Споживання рідкісноземельних елементів у країні можна використовувати для визначення її промислового рівня. Будь-які високоякісні, точні та передові матеріали, компоненти та обладнання неможливо відокремити від рідкісних металів. Чому одна й та сама сталь робить інших більш стійкими до корозії, ніж ви? Це той самий верстатний шпиндель, що інші витриваліші й точніші за вас? Це також один кристал, який інші можуть досягати високої температури 1650 ° C? Чому чуже скло має такий високий показник заломлення? Чому Toyota може досягти найвищого в світі теплового ККД автомобіля в 41%? Усе це пов’язано із застосуванням рідкісних металів.
Рідкоземельні метали, також відомі як рідкоземельні елементи, є збірним терміном для 17 елементівскандій, ітрій, і ряди лантаноїдів у групі IIIB періодичної таблиці, зазвичай представлені R або RE. Скандій та ітрій вважаються рідкоземельними елементами, оскільки вони часто співіснують з елементами лантаноїдів у мінеральних родовищах і мають подібні хімічні властивості.
На відміну від його назви, кількість рідкоземельних елементів (за винятком прометію) в земній корі є досить високою, причому церій займає 25 місце за кількістю елементів земної кори, що становить 0,0068% (близько до міді). Однак через свої геохімічні властивості рідкоземельні елементи рідко збагачуються до рівня економічного використання. Назва рідкоземельних елементів походить від їх дефіциту. Першим рідкоземельним мінералом, відкритим людьми, була кремнієва берилій-ітрієва руда, видобута з шахти в селі Ітербі, Швеція, звідки походить багато назв рідкоземельних елементів.
Їх назви та хімічні символиSc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Yb і Lu. Їх атомні номери 21 (Sc), 39 (Y), 57 (La) до 71 (Lu).
Історія відкриття рідкоземельних елементів
У 1787 році швед К. А. Арреніус знайшов незвичайну чорну руду рідкоземельного металу в маленькому містечку Іттербі поблизу Стокгольма. У 1794 р. фін Я. Гадолін виділив з нього нову речовину. Через три роки (1797) швед А. Г. Екеберг підтвердив це відкриття і назвав нову речовину ітрієм (ітрієва земля) за місцем її відкриття. Пізніше, в пам'ять про гадолініт, цей тип руди назвали гадолінітом. У 1803 р. німецькі хіміки М. Х. Клапрот, шведські хіміки Й. Й. Берцеліус і В. Гізінгер відкрили з руди (церієво-силікатної руди) нову речовину — церій. У 1839 році швед К. Г. Мозандер відкрив лантан. У 1843 році Мусандер відкрив тербій і знову ербій. У 1878 році швейцарець Маринак відкрив ітербій. У 1879 році французи відкрили самарій, шведи відкрили гольмій і тулій, а шведи відкрили скандій. У 1880 році швейцарець Маринак відкрив гадоліній. У 1885 австрієць А. фон Вельсбах відкрив празеодим і неодим. У 1886 році Бувабадранд відкрив диспрозій. У 1901 році француз Е. А. Демаркей відкрив європій. У 1907 р. француз Г. Урбан відкрив лютецій. У 1947 році американці, такі як Я. А. Марінскі, отримали прометій з продуктів поділу урану. Від виділення ітрієвої землі Гадоліном у 1794 році до виробництва прометію в 1947 році минуло понад 150 років.
Застосування рідкоземельних елементів
Рідкоземельні елементивідомі як «промислові вітаміни» і мають незамінні чудові магнітні, оптичні та електричні властивості, відіграючи величезну роль у покращенні характеристик продукту, збільшенні різноманітності продукту та підвищенні ефективності виробництва. Завдяки великому ефекту та низькій дозі рідкоземельні елементи стали важливим елементом у вдосконаленні структури продукту, збільшенні технологічного вмісту та сприянні технологічному прогресу галузі. Вони широко використовуються в таких галузях, як металургія, військова промисловість, нафтохімія, склокераміка, сільське господарство та нові матеріали.
