Η κατανάλωση σπάνιων γαιών σε μια χώρα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό του βιομηχανικού της επιπέδου. Οποιοδήποτε υψηλό, ακριβές και προηγμένο υλικό, εξαρτήματα και εξοπλισμός δεν μπορεί να διαχωριστεί από σπάνια μέταλλα. Γιατί ο ίδιος χάλυβας κάνει τους άλλους πιο ανθεκτικούς στη διάβρωση από εσάς; Είναι ο ίδιος άξονας εργαλειομηχανών ότι άλλοι είναι πιο ανθεκτικοί και ακριβείς από εσάς; Είναι επίσης ένