Spotreba vzácnych zemín v krajine môže byť použitá na určenie jej priemyselnej úrovne. Akékoľvek vysoké, presné a pokročilé materiály, komponenty a vybavenie nemožno oddeliť od vzácnych kovov. Prečo tá istá oceľ robí ostatných odolnejších voči korózii ako vy? Je to to isté vreteno obrábacieho stroja, ktoré sú odolnejšie a presnejšie ako vy? Je to tiež monokryštál, ktorý ostatní môžu dosiahnuť vysokú teplotu 1650 ° C? Prečo má sklo niekoho iného taký vysoký index lomu? Prečo môže Toyota dosiahnuť celosvetovo najvyššiu tepelnú účinnosť automobilov na úrovni 41 %? Všetky súvisia s aplikáciou vzácnych kovov.
Kovy vzácnych zemín, tiež známe ako prvky vzácnych zemín, sú súhrnným pojmom pre 17 prvkovskandium, ytriuma séria lantanoidov v skupine periodickej tabuľky IIIB, bežne reprezentovaná R alebo RE. Skandium a ytrium sa považujú za prvky vzácnych zemín, pretože často koexistujú s prvkami lantanoidov v ložiskách nerastov a majú podobné chemické vlastnosti.
Na rozdiel od názvu vyplýva, že množstvo prvkov vzácnych zemín (okrem prométia) v kôre je pomerne vysoké, pričom cér je na 25. mieste v množstve prvkov kôry, čo predstavuje 0,0068 % (blízko medi). Avšak kvôli svojim geochemickým vlastnostiam sú prvky vzácnych zemín zriedkavo obohatené na ekonomicky využiteľnú úroveň. Názov prvkov vzácnych zemín je odvodený od ich nedostatku. Prvým minerálom vzácnych zemín objaveným ľuďmi bola kremíková berýliová ytriová ruda získaná z bane v dedine Iterbi vo Švédsku, odkiaľ pochádza množstvo názvov prvkov vzácnych zemín.
Ich názvy a chemické symboly súSc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Yb a Lu. Ich atómové čísla sú 21 (Sc), 39 (Y), 57 (La) až 71 (Lu).
História objavovania prvkov vzácnych zemín
V roku 1787 švédsky CA Arrhenius našiel nezvyčajnú čiernu rudu kovov vzácnych zemín v malom mestečku Ytterby neďaleko Štokholmu. V roku 1794 z nej Fínsky J. Gadolin izoloval novú látku. O tri roky neskôr (1797) švédska AG Ekeberg potvrdila tento objav a novú látku nazvala yttria (ytriová zem) podľa miesta, kde bola objavená. Neskôr, na pamiatku gadolinitu, sa tento druh rudy nazýval gadolinit. V roku 1803 objavili nemeckí chemici MH Klaproth, švédski chemici JJ Berzelius a W. Hisinger novú látku - cériu - z rudy (kremičitanová ruda céru). V roku 1839 objavil Švéd CG Mosander lantán. V roku 1843 Musander opäť objavil terbium a erbium. V roku 1878 objavil Swiss Marinac ytterbium. V roku 1879 objavili Francúzi samárium, Švédi holmium a thulium a Švédi skandium. V roku 1880 objavil Švajčiar Marinac gadolínium. V roku 1885 Rakúšan A. von Wels bach objavil prazeodým a neodým. V roku 1886 objavil Bouvabadrand dysprosium. V roku 1901 objavil Francúz EA Demarcay európium. V roku 1907 Francúz G. Urban objavil lutécium. V roku 1947 Američania ako JA Marinsky získali promethium z produktov štiepenia uránu. Od separácie ytriovej zeminy Gadolínom v roku 1794 po výrobu prométia v roku 1947 ubehlo viac ako 150 rokov.
Aplikácia prvkov vzácnych zemín
Prvky vzácnych zemínsú známe ako „priemyselné vitamíny“ a majú nenahraditeľné vynikajúce magnetické, optické a elektrické vlastnosti, pričom zohrávajú obrovskú úlohu pri zlepšovaní výkonu produktov, zvyšovaní rozmanitosti produktov a zlepšovaní efektivity výroby. Vďaka svojmu veľkému účinku a nízkemu dávkovaniu sa vzácne zeminy stali dôležitým prvkom pri zlepšovaní štruktúry produktov, zvyšovaní technologického obsahu a podpore technologického pokroku v priemysle. Boli široko používané v oblastiach, ako je hutníctvo, vojenstvo, petrochémia, sklokeramika, poľnohospodárstvo a nové materiály.
