Потребление редкоземельных металлов в стране можно использовать для определения ее промышленного уровня. Любые высокие, точные и современные материалы, компоненты и оборудование невозможно отделить от редких металлов. Почему одна и та же сталь делает других более устойчивыми к коррозии, чем вы? Это тот же шпиндель станка, который у других более прочный и точный, чем у вас? Является ли это также монокристаллом, который другие могут достигать высокой температуры 1650 ° C? Почему чужое стекло имеет такой высокий показатель преломления? Почему Toyota может достичь самого высокого в мире теплового КПД автомобиля — 41%? Все это связано с применением редких металлов.
Редкоземельные металлы, также известные как редкоземельные элементы, представляют собой собирательный термин для 17 элементовскандий, иттрийи ряд лантаноидов в группе IIIB периодической таблицы, обычно обозначаемой R или RE. Скандий и иттрий считаются редкоземельными элементами, поскольку они часто сосуществуют с лантаноидными элементами в месторождениях полезных ископаемых и имеют схожие химические свойства.
В отличие от названия, содержание редкоземельных элементов (за исключением прометия) в земной коре довольно велико: церий занимает 25-е место по содержанию элементов земной коры, составляя 0,0068% (близко к меди). Однако из-за своих геохимических свойств редкоземельные элементы редко обогащаются до экономически выгодного уровня. Название редкоземельных элементов происходит от их редкости. Первым редкоземельным минералом, обнаруженным человеком, была кремниево-бериллий-иттриевая руда, добытая в шахте в деревне Итерби в Швеции, откуда и произошли многие названия редкоземельных элементов.
Их названия и химические символыSc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Yb и Lu. Их атомные номера составляют от 21 (Sc), 39 (Y), 57 (La) до 71 (Lu).
История открытия редкоземельных элементов
В 1787 году шведский К. А. Аррениус нашел необычную черную руду редкоземельного металла в небольшом городке Иттербю недалеко от Стокгольма. В 1794 г. финн Я. Гадолин выделил из него новое вещество. Через три года (1797 г.) шведский А. Г. Экеберг подтвердил это открытие и назвал новое вещество иттрией (иттриевой землей) по месту его открытия. Позже, в память о Гадолините, этот тип руды назвали гадолинитом. В 1803 немецкие химики М. Х. Клапрот, шведские химики Я. Я. Берцелиус и В. Хизингер открыли из руды (церий-силикатную руду) новое вещество — церий. В 1839 году швед К. Г. Мосандер открыл лантан. В 1843 году Мусандер снова открыл тербий и эрбий. В 1878 году швейцарец Маринак открыл иттербий. В 1879 году французы открыли самарий, шведы — гольмий и тулий, а шведы — скандий. В 1880 году швейцарец Маринак открыл гадолиний. В 1885 г. австриец А. фон Вельсбах открыл празеодим и неодим. В 1886 году Бувабадран открыл диспрозий. В 1901 году француз Э. А. Демаркей открыл европий. В 1907 г. француз Г. Урбан открыл лютеций. В 1947 г. такие американцы, как Дж. А. Маринский, получили прометий из продуктов деления урана. От выделения иттриевой земли Гадолином в 1794 году до производства прометия в 1947 году прошло более 150 лет.
Применение редкоземельных элементов
Редкоземельные элементыизвестны как «промышленные витамины» и обладают незаменимыми превосходными магнитными, оптическими и электрическими свойствами, играющими огромную роль в улучшении характеристик продукции, увеличении ее разнообразия и повышении эффективности производства. Благодаря своему большому эффекту и низкой дозировке редкоземельные элементы стали важным элементом в улучшении структуры продукта, увеличении технологического содержания и содействии технологическому прогрессу отрасли. Они широко используются в таких областях, как металлургия, военная промышленность, нефтехимия, стеклокерамика, сельское хозяйство и новые материалы.
