Forbruket av sjeldne jordarter i et land kan brukes til å bestemme dets industrielle nivå. Høye, presise og avanserte materialer, komponenter og utstyr kan ikke skilles fra sjeldne metaller. Hvorfor er det samme stål som gjør andre mer korrosjonsbestandige enn deg? Er det samme maskinspindel som andre er mer holdbare og presise enn deg? Er det også en enkelt krystall som andre kan nå en høy temperatur på 1650 ° C? Hvorfor har andres glass så høy brytningsindeks? Hvorfor kan Toyota oppnå verdens høyeste biltermiske effektivitet på 41 %? Disse er alle relatert til påføring av sjeldne metaller.
Sjeldne jordmetaller, også kjent som sjeldne jordelementer, er en samlebetegnelse for 17 elementer avskandium, yttrium, og lantanidserier i det periodiske system IIIB-gruppen, vanligvis representert ved R eller RE. Scandium og yttrium regnes som sjeldne jordartselementer fordi de ofte eksisterer sammen med lantanidelementer i mineralforekomster og har lignende kjemiske egenskaper.
I motsetning til navnet tilsier, er forekomsten av sjeldne jordartselementer (unntatt promethium) i skorpen ganske høy, med cerium på 25. plass i mengden av jordskorpeelementer, og utgjør 0,0068 % (nær kobber). På grunn av dets geokjemiske egenskaper blir sjeldne jordartselementer sjelden anriket til et økonomisk utnyttbart nivå. Navnet på sjeldne jordartselementer er avledet fra deres knapphet. Det første sjeldne jordmineralet som ble oppdaget av mennesker var silisiumberyllium-yttriummalm som ble utvunnet fra en gruve i landsbyen Iterbi, Sverige, hvor mange sjeldne jordartselementnavn oppsto.
Deres navn og kjemiske symboler erSc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Yb og Lu. Atomnummeret deres er 21 (Sc), 39 (Y), 57 (La) til 71 (Lu).
Oppdagelseshistorien til sjeldne jordelementer
I 1787 fant svenske CA Arrhenius en uvanlig sjeldne jordmetall svartmalm i den lille byen Ytterby nær Stockholm. I 1794 isolerte finske J. Gadolin et nytt stoff fra det. Tre år senere (1797) bekreftet svenske AG Ekeberg denne oppdagelsen og kalte det nye stoffet yttria (yttriumjord) etter stedet det ble oppdaget. Senere, til minne om gadolinitt, ble denne typen malm kalt gadolinitt. I 1803 oppdaget de tyske kjemikerne MH Klaproth, de svenske kjemikerne JJ Berzelius og W. Hisinger et nytt stoff - ceria - fra en malm (ceriumsilikatmalm). I 1839 oppdaget svensken CG Mosander lantan. I 1843 oppdaget Musander terbium og erbium igjen. I 1878 oppdaget sveitsiske Marinac ytterbium. I 1879 oppdaget franskmennene samarium, svenskene oppdaget holmium og thulium, og svenskene oppdaget scandium. I 1880 oppdaget sveitsiske Marinac gadolinium. I 1885 oppdaget østerrikeren A. von Wels bach praseodym og neodym. I 1886 oppdaget Bouvabadrand dysprosium. I 1901 oppdaget franskmannen EA Demarcay europium. I 1907 oppdaget franskmannen G. Urban lutetium. I 1947 oppnådde amerikanere som JA Marinsky promethium fra uran fisjonsprodukter. Det tok over 150 år fra Gadolin separerte yttriumjord i 1794 til produksjonen av promethium i 1947.
Anvendelse av sjeldne jordelementer
Sjeldne jordelementerer kjent som "industrielle vitaminer" og har uerstattelige utmerkede magnetiske, optiske og elektriske egenskaper, og spiller en stor rolle i å forbedre produktytelsen, øke produktvariasjonen og forbedre produksjonseffektiviteten. På grunn av sin store effekt og lave dosering, har sjeldne jordarter blitt et viktig element i å forbedre produktstrukturen, øke det teknologiske innholdet og fremme industriens teknologiske fremskritt. De har blitt mye brukt i felt som metallurgi, militær, petrokjemi, glasskeramikk, landbruk og nye materialer.