Hutnícky priemysel
Vzácna zeminasa v metalurgickej oblasti uplatňuje už viac ako 30 rokov a vytvorila relatívne vyspelé technológie a procesy. Aplikácia vzácnych zemín v oceli a neželezných kovoch je veľká a rozsiahla oblasť so širokými perspektívami. Pridanie kovov vzácnych zemín, fluoridov a silicídov do ocele môže zohrávať úlohu pri rafinácii, odsírení, neutralizácii škodlivých nečistôt s nízkou teplotou topenia a pri zlepšovaní výkonnosti spracovania ocele; Zliatina kremíka vzácnych zemín a zliatina horčíka vzácnych zemín sa používajú ako sféroidizačné činidlá na výrobu tvárnej liatiny vzácnych zemín. Vďaka svojej špeciálnej vhodnosti na výrobu zložitých dielov z tvárnej liatiny so špeciálnymi požiadavkami je tento typ tvárnej liatiny široko používaný v strojárskom priemysle, ako sú automobily, traktory a dieselové motory; Pridanie kovov vzácnych zemín do neželezných zliatin, ako je horčík, hliník, meď, zinok a nikel, môže zlepšiť fyzikálne a chemické vlastnosti zliatiny, ako aj zlepšiť jej mechanické vlastnosti pri izbovej teplote a pri vysokých teplotách.
Vojenské pole
Vďaka svojim vynikajúcim fyzikálnym vlastnostiam, ako je fotoelektrina a magnetizmus, môžu vzácne zeminy vytvárať širokú škálu nových materiálov s rôznymi vlastnosťami a výrazne zlepšiť kvalitu a výkon iných produktov. Preto je známe ako „priemyselné zlato“. Po prvé, pridanie vzácnych zemín môže výrazne zlepšiť taktický výkon ocele, hliníkových zliatin, horčíkových zliatin a titánových zliatin používaných pri výrobe tankov, lietadiel a rakiet. Okrem toho môžu byť vzácne zeminy tiež použité ako mazivá pre mnohé high-tech aplikácie, ako je elektronika, lasery, jadrový priemysel a supravodivosť. Akonáhle sa technológia vzácnych zemín použije v armáde, nevyhnutne to prinesie skok vo vojenskej technológii. V určitom zmysle drvivá kontrola americkej armády v niekoľkých miestnych vojnách po studenej vojne, ako aj jej schopnosť otvorene beztrestne zabíjať nepriateľov, pramení z jej technológie vzácnych zemín, akou je napríklad Superman.
Petrochemický priemysel
Prvky vzácnych zemín možno použiť na výrobu katalyzátorov na molekulových sitách v petrochemickom priemysle s výhodami, ako je vysoká aktivita, dobrá selektivita a silná odolnosť voči otravám ťažkými kovmi. Preto nahradili katalyzátory na báze kremičitanu hlinitého pre procesy katalytického krakovania ropy; Vo výrobnom procese syntetického amoniaku sa ako kokatalyzátor používa malé množstvo dusičnanu vzácnych zemín a jeho kapacita spracovania plynu je 1,5-krát väčšia ako kapacita niklu a hliníka ako katalyzátora; V procese syntézy cis-1,4-polybutadiénového kaučuku a izoprénového kaučuku má produkt získaný s použitím katalyzátora na báze cykloalkanoátu a triizobutylhliníka vzácnych zemín vynikajúci výkon s výhodami, ako je menšie visiace lepidlo na zariadení, stabilná prevádzka a krátky proces následného spracovania. ; Kompozitné oxidy vzácnych zemín možno použiť aj ako katalyzátory na čistenie výfukových plynov zo spaľovacích motorov a naftenát céru možno použiť aj ako činidlo na sušenie farieb.
Sklo-keramické
Aplikácia prvkov vzácnych zemín v čínskom sklárskom a keramickom priemysle sa od roku 1988 zvýšila v priemere o 25 % av roku 1998 dosiahla približne 1 600 ton. Sklenená keramika zo vzácnych zemín nie je len tradičným základným materiálom pre priemysel a každodenný život, ale aj hlavný člen v oblasti špičkových technológií. Oxidy vzácnych zemín alebo spracované koncentráty vzácnych zemín môžu byť široko používané ako leštiace prášky na optické sklo, okuliarové šošovky, obrazové trubice, osciloskopové trubice, ploché sklo, plasty a kovový riad; V procese tavenia skla sa oxid ceričitý môže použiť na silný oxidačný účinok na železo, zníženie obsahu železa v skle a dosiahnutie cieľa odstrániť zelenú farbu zo skla; Pridaním oxidov vzácnych zemín možno vyrobiť optické sklo a špeciálne sklo na rôzne účely, vrátane skla, ktoré môže absorbovať ultrafialové lúče, skla odolného voči kyselinám a teplu, skla odolného voči röntgenovému žiareniu atď.; Pridanie prvkov vzácnych zemín do keramických a porcelánových glazúr môže znížiť fragmentáciu glazúr a spôsobiť, že výrobky budú mať rôzne farby a lesk, vďaka čomu sa v keramickom priemysle široko používajú.
