Porabo redkih zemelj v državi je mogoče uporabiti za določitev njene industrijske ravni. Nobenih visoko natančnih in naprednih materialov, komponent in opreme ni mogoče ločiti od redkih kovin. Zakaj so zaradi istega jekla drugi bolj odporni proti koroziji kot vi? Je to isto vreteno obdelovalnega stroja, da so drugi vzdržljivejši in natančnejši od vas? Je tudi monokristal, da lahko drugi dosežejo visoko temperaturo 1650 °C? Zakaj ima steklo nekoga drugega tako visok lomni količnik? Zakaj lahko Toyota doseže najvišjo toplotno učinkovitost avtomobilov na svetu, 41 %? Vse to je povezano z uporabo redkih kovin.
Redke zemeljske kovine, znani tudi kot elementi redkih zemelj, so skupni izraz za 17 elementovskandij, itrij, in serije lantanoidov v skupini IIIB periodnega sistema, ki jih običajno predstavlja R ali RE. Skandij in itrij veljata za redkozemeljska elementa, ker pogosto sobivata z lantanoidnimi elementi v mineralnih nahajališčih in imata podobne kemijske lastnosti.
V nasprotju z njegovim imenom je številčnost elementov redkih zemelj (razen prometija) v skorji precej visoka, pri čemer je cerij na 25. mestu v številčnosti elementov skorje in predstavlja 0,0068 % (blizu bakra). Vendar pa so redki zemeljski elementi zaradi svojih geokemičnih lastnosti le redko obogateni do stopnje, ki bi jo lahko ekonomsko izkoristili. Ime elementov redkih zemelj izhaja iz njihovega pomanjkanja. Prvi mineral redkih zemelj, ki so ga odkrili ljudje, je bila silicijeva berilij itrijeva ruda, pridobljena iz rudnika v vasi Iterbi na Švedskem, od koder izvirajo številna imena elementov redkih zemelj.
Njihova imena in kemijski simboli soSc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Yb in Lu. Njihova atomska števila so 21 (Sc), 39 (Y), 57 (La) do 71 (Lu).
Zgodovina odkritja elementov redkih zemelj
Leta 1787 je švedski CA Arrhenius našel nenavadno črno rudo redkih zemeljskih kovin v mestecu Ytterby blizu Stockholma. Leta 1794 je Finec J. Gadolin iz njega izoliral novo snov. Tri leta kasneje (1797) je švedski AG Ekeberg to odkritje potrdil in novo snov poimenoval itrij (itrijeva zemlja) po kraju, kjer je bila odkrita. Kasneje so v spomin na gadolinit to vrsto rude poimenovali gadolinit. Leta 1803 so nemški kemiki MH Klaproth, švedski kemiki JJ Berzelius in W. Hisinger iz rude (cerijeve silikatne rude) odkrili novo snov - cerij. Leta 1839 je Šved CG Mosander odkril lantan. Leta 1843 je Musander odkril terbij in ponovno erbij. Leta 1878 je Švicar Marinac odkril iterbij. Leta 1879 so Francozi odkrili samarij, Švedi holmij in tulij, Švedi pa skandij. Leta 1880 je Švicar Marinac odkril gadolinij. Leta 1885 je Avstrijec A. von Welsbach odkril prazeodim in neodim. Leta 1886 je Bouvabadrand odkril disprozij. Leta 1901 je Francoz EA Demarcay odkril europij. Leta 1907 je Francoz G. Urban odkril lutecij. Leta 1947 so Američani, kot je JA Marinsky, pridobili prometij iz produktov cepitve urana. Od ločitve itrijeve zemlje s strani Gadolina leta 1794 do proizvodnje prometija leta 1947 je trajalo več kot 150 let.
Uporaba elementov redkih zemelj
Elementi redkih zemeljso znani kot "industrijski vitamini" in imajo nenadomestljive odlične magnetne, optične in električne lastnosti, igrajo veliko vlogo pri izboljšanju delovanja izdelkov, povečanju raznolikosti izdelkov in izboljšanju učinkovitosti proizvodnje. Zaradi velikega učinka in majhnega odmerka so redke zemlje postale pomemben element pri izboljšanju strukture izdelkov, povečanju tehnološke vsebine in spodbujanju tehnološkega napredka industrije. Veliko jih uporabljajo na področjih, kot so metalurgija, vojska, petrokemika, steklokeramika, kmetijstvo in novi materiali.