Metallurgisk industri
Sjelden jordhar blitt brukt i det metallurgiske feltet i mer enn 30 år, og har dannet relativt modne teknologier og prosesser. Anvendelsen av sjeldne jordarter i stål og ikke-jernholdige metaller er et stort og vidtfavnende felt med brede utsikter. Tilsetning av sjeldne jordmetaller, fluorider og silicider til stål kan spille en rolle i raffinering, avsvovling, nøytralisering av skadelige urenheter med lavt smeltepunkt og forbedring av prosessytelsen til stål; Sjeldne jordarters silisiumjernlegeringer og sjeldne jordarters silisiummagnesiumlegeringer brukes som kuleformede midler for å produsere duktilt jern av sjeldne jordarter. På grunn av deres spesielle egnethet for å produsere komplekse duktilt jerndeler med spesielle krav, er denne typen duktilt jern mye brukt i mekaniske produksjonsindustrier som biler, traktorer og dieselmotorer; Tilsetning av sjeldne jordartsmetaller til ikke-jernholdige legeringer som magnesium, aluminium, kobber, sink og nikkel kan forbedre de fysiske og kjemiske egenskapene til legeringen, samt forbedre dens romtemperatur og høytemperatur mekaniske egenskaper.
Militærfelt
På grunn av sine utmerkede fysiske egenskaper som fotoelektrisitet og magnetisme, kan sjeldne jordarter danne et bredt utvalg av nye materialer med forskjellige egenskaper og i stor grad forbedre kvaliteten og ytelsen til andre produkter. Derfor er det kjent som "industriell gull". For det første kan tilsetningen av sjeldne jordarter betydelig forbedre den taktiske ytelsen til stål, aluminiumslegeringer, magnesiumlegeringer og titanlegeringer som brukes i produksjonen av tanker, fly og missiler. I tillegg kan sjeldne jordarter også brukes som smøremidler for mange høyteknologiske applikasjoner som elektronikk, lasere, kjernefysisk industri og superledning. Når sjeldne jordarters teknologi blir brukt i militæret, vil det uunngåelig føre til et sprang innen militær teknologi. I en viss forstand stammer den overveldende kontrollen av det amerikanske militæret i flere lokale kriger etter den kalde krigen, så vel som dets evne til åpent å drepe fiender ustraffet, fra dets sjeldne jordartsteknologi, som Superman.
Petrokjemisk industri
Sjeldne jordartselementer kan brukes til å lage molekylsiktkatalysatorer i den petrokjemiske industrien, med fordeler som høy aktivitet, god selektivitet og sterk motstand mot tungmetallforgiftning. Derfor har de erstattet aluminiumsilikatkatalysatorer for petroleumskatalytiske krakkingsprosesser; I produksjonsprosessen av syntetisk ammoniakk brukes en liten mengde nitrat av sjeldne jordarter som en kokatalysator, og gassbehandlingskapasiteten er 1,5 ganger større enn for nikkelaluminiumkatalysator; I prosessen med å syntetisere cis-1,4-polybutadiengummi og isoprengummi, har produktet oppnådd ved bruk av en sjeldne jordarts-cykloalkanoattriisobutylaluminiumkatalysator utmerket ytelse, med fordeler som mindre utstyrslim hengende, stabil drift og kort etterbehandlingsprosess ; Komposittoksider av sjeldne jordarter kan også brukes som katalysatorer for rensing av eksosgass fra forbrenningsmotorer, og ceriumnaftenat kan også brukes som malingstørkemiddel.
