Consumul de pământuri rare dintr-o țară poate fi folosit pentru a determina nivelul industrial al acesteia. Orice materiale, componente și echipamente înalte, precise și avansate nu pot fi separate de metalele rare. De ce același oțel îi face pe alții mai rezistenti la coroziune decât tine? Este același ax al mașinii-unelte pe care alții sunt mai durabili și mai precisi decât tine? Este, de asemenea, un singur cristal pe care alții pot atinge o temperatură ridicată de 1650 ° C? De ce sticla altcuiva are un indice de refracție atât de mare? De ce poate Toyota să atingă cea mai mare eficiență termică a mașinii din lume, de 41%? Toate acestea sunt legate de aplicarea metalelor rare.
Metale pământuri rare, cunoscute și ca elemente de pământuri rare, sunt un termen colectiv pentru 17 elemente alescandiu, ytriu, și seria de lantanide din grupul tabelului periodic IIIB, reprezentată în mod obișnuit prin R sau RE. Scandiul și ytriul sunt considerate elemente de pământuri rare deoarece coexistă adesea cu elementele lantanide din zăcămintele minerale și au proprietăți chimice similare.
Spre deosebire de numele său sugerează, abundența elementelor de pământ rare (excluzând prometiuul) în crustă este destul de mare, ceriul ocupând locul 25 în abundența elementelor crustale, reprezentând 0,0068% (aproape de cupru). Cu toate acestea, datorită proprietăților sale geochimice, elementele pământurilor rare sunt rareori îmbogățite la un nivel exploatabil economic. Denumirea elementelor pământurilor rare este derivată din deficitul lor. Primul mineral de pământ rar descoperit de oameni a fost minereul de siliciu beriliu ytriu extras dintr-o mină din satul Iterbi, Suedia, de unde au apărut multe nume de elemente de pământ rare.
Numele și simbolurile lor chimice suntSc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Yb și Lu. Numerele lor atomice sunt 21 (Sc), 39 (Y), 57 (La) la 71 (Lu).
Istoria descoperirii elementelor pământului rare
În 1787, CA suedez Arrhenius a găsit un minereu negru de metal neobișnuit de pământ rar în micul oraș Ytterby, lângă Stockholm. În 1794, finlandezul J. Gadolin a izolat din ea o nouă substanță. Trei ani mai târziu (1797), suedez AG Ekeberg a confirmat această descoperire și a numit noua substanță yttria (pământ de ytriu) după locul unde a fost descoperită. Mai târziu, în memoria gadolinitului, acest tip de minereu a fost numit gadolinit. În 1803, chimiștii germani MH Klaproth, chimiștii suedezi JJ Berzelius și W. Hisinger au descoperit o nouă substanță - ceria - dintr-un minereu (minereu de silicat de ceriu). În 1839, suedezul CG Mosander a descoperit lantanul. În 1843, Musander a descoperit din nou terbiul și erbiul. În 1878, Swiss Marinac a descoperit iterbiul. În 1879, francezii au descoperit samariul, suedezii au descoperit holmiul și tuliul, iar suedezii au descoperit scandiul. În 1880, elvețianul Marinac a descoperit gadoliniu. În 1885, austriacul A. von Wels bach a descoperit praseodimiul și neodimul. În 1886, Bouvabadrand a descoperit disproziul. În 1901, francezul EA Demarcay a descoperit europiul. În 1907, francezul G. Urban a descoperit lutețiul. În 1947, americani precum JA Marinsky au obținut prometiu din produsele de fisiune a uraniului. Au durat peste 150 de ani de la separarea pământului de ytriu de către Gadolin în 1794 până la producția de prometiu în 1947.
Aplicarea Elementelor Pământului Rare
Elemente de pământ raresunt cunoscute sub numele de „vitamine industriale” și au proprietăți magnetice, optice și electrice excelente de neînlocuit, jucând un rol important în îmbunătățirea performanței produsului, creșterea varietății de produse și îmbunătățirea eficienței producției. Datorită efectului său mare și dozei reduse, pământurile rare au devenit un element important în îmbunătățirea structurii produsului, creșterea conținutului tehnologic și promovarea progresului tehnologic al industriei. Ele au fost utilizate pe scară largă în domenii precum metalurgie, militar, petrochimic, sticle ceramică, agricultură și materiale noi.