Metalurška industrija
Redka zemljase uporablja na metalurškem področju že več kot 30 let in je oblikoval relativno zrele tehnologije in procese. Uporaba redkih zemelj v jeklu in neželeznih kovinah je veliko in obsežno področje s širokimi obeti. Dodajanje redkih zemeljskih kovin, fluoridov in silicidov jeklu lahko igra vlogo pri rafiniranju, razžveplanju, nevtralizaciji škodljivih nečistoč z nizkim tališčem in izboljšanju učinkovitosti obdelave jekla; Redkozemeljsko silicijevo-železova zlitina in redkozemeljsko silicijevo-magnezijeva zlitina se uporabljajo kot sferoidizatorji za proizvodnjo redkozemeljskega nodularnega železa. Zaradi njihove posebne primernosti za izdelavo kompleksnih delov iz nodularne litine s posebnimi zahtevami se ta vrsta nodularne litine pogosto uporablja v industriji strojne proizvodnje, kot so avtomobili, traktorji in dizelski motorji; Dodajanje redkih zemeljskih kovin neželeznim zlitinam, kot so magnezij, aluminij, baker, cink in nikelj, lahko izboljša fizikalne in kemijske lastnosti zlitine ter izboljša njene mehanske lastnosti pri sobni temperaturi in pri visokih temperaturah.
Vojaško polje
Zaradi odličnih fizikalnih lastnosti, kot sta fotoelektričnost in magnetizem, lahko redke zemlje tvorijo široko paleto novih materialov z različnimi lastnostmi in močno izboljšajo kakovost in učinkovitost drugih izdelkov. Zato je znano kot "industrijsko zlato". Prvič, dodajanje redkih zemelj lahko bistveno izboljša taktično učinkovitost jekla, aluminijevih zlitin, magnezijevih zlitin in titanovih zlitin, ki se uporabljajo pri izdelavi tankov, letal in raket. Poleg tega se lahko redke zemlje uporabljajo tudi kot maziva za številne visokotehnološke aplikacije, kot so elektronika, laserji, jedrska industrija in superprevodnost. Ko bo tehnologija redkih zemelj enkrat uporabljena v vojski, bo to neizogibno povzročilo preskok v vojaški tehnologiji. V določenem smislu izjemen nadzor ameriške vojske v več lokalnih vojnah po hladni vojni, pa tudi njena sposobnost odkritega nekaznovanega ubijanja sovražnikov izhaja iz njene tehnologije redkih zemelj, kot je Superman.
Petrokemična industrija
Redke zemeljske elemente je mogoče uporabiti za izdelavo katalizatorjev molekularnih sit v petrokemični industriji, s prednostmi, kot so visoka aktivnost, dobra selektivnost in močna odpornost na zastrupitev s težkimi kovinami. Zato so zamenjali aluminijeve silikatne katalizatorje za procese katalitskega krekinga nafte; V proizvodnem procesu sintetičnega amoniaka se kot sokatalizator uporablja majhna količina nitrata redkih zemelj, njegova zmogljivost predelave plina pa je 1,5-krat večja od zmogljivosti nikelj-aluminijevega katalizatorja; V procesu sintetiziranja cis-1,4-polibutadienskega kavčuka in izoprenskega kavčuka ima izdelek, pridobljen z uporabo redkozemeljskega cikloalkanoatnega triizobutil aluminijevega katalizatorja, odlično delovanje s prednostmi, kot so manj lepila na opremi, stabilno delovanje in kratek postopek naknadne obdelave. ; Kompozitne okside redkih zemelj lahko uporabimo tudi kot katalizatorje za čiščenje izpušnih plinov iz motorjev z notranjim zgorevanjem, cerijev naftenat pa tudi kot sredstvo za sušenje barve.
Steklokeramični
Uporaba elementov redkih zemelj v kitajski steklarski in keramični industriji se je od leta 1988 v povprečju povečala za 25 % in leta 1998 dosegla približno 1600 ton. Steklokeramika redkih zemelj ni le tradicionalni osnovni material za industrijo in vsakdanje življenje, ampak tudi pomemben član področja visoke tehnologije. Oksidi redkih zemelj ali predelani koncentrati redkih zemelj se lahko široko uporabljajo kot polirni praški za optično steklo, leče za očala, slikovne cevi, cevi osciloskopov, ravno steklo, plastiko in kovinsko namizno posodo; V procesu taljenja stekla se lahko cerijev dioksid uporablja za močan oksidacijski učinek na železo, zmanjšanje vsebnosti železa v steklu in doseganje cilja odstranjevanja zelene barve iz stekla; Z dodajanjem oksidov redkih zemelj lahko proizvedemo optično steklo in posebno steklo za različne namene, vključno s steklom, ki lahko absorbira ultravijolične žarke, steklom, odpornim na kisline in toploto, steklom, odpornim na rentgenske žarke itd.; Dodajanje redkih zemeljskih elementov v keramične in porcelanske glazure lahko zmanjša razdrobljenost glazur in povzroči, da so izdelki različnih barv in sijajev, zaradi česar se pogosto uporabljajo v keramični industriji.