Металлургическая промышленность
Редкая земляприменяется в металлургической области более 30 лет и сформировал относительно зрелые технологии и процессы. Применение редкоземельных металлов в стали и цветных металлах — большая и обширная область с широкими перспективами. Добавление в сталь редкоземельных металлов, фторидов и силицидов может сыграть роль в рафинировании, десульфурации, нейтрализации вредных примесей с низкой температурой плавления и улучшении технологических характеристик стали; Редкоземельный кремний-железный сплав и редкоземельный кремний-магниевый сплав используются в качестве сфероидизирующих агентов для производства редкоземельного ковкого железа. Благодаря своей особой пригодности для производства сложных деталей из ковкого чугуна с особыми требованиями, этот тип ковкого чугуна широко используется в машиностроительной промышленности, такой как автомобили, тракторы и дизельные двигатели; Добавление редкоземельных металлов в сплавы цветных металлов, такие как магний, алюминий, медь, цинк и никель, может улучшить физические и химические свойства сплава, а также улучшить его механические свойства при комнатной температуре и высоких температурах.
Военное поле
Благодаря своим превосходным физическим свойствам, таким как фотоэлектричество и магнетизм, редкоземельные элементы могут образовывать широкий спектр новых материалов с различными свойствами и значительно улучшать качество и характеристики других продуктов. Поэтому его называют «техническим золотом». Во-первых, добавление редкоземельных элементов позволяет существенно улучшить тактические характеристики стали, алюминиевых, магниевых и титановых сплавов, используемых при производстве танков, самолетов и ракет. Кроме того, редкоземельные элементы также могут использоваться в качестве смазочных материалов во многих высокотехнологичных приложениях, таких как электроника, лазеры, атомная промышленность и сверхпроводимость. Как только редкоземельные технологии будут использованы в вооруженных силах, это неизбежно приведет к скачку в военных технологиях. В определенном смысле подавляющий контроль над вооруженными силами США в нескольких локальных войнах после Холодной войны, а также их способность открыто и безнаказанно убивать врагов проистекают из их редкоземельных технологий, таких как Супермен.
Нефтехимическая промышленность
Редкоземельные элементы могут использоваться для изготовления молекулярно-ситовых катализаторов в нефтехимической промышленности, обладающих такими преимуществами, как высокая активность, хорошая селективность и высокая устойчивость к отравлению тяжелыми металлами. Поэтому они заменили алюмосиликатные катализаторы в процессах каталитического крекинга нефти; В процессе производства синтетического аммиака в качестве сокатализатора используется небольшое количество нитрата редкоземельного элемента, а его газоперерабатывающая способность в 1,5 раза больше, чем у никель-алюминиевого катализатора; В процессе синтеза цис-1,4-полибутадиенового каучука и изопренового каучука продукт, полученный с использованием катализатора на основе редкоземельного циклоалканоата триизобутилалюминия, имеет превосходные характеристики с такими преимуществами, как меньшее зависание клея оборудования, стабильная работа и короткий процесс последующей обработки. ; Композитные оксиды редкоземельных элементов также можно использовать в качестве катализаторов очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, а нафтенат церия также можно использовать в качестве сушки краски.
Стеклокерамика
Применение редкоземельных элементов в стекольной и керамической промышленности Китая увеличилось в среднем на 25% с 1988 года, достигнув примерно 1600 тонн в 1998 году. Редкоземельная стеклокерамика является не только традиционным основным материалом для промышленности и повседневной жизни, но и Крупнейший представитель сферы высоких технологий. Оксиды редкоземельных элементов или обработанные концентраты редкоземельных элементов могут широко использоваться в качестве полирующих порошков для оптического стекла, очковых линз, кинескопов, трубок осциллографов, плоского стекла, пластика и металлической посуды; В процессе плавления стекла диоксид церия можно использовать для сильного окислительного воздействия на железо, снижения содержания железа в стекле и достижения цели удаления зеленого цвета со стекла; Добавление оксидов редкоземельных элементов позволяет производить оптическое стекло и специальное стекло различного назначения, в том числе стекло, способное поглощать ультрафиолетовые лучи, кислото- и термостойкое стекло, рентгеностойкое стекло и т. д.; Добавление редкоземельных элементов в керамические и фарфоровые глазури может уменьшить фрагментацию глазурей и придать изделиям разные цвета и блеск, что делает их широко используемыми в керамической промышленности.