Industria metalurgică
Pământ rareste aplicată în domeniul metalurgic de mai bine de 30 de ani, și a format tehnologii și procese relativ mature. Aplicarea pământurilor rare în oțel și metale neferoase este un domeniu larg și cu perspective largi. Adăugarea de metale rare, fluoruri și siliciuri la oțel poate juca un rol în rafinare, desulfurare, neutralizare a impurităților dăunătoare cu punct de topire scăzut și îmbunătățirea performanței de prelucrare a oțelului; Aliajul de fier de siliciu din pământuri rare și aliajul de siliciu de magneziu cu pământuri rare sunt utilizate ca agenți de sferoiizare pentru a produce fontă ductilă din pământuri rare. Datorită adecvării lor speciale pentru producerea de piese complexe din fontă ductilă cu cerințe speciale, acest tip de fontă ductilă este utilizat pe scară largă în industriile de fabricație mecanică, cum ar fi automobilele, tractoarele și motoarele diesel; Adăugarea de metale din pământuri rare la aliajele neferoase, cum ar fi magneziu, aluminiu, cupru, zinc și nichel poate îmbunătăți proprietățile fizice și chimice ale aliajului, precum și îmbunătățirea temperaturii camerei și a proprietăților mecanice la temperatură înaltă.
Câmp militar
Datorită proprietăților sale fizice excelente, cum ar fi fotoelectricitatea și magnetismul, pământurile rare pot forma o mare varietate de materiale noi cu proprietăți diferite și pot îmbunătăți considerabil calitatea și performanța altor produse. Prin urmare, este cunoscut drept „aur industrial”. În primul rând, adăugarea de pământuri rare poate îmbunătăți semnificativ performanța tactică a oțelului, aliajelor de aluminiu, aliajelor de magneziu și aliajelor de titan utilizate la fabricarea tancurilor, aeronavelor și rachetelor. În plus, pământurile rare pot fi utilizate și ca lubrifianți pentru multe aplicații de înaltă tehnologie, cum ar fi electronice, lasere, industria nucleară și supraconductivitate. Odată ce tehnologia pământurilor rare este utilizată în armată, va aduce inevitabil un salt în tehnologia militară. Într-un anumit sens, controlul covârșitor al armatei americane în mai multe războaie locale după Războiul Rece, precum și capacitatea sa de a ucide dușmani în mod deschis, cu impunitate, provine din tehnologia sa cu pământuri rare, cum ar fi Superman.
Industria petrochimică
Elementele pământurilor rare pot fi utilizate pentru a face catalizatori de sită moleculară în industria petrochimică, cu avantaje precum activitate ridicată, selectivitate bună și rezistență puternică la otrăvirea cu metale grele. Prin urmare, au înlocuit catalizatorii de silicat de aluminiu pentru procesele de cracare catalitică a petrolului; În procesul de producție a amoniacului sintetic, o cantitate mică de nitrat de pământuri rare este utilizată ca cocatalizator, iar capacitatea sa de procesare a gazului este de 1,5 ori mai mare decât cea a catalizatorului nichel-aluminiu; În procesul de sintetizare a cauciucului cis-1,4-polibutadienă și a cauciucului izopren, produsul obținut utilizând un catalizator de aluminiu triizobutilic cicloalcanoat de pământuri rare are performanțe excelente, cu avantaje cum ar fi mai puțin adeziv pentru echipament, funcționare stabilă și proces scurt de post-tratare. ; Oxizii compoziți de pământuri rare pot fi utilizați și ca catalizatori pentru purificarea gazelor de eșapament din motoarele cu ardere internă, iar naftenatul de ceriu poate fi, de asemenea, utilizat ca agent de uscare a vopselei.
Sticlă-ceramică
Aplicarea elementelor din pământuri rare în industria sticlei și ceramicii din China a crescut cu o rată medie de 25% din 1988, ajungând la aproximativ 1600 de tone în 1998. Ceramica din sticlă cu pământuri rare nu este doar materiale tradiționale de bază pentru industrie și viața de zi cu zi, ci și o membru major al domeniului high-tech. Oxizii de pământuri rare sau concentratele de pământuri rare prelucrate pot fi utilizate pe scară largă ca pulberi de lustruire pentru sticlă optică, lentile de ochelari, tuburi de imagine, tuburi de osciloscop, sticlă plată, vesela din plastic și metal; În procesul de topire a sticlei, dioxidul de ceriu poate fi folosit pentru a avea un efect puternic de oxidare asupra fierului, reducând conținutul de fier din sticlă și atingând scopul de a îndepărta culoarea verde din sticlă; Adăugarea de oxizi de pământuri rare poate produce sticlă optică și sticlă specială pentru diferite scopuri, inclusiv sticlă care poate absorbi razele ultraviolete, sticlă rezistentă la acid și la căldură, sticlă rezistentă la raze X etc; Adăugarea de elemente de pământuri rare glazurilor ceramice și porțelanului poate reduce fragmentarea glazurilor și poate face ca produsele să prezinte culori și luciu diferite, făcându-le utilizate pe scară largă în industria ceramicii.