Poľnohospodárstvo
Výsledky výskumu naznačujú, že prvky vzácnych zemín môžu zvýšiť obsah chlorofylu v rastlinách, zlepšiť fotosyntézu, podporiť vývoj koreňov a zvýšiť absorpciu živín koreňmi. Prvky vzácnych zemín môžu tiež podporovať klíčenie semien, zvyšovať rýchlosť klíčenia semien a podporovať rast sadeníc. Okrem hlavných funkcií uvedených vyššie má tiež schopnosť zvýšiť odolnosť určitých plodín voči chorobám, mrazu a suchu. Početné štúdie tiež ukázali, že použitie vhodných koncentrácií prvkov vzácnych zemín môže podporiť absorpciu, transformáciu a využitie živín rastlinami. Postrek prvkami vzácnych zemín môže zvýšiť obsah Vc, celkový obsah cukru a pomer cukrových kyselín v jablkách a citrusových plodoch, čím sa podporí vyfarbenie ovocia a skoré dozrievanie. A môže potlačiť intenzitu dýchania počas skladovania a znížiť rýchlosť rozpadu.
Nové pole materiálov
Materiál permanentných magnetov na báze neodýmu a železa bóru vzácnych zemín, s vysokou remanenciou, vysokou koercitivitou a produktom s vysokou magnetickou energiou, sa široko používa v elektronickom a leteckom priemysle a poháňa veterné turbíny (zvlášť vhodné pre elektrárne na mori); Feritové monokryštály a polykryštály granátového typu tvorené kombináciou čistých oxidov vzácnych zemín a oxidu železitého môžu byť použité v mikrovlnnom a elektronickom priemysle; Ytriový hliníkový granát a neodýmové sklo vyrobené z vysoko čistého oxidu neodýmu môžu byť použité ako pevné laserové materiály; Hexaboridy vzácnych zemín možno použiť ako katódové materiály na emisiu elektrónov; Kovový lantánový nikel je novovyvinutý materiál na skladovanie vodíka v 70. rokoch 20. storočia; Chróman lantanitý je vysokoteplotný termoelektrický materiál; V súčasnosti krajiny na celom svete urobili prelom vo vývoji supravodivých materiálov pomocou oxidov na báze bária modifikovaných kyslíkovými prvkami bária a ytria, ktoré dokážu získať supravodiče v teplotnom rozsahu kvapalného dusíka. Okrem toho sa vzácne zeminy vo veľkej miere používajú v osvetľovacích zdrojoch svetla prostredníctvom metód, ako je fluorescenčný prášok, fluorescenčný prášok na zosilnenie obrazovky, fluorescenčný prášok s tromi základnými farbami a prášok do lámp (ale kvôli vysokým nákladom spôsobeným nárastom cien vzácnych zemín, ich aplikácie v osvetlení sa postupne znižujú), ako aj elektronické produkty, ako sú premietacie televízory a tablety; V poľnohospodárstve môže aplikácia stopových množstiev dusičnanov vzácnych zemín na poľné plodiny zvýšiť ich výnos o 5 – 10 %; V ľahkom textilnom priemysle sa chloridy vzácnych zemín široko používajú aj pri činení kožušín, farbení kožušín, vlne a kobercoch; Prvky vzácnych zemín môžu byť použité v automobilových katalyzátoroch na premenu hlavných znečisťujúcich látok na netoxické zlúčeniny počas výfuku motora.
Iné aplikácie
Prvky vzácnych zemín sa tiež aplikujú na rôzne digitálne produkty vrátane audiovizuálnych, fotografických a komunikačných zariadení, ktoré spĺňajú viaceré požiadavky, ako je menšia, rýchlejšia, ľahšia, dlhšia doba používania a úspora energie. Zároveň sa uplatnil aj vo viacerých oblastiach, ako je zelená energia, zdravotníctvo, čistenie vody a doprava.
Čas odoslania: 16. augusta 2023