Сельское хозяйство
Результаты исследований показывают, что редкоземельные элементы могут увеличивать содержание хлорофилла в растениях, усиливать фотосинтез, способствовать развитию корней и увеличивать поглощение питательных веществ корнями. Редкоземельные элементы также могут способствовать прорастанию семян, увеличивать скорость прорастания семян и способствовать росту рассады. В дополнение к основным функциям, упомянутым выше, он также обладает способностью повышать устойчивость к болезням, холодостойкость и засухоустойчивость некоторых культур. Многочисленные исследования также показали, что использование соответствующих концентраций редкоземельных элементов может способствовать поглощению, трансформации и использованию питательных веществ растениями. Распыление редкоземельных элементов может увеличить содержание Vc, общее содержание сахара и соотношение сахарных кислот в яблоках и цитрусовых, способствуя окраске фруктов и их раннему созреванию. И это может подавить интенсивность дыхания во время хранения и снизить скорость распада.
Новое поле материалов
Редкоземельный неодимовый железоборный постоянный магнитный материал с высокой остаточной намагниченностью, высокой коэрцитивной силой и высокой магнитной энергией широко используется в электронной и аэрокосмической промышленности, а также в приводе ветряных турбин (особенно подходит для морских электростанций); Монокристаллы и поликристаллы феррита гранатового типа, образованные комбинацией чистых оксидов редкоземельных элементов и оксида железа, могут использоваться в микроволновой и электронной промышленности; Алюмоиттриевый гранат и неодимовое стекло из оксида неодима высокой чистоты могут быть использованы в качестве твердых лазерных материалов; Гексабориды редкоземельных элементов могут использоваться в качестве катодных материалов для эмиссии электронов; Металлический лантан-никель — это новый материал для хранения водорода, разработанный в 1970-х годах; Хромат лантана — высокотемпературный термоэлектрический материал; В настоящее время страны мира совершили прорыв в разработке сверхпроводящих материалов за счет использования оксидов на основе бария, модифицированных барием-иттрием-медью-кислородными элементами, что позволяет получать сверхпроводники в диапазоне температур жидкого азота. Кроме того, редкоземельные элементы широко используются в источниках освещения с помощью таких методов, как флуоресцентный порошок, флуоресцентный порошок усиливающего экрана, флуоресцентный порошок трех основных цветов и порошок для копировальных ламп (но из-за высокой стоимости, вызванной ростом цен на редкоземельные элементы, их применение в освещении постепенно сокращается), а также электронные продукты, такие как проекционные телевизоры и планшеты; В сельском хозяйстве внесение незначительных количеств нитрата редкоземельных элементов в полевые культуры может повысить их урожайность на 5-10%; В легкой текстильной промышленности хлориды редкоземельных элементов широко применяются также при дублении меха, крашении меха, крашении шерсти, крашении ковров; Редкоземельные элементы могут использоваться в автомобильных каталитических нейтрализаторах для преобразования основных загрязняющих веществ в нетоксичные соединения при выхлопе двигателя.
Другие приложения
Редкоземельные элементы также применяются в различных цифровых продуктах, включая аудиовизуальные, фотографические и коммуникационные устройства, отвечающие множеству требований, таких как меньший размер, быстрее, легче, более длительное время использования и энергосбережение. В то же время его также применяют во многих областях, таких как зеленая энергетика, здравоохранение, очистка воды и транспорт.
Время публикации: 16 августа 2023 г.