Agricultură
Rezultatele cercetării indică faptul că elementele pământurilor rare pot crește conținutul de clorofilă al plantelor, pot îmbunătăți fotosinteza, pot promova dezvoltarea rădăcinilor și pot crește absorbția nutrienților de către rădăcini. Elementele de pământ rare pot, de asemenea, promova germinarea semințelor, pot crește rata de germinare a semințelor și pot promova creșterea răsadurilor. Pe lângă funcțiile principale menționate mai sus, are și capacitatea de a spori rezistența la boli, rezistența la frig și rezistența la secetă a anumitor culturi. Numeroase studii au arătat, de asemenea, că utilizarea unor concentrații adecvate de elemente de pământuri rare poate promova absorbția, transformarea și utilizarea nutrienților de către plante. Pulverizarea elementelor de pământuri rare poate crește conținutul de Vc, conținutul total de zahăr și raportul de acid zahăr al fructelor de mere și citrice, promovând colorarea fructelor și coacerea timpurie. Și poate suprima intensitatea respiratorie în timpul depozitării și poate reduce rata de degradare.
Domeniu de materiale noi
Materialul cu magnet permanent, cu neodim, fier, bor, pământuri rare, cu remanență ridicată, coercivitate ridicată și produs cu energie magnetică ridicată, este utilizat pe scară largă în industriile electronice și aerospațiale și în conducerea turbinelor eoliene (în special potrivit pentru centralele electrice offshore); Monocristalele de ferită de tip granat și policristale formate prin combinația de oxizi puri de pământuri rare și oxid feric pot fi utilizate în industriile cu microunde și electronice; Granatul de ytriu aluminiu și sticla de neodim din oxid de neodim de înaltă puritate pot fi folosite ca materiale laser solide; Hexaboridele de pământ rare pot fi folosite ca materiale catodice pentru emisia de electroni; Lantanul nichel metal este un material de stocare a hidrogenului nou dezvoltat în anii 1970; Cromatul de lantan este un material termoelectric de înaltă temperatură; În prezent, țările din întreaga lume au făcut progrese în dezvoltarea materialelor supraconductoare prin utilizarea oxizilor pe bază de bariu modificați cu elemente de oxigen de bariu ytriu cupru, care pot obține supraconductori în intervalul de temperatură a azotului lichid. În plus, pământurile rare sunt utilizate pe scară largă în sursele de lumină de iluminat prin metode precum pulbere fluorescentă, pulbere fluorescentă pentru ecran de intensificare, pulbere fluorescentă în trei culori primare și pulbere pentru lampă de copiere (dar din cauza costului ridicat cauzat de creșterea prețurilor pământurilor rare, aplicațiile lor în iluminat sunt în scădere treptat), precum și produse electronice precum televizoarele de proiecție și tabletele; În agricultură, aplicarea unor urme de nitrat de pământuri rare asupra culturilor de câmp poate crește randamentul acestora cu 5-10%; În industria textilă ușoară, clorurile de pământuri rare sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă în tăbăcirea blănurilor, vopsirea blănurilor, vopsirea lânii și vopsirea covoarelor; Elementele din pământuri rare pot fi utilizate în convertizoarele catalitice auto pentru a transforma poluanții majori în compuși netoxici în timpul evacuarii motorului.
Alte aplicații
Elementele pământurilor rare sunt, de asemenea, aplicate la diferite produse digitale, inclusiv dispozitive audiovizuale, fotografice și de comunicație, îndeplinind cerințe multiple, cum ar fi mai mici, mai rapide, mai ușoare, timp de utilizare mai lung și conservarea energiei. În același timp, a fost aplicat și în mai multe domenii, cum ar fi energia verde, asistența medicală, purificarea apei și transportul.
Ora postării: 16-aug-2023