Металургійна промисловість
Рідкісноземельнізастосовується в металургійній галузі більше 30 років і сформувала відносно зрілі технології та процеси. Застосування рідкісноземельних елементів у сталі та кольорових металах є великою та широкомасштабною сферою з широкими перспективами. Додавання до сталі рідкоземельних металів, фторидів і силіцидів може відігравати важливу роль у рафінуванні, десульфурації, нейтралізації шкідливих домішок з низькою точкою плавлення та покращенні продуктивності обробки сталі; Рідкоземельний кремнієво-залізний сплав і рідкоземельний кремнієво-магнієвий сплав використовуються як сфероїдизуючі агенти для виробництва рідкоземельного ковкого чавуну. Через особливу придатність для виготовлення складних деталей з ковкого чавуну з особливими вимогами цей тип ковкого чавуну широко використовується в машинобудуванні, наприклад, в автомобілях, тракторах і дизельних двигунах; Додавання рідкоземельних металів до сплавів кольорових металів, таких як магній, алюміній, мідь, цинк і нікель, може покращити фізичні та хімічні властивості сплаву, а також покращити його механічні властивості при кімнатній температурі та при високій температурі.
Військово-польовий
Завдяки своїм чудовим фізичним властивостям, таким як фотоелектрика та магнетизм, рідкісноземельні елементи можуть утворювати широкий спектр нових матеріалів з різними властивостями та значно покращувати якість та продуктивність інших продуктів. Тому його називають «промисловим золотом». По-перше, додавання рідкоземельних елементів може значно покращити тактичні характеристики сталі, алюмінієвих сплавів, магнієвих і титанових сплавів, які використовуються у виробництві танків, літаків і ракет. Крім того, рідкісноземельні елементи також можна використовувати як мастила для багатьох високотехнологічних застосувань, таких як електроніка, лазери, ядерна промисловість і надпровідність. Як тільки рідкоземельні технології будуть використовуватися у війську, це неминуче спричинить стрибок у військових технологіях. У певному сенсі переважний контроль американської армії в кількох локальних війнах після холодної війни, а також її здатність відкрито безкарно вбивати ворогів походять від її рідкоземельних технологій, таких як Супермен.
Нафтохімічна промисловість
Рідкісноземельні елементи можна використовувати для виготовлення молекулярних ситових каталізаторів у нафтохімічній промисловості з такими перевагами, як висока активність, хороша селективність і висока стійкість до отруєння важкими металами. Тому вони замінили алюмосилікатні каталізатори для процесів каталітичного крекінгу нафти; У процесі виробництва синтетичного аміаку невелика кількість рідкоземельного нітрату використовується як сокаталізатор, а його потужність переробки газу в 1,5 рази більша, ніж у нікель-алюмінієвого каталізатора; У процесі синтезу цис-1,4-полібутадієнового каучуку та ізопренового каучуку продукт, отриманий з використанням рідкоземельного циклоалканоату триізобутил алюмінієвого каталізатора, має чудову продуктивність із такими перевагами, як менше зависання клею на обладнанні, стабільна робота та короткий процес післяобробки. ; Композитні рідкоземельні оксиди також можна використовувати як каталізатори для очищення вихлопних газів двигунів внутрішнього згоряння, а нафтенат церію також можна використовувати як осушувач фарби.
Склокерамічний
Застосування рідкоземельних елементів у скляній та керамічній промисловості Китаю зросло в середньому на 25% з 1988 року, досягнувши приблизно 1600 тонн у 1998 році. Рідкісноземельні склокераміка є не тільки традиційними основними матеріалами для промисловості та повсякденного життя, але й головний представник галузі високих технологій. Рідкоземельні оксиди або оброблені рідкоземельні концентрати можуть широко використовуватися як полірувальні порошки для оптичного скла, окулярних лінз, кінескопів, трубок осцилографів, плоского скла, пластику та металевого посуду; У процесі плавлення скла діоксид церію може бути використаний для сильного окислення заліза, зменшення вмісту заліза в склі та досягнення мети видалення зеленого кольору зі скла; Додавання рідкоземельних оксидів може виробляти оптичне та спеціальне скло для різних цілей, включаючи скло, яке може поглинати ультрафіолетові промені, кислотостійке та термостійке скло, стійке до рентгенівського випромінювання тощо; Додавання рідкоземельних елементів до керамічної та порцелянової глазурі може зменшити фрагментацію глазурі та зробити вироби різних кольорів і блиску, що робить їх широко використовуваними в керамічній промисловості.