Kmetijstvo
Rezultati raziskav kažejo, da lahko elementi redkih zemelj povečajo vsebnost klorofila v rastlinah, povečajo fotosintezo, spodbujajo razvoj korenin in povečajo absorpcijo hranil s koreninami. Elementi redkih zemelj lahko tudi spodbujajo kalitev semen, povečajo stopnjo kalitve semen in spodbujajo rast sadik. Poleg zgoraj omenjenih glavnih funkcij ima tudi sposobnost izboljšanja odpornosti proti boleznim, odpornosti proti mrazu in odpornosti na sušo nekaterih poljščin. Številne študije so tudi pokazale, da lahko uporaba ustreznih koncentracij elementov redkih zemelj spodbuja absorpcijo, transformacijo in uporabo hranil v rastlinah. Škropljenje redkih zemeljskih elementov lahko poveča vsebnost Vc, skupno vsebnost sladkorja in razmerje sladkorne kisline jabolk in citrusov, kar spodbuja obarvanje sadja in zgodnje zorenje. Poleg tega lahko med shranjevanjem zmanjša intenzivnost dihanja in zmanjša stopnjo razpadanja.
Področje novih materialov
Trajni magnetni material iz redkih zemelj, neodim, železo, bor, z visoko remanenco, visoko koercitivnostjo in visoko magnetno energijo, se pogosto uporablja v elektronski in vesoljski industriji ter za pogon vetrnih turbin (še posebej primeren za elektrarne na morju); Feritni monokristali in polikristali tipa granat, ki nastanejo s kombinacijo čistih oksidov redkih zemelj in železovega oksida, se lahko uporabljajo v mikrovalovni in elektronski industriji; Itrijev aluminijev granat in neodimovo steklo iz neodimijevega oksida visoke čistosti se lahko uporabljata kot trdna laserska materiala; Heksaboridi redkih zemelj se lahko uporabljajo kot katodni materiali za oddajanje elektronov; Lantanov nikelj je na novo razvit material za shranjevanje vodika v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja; Lantanov kromat je visokotemperaturni termoelektrični material; Trenutno so države po vsem svetu naredile preboj v razvoju superprevodnih materialov z uporabo oksidov na osnovi barija, modificiranih z elementi barij itrij baker kisik, s katerimi lahko dobimo superprevodnike v temperaturnem območju tekočega dušika. Poleg tega se redke zemlje pogosto uporabljajo pri razsvetljavi svetlobnih virov z metodami, kot so fluorescentni prah, fluorescenčni prah z ojačevalnim zaslonom, fluorescenčni prah s tremi primarnimi barvami in prah za kopirno svetilko (vendar zaradi visokih stroškov zaradi dviga cen redkih zemelj, njihova uporaba v razsvetljavi se postopoma zmanjšuje), pa tudi elektronski izdelki, kot so projekcijski televizorji in tablice; V kmetijstvu lahko uporaba redkih zemeljskih nitratov v sledovih poljskih pridelkov poveča njihov pridelek za 5-10 %; V lahki tekstilni industriji se kloridi redkih zemelj pogosto uporabljajo tudi pri strojenju krzna, barvanju krzna, barvanju volne in barvanju preprog; Redke zemeljske elemente je mogoče uporabiti v avtomobilskih katalizatorjih za pretvorbo večjih onesnaževal v nestrupene spojine med izpušnimi plini motorja.
Druge aplikacije
Elementi redkih zemelj se uporabljajo tudi za različne digitalne izdelke, vključno z avdiovizualnimi, fotografskimi in komunikacijskimi napravami, ki izpolnjujejo številne zahteve, kot so manjši, hitrejši, lažji, daljši čas uporabe in varčevanje z energijo. Hkrati je bil uporabljen tudi na več področjih, kot so zelena energija, zdravstvo, čiščenje vode in transport.
Čas objave: 16. avgusta 2023