пластмасса және металл ыдыстар үшін жылтырататын ұнтақ ретінде кеңінен қолданылуы мүмкін; Шыны балқыту процесінде церий диоксиді темірге күшті тотықтырғыш әсер етіп, шыныдағы темірдің мөлшерін азайтып, шыныдан жасыл түсті кетіру мақсатына жету үшін пайдаланылуы мүмкін; Сирек жер оксидтерін қосу оптикалық шыны және әртүрлі мақсаттарға арналған арнайы шыны, соның ішінде ультракүлгін сәулелерді сіңіре алатын шыны, қышқылға және ыстыққа төзімді шыны, рентген сәулелеріне төзімді шыны және т.б. алуға болады; Керамика және фарфор глазурьлеріне сирек жер элементтерін қосу глазурьдің фрагментациясын азайтып, бұйымдарды әртүрлі түстер мен жылтыр етіп көрсетеді, бұл оларды керамика өнеркәсібінде кеңінен қолдануға мүмкіндік береді.
Ауыл шаруашылығы
Зерттеу нәтижелері сирек жер элементтерінің өсімдіктердің хлорофилл құрамын арттыруға, фотосинтезді жақсартуға, тамырдың дамуына ықпал етуге және тамырлардың қоректік заттардың сіңуін арттыруға қабілетті екенін көрсетеді. Сирек жер элементтері сонымен қатар тұқымның өнуіне ықпал етеді, тұқымның өну жылдамдығын арттырады және көшеттердің өсуіне ықпал етеді. Жоғарыда аталған негізгі функциялардан басқа, кейбір дақылдардың ауруға төзімділігін, суыққа төзімділігін және құрғақшылыққа төзімділігін арттыру мүмкіндігі бар. Көптеген зерттеулер сирек жер элементтерінің тиісті концентрациясын пайдалану өсімдіктердің қоректік заттардың сіңуіне, өзгеруіне және қолданылуына ықпал ететінін көрсетті. Сирек жер элементтерін шашу алма мен цитрус жемістерінің Vc мазмұнын, жалпы қант құрамын және қант қышқылдарының арақатынасын арттырып, жемістердің бояуы мен ерте пісетініне ықпал етеді. Және сақтау кезінде тыныс алу қарқындылығын басып, ыдырау жылдамдығын азайта алады.
Жаңа материалдар өрісі
Сирек жердегі неодим темір бордың тұрақты магниттік материалы, жоғары төзімділігі, жоғары коэрцивтілігі және жоғары магниттік энергия өнімі электронды және аэроғарыш өнеркәсібінде және жел турбиналарын басқаруда кеңінен қолданылады (әсіресе теңіздегі электр станциялары үшін қолайлы); Таза сирек жер оксидтері мен темір оксидінің қосындысынан түзілген гранат типті феррит монокристалдары мен поликристалдары микротолқынды пеште және электронды өнеркәсіпте қолданылуы мүмкін; Қатты лазерлік материалдар ретінде итрий алюминий гранатасы және жоғары таза неодим оксидінен жасалған неодим шынысы пайдаланылуы мүмкін; Электронды эмиссия үшін катодты материалдар ретінде сирек жер гексаборидтерін пайдалануға болады; Лантан никель металы - 1970 жылдары жаңадан жасалған сутегі сақтау материалы; Лантан хроматы – жоғары температуралы термоэлектрлік материал; Қазіргі уақытта дүние жүзіндегі елдер сұйық азоттың температуралық диапазонында асқын өткізгіштерді алуға болатын барий иттрий мыс оттегі элементтерімен модификацияланған барий негізіндегі оксидтерді қолдану арқылы асқын өткізгіш материалдарды әзірлеуде жетістіктерге жетті. Сонымен қатар, сирек жерлер флуоресцентті ұнтақ, интенсивті экранды флуоресцентті ұнтақ, үш негізгі түсті флуоресцентті ұнтақ және көшірме лампа ұнтағы сияқты әдістер арқылы жарық көздерін жарықтандыруда кеңінен қолданылады (бірақ сирек жер бағасының өсуіне байланысты жоғары құнына байланысты, олардың жарықтандырудағы қолданылуы бірте-бірте азаюда), сондай-ақ проекциялық теледидарлар мен планшеттер сияқты электронды өнімдер; Ауыл шаруашылығында егістік дақылдарға сирек жер селитрасының аз мөлшерін қолдану олардың өнімділігін 5-10%-ға арттыруға мүмкіндік береді; Жеңіл тоқыма өнеркәсібінде сирек жердің хлоридтері аң терісін илеуде, аң терісін бояуда, жүнді бояуда, кілемді бояуда да кеңінен қолданылады; Сирек жер элементтері негізгі ластаушы заттарды қозғалтқышты шығару кезінде улы емес қосылыстарға айналдыру үшін автомобиль каталитикалық түрлендіргіштерінде қолданылуы мүмкін.
Басқа қолданбалар
Сирек жер элементтері кішірек, жылдамырақ, жеңілірек, ұзағырақ пайдалану уақыты және энергияны үнемдеу сияқты бірнеше талаптарға жауап беретін аудиовизуалды, фотосурет және байланыс құрылғыларын қоса алғанда, әртүрлі сандық өнімдерге де қолданылады. Сонымен қатар, ол жасыл энергия, денсаулық сақтау, суды тазарту және көлік сияқты көптеген салаларға да қолданылды.
Жіберу уақыты: 16 тамыз 2023 ж