Glass-keramikk
Anvendelsen av sjeldne jordartselementer i Kinas glass- og keramikkindustri har økt med en gjennomsnittlig hastighet på 25 % siden 1988, og nådde omtrent 1600 tonn i 1998. Sjeldne jordartsmetaller er ikke bare tradisjonelle basismaterialer for industri og dagligliv, men også en viktig medlem av det høyteknologiske feltet. Sjeldne jordartsoksider eller bearbeidede sjeldne jordartsmetallkonsentrater kan brukes mye som poleringspulver for optisk glass, brilleglass, bilderør, oscilloskoprør, flatt glass, plast og metall servise; I prosessen med å smelte glass kan ceriumdioksid brukes til å ha en sterk oksidasjonseffekt på jern, redusere jerninnholdet i glasset og oppnå målet om å fjerne den grønne fargen fra glasset; Tilsetning av sjeldne jordartsoksider kan produsere optisk glass og spesialglass for forskjellige formål, inkludert glass som kan absorbere ultrafiolette stråler, syre- og varmebestandig glass, røntgenbestandig glass, etc; Å legge til sjeldne jordartselementer til keramiske og porselensglasurer kan redusere fragmenteringen av glasurer og få produkter til å presentere forskjellige farger og glans, noe som gjør dem mye brukt i den keramiske industrien.
Jordbruk
Forskningsresultatene indikerer at sjeldne jordartselementer kan øke klorofyllinnholdet i planter, forbedre fotosyntesen, fremme rotutvikling og øke næringsopptaket fra røttene. Sjeldne jordelementer kan også fremme frøspiring, øke frøspiringshastigheten og fremme frøplantevekst. I tillegg til hovedfunksjonene nevnt ovenfor, har den også evnen til å forbedre sykdomsresistensen, kuldemotstanden og tørkeresistensen til visse avlinger. Tallrike studier har også vist at bruk av passende konsentrasjoner av sjeldne jordartselementer kan fremme absorpsjon, transformasjon og utnyttelse av næringsstoffer av planter. Sprøyting av sjeldne jordartselementer kan øke Vc-innholdet, det totale sukkerinnholdet og sukkersyreforholdet i eple- og sitrusfrukter, noe som fremmer fruktfarging og tidlig modning. Og det kan undertrykke respirasjonsintensiteten under lagring og redusere forfallshastigheten.
Nytt materialfelt
Sjeldne jordarters neodym-jernbor permanentmagnetmateriale, med høy remanens, høy koercivitet og høymagnetisk energiprodukt, er mye brukt i den elektroniske og romfartsindustrien og driver vindturbiner (spesielt egnet for offshore kraftverk); Ferrittenkelkrystaller og polykrystaller av granattype dannet av kombinasjonen av rene sjeldne jordartsoksider og jernoksid kan brukes i mikrobølge- og elektronisk industri; Yttriumaluminiumgranat og neodymglass laget av neodymoksid med høy renhet kan brukes som solide lasermaterialer; Heksaborider av sjeldne jordarter kan brukes som katodematerialer for elektronemisjon; Lantannikkelmetall er et nyutviklet hydrogenlagringsmateriale på 1970-tallet; Lantankromat er et termoelektrisk materiale med høy temperatur; For tiden har land rundt om i verden gjort gjennombrudd i utviklingen av superledende materialer ved å bruke bariumbaserte oksider modifisert med barium yttrium kobber oksygenelementer, som kan oppnå superledere i flytende nitrogen temperaturområdet. I tillegg er sjeldne jordarter mye brukt i belysning av lyskilder gjennom metoder som fluorescerende pulver, intensiverende skjermfluorescerende pulver, tre primærfarger fluorescerende pulver og kopilampepulver (men på grunn av de høye kostnadene forårsaket av økningen i prisene på sjeldne jordarter, deres applikasjoner innen belysning avtar gradvis), så vel som elektroniske produkter som projeksjons-TV og nettbrett; I landbruket kan bruk av spormengder av sjeldne jordarters nitrat til åkervekster øke utbyttet med 5-10 %; I den lette tekstilindustrien er sjeldne jordartsmetaller også mye brukt i garving av pels, pelsfarging, ullfarging og teppefarging; Sjeldne jordartselementer kan brukes i bilkatalysatorer for å omdanne store forurensninger til ikke-giftige forbindelser under motoreksos.
Andre applikasjoner
Sjeldne jordelementer brukes også på forskjellige digitale produkter, inkludert audiovisuelle, fotografiske og kommunikasjonsenheter, og oppfyller flere krav som mindre, raskere, lettere, lengre brukstid og energisparing. Samtidig har det også blitt brukt på flere felt som grønn energi, helsevesen, vannrensing og transport.
Innleggstid: 16. august 2023