Сільське господарство
Результати дослідження показують, що рідкоземельні елементи можуть підвищувати вміст хлорофілу в рослинах, посилювати фотосинтез, сприяти розвитку коренів і збільшувати поглинання поживних речовин корінням. Рідкоземельні елементи також можуть сприяти проростанню насіння, збільшувати швидкість проростання насіння та сприяти росту розсади. На додаток до основних функцій, згаданих вище, він також має здатність підвищувати стійкість до хвороб, холодостійкість і посухостійкість певних культур. Численні дослідження також показали, що використання відповідних концентрацій рідкоземельних елементів може сприяти поглинанню, трансформації та використанню поживних речовин рослинами. Обприскування рідкоземельних елементів може збільшити вміст Vc, загальний вміст цукру та кислотно-цукровий коефіцієнт яблук і цитрусових, сприяючи забарвленню та ранньому дозріванню плодів. І це може пригнічувати інтенсивність дихання під час зберігання та зменшувати швидкість розпаду.
Поле нових матеріалів
Рідкоземельний неодимовий залізний борний постійний магнітний матеріал із високою залишковою намагніченістю, високою коерцитивною силою та високою магнітною енергією широко використовується в електронній та аерокосмічній промисловості та в роботі вітрових турбін (особливо підходить для морських електростанцій); Монокристали та полікристали фериту гранатового типу, утворені комбінацією чистих рідкоземельних оксидів і оксиду заліза, можна використовувати в мікрохвильовій та електронній промисловості; Ітрієвий алюмінієвий гранат і неодимове скло з високочистого оксиду неодиму можуть бути використані як тверді лазерні матеріали; Рідкоземельні гексабориди можуть бути використані як катодні матеріали для електронної емісії; Металевий нікель-лантан — це нещодавно розроблений матеріал для зберігання водню в 1970-х роках; Хромат лантану — високотемпературний термоелектричний матеріал; В даний час країни в усьому світі зробили прорив у розробці надпровідних матеріалів, використовуючи оксиди на основі барію, модифіковані барієм, ітрієм, міддю, кисневими елементами, які можуть отримувати надпровідники в діапазоні температур рідкого азоту. Крім того, рідкісноземельні елементи широко використовуються в освітлювальних джерелах світла за допомогою таких методів, як флуоресцентний порошок, флуоресцентний порошок підсилювального екрана, флуоресцентний порошок із трьома основними кольорами та порошок копіювальної лампи (але через високу вартість, спричинену зростанням цін на рідкоземельні елементи, їх застосування в освітленні поступово зменшується), а також електронні продукти, такі як проекційні телевізори та планшети; У сільському господарстві внесення незначних кількостей рідкоземельних нітратів до польових культур може збільшити їх урожай на 5-10%; У легкій текстильній промисловості рідкоземельні хлориди також широко використовуються для дублення хутра, фарбування хутра, фарбування вовни та фарбування килимів; Рідкоземельні елементи можна використовувати в автомобільних каталітичних нейтралізаторах для перетворення основних забруднюючих речовин у нетоксичні сполуки під час вихлопу двигуна.
Інші програми
Рідкоземельні елементи також застосовуються до різноманітних цифрових продуктів, у тому числі аудіовізуальних, фотографічних і комунікаційних пристроїв, які відповідають численним вимогам, таким як менші розміри, швидкість, легкість, довший час використання та енергозбереження. У той же час він також застосовувався в багатьох сферах, таких як зелена енергетика, охорона здоров’я, очищення води та транспорт.
Час публікації: 16 серпня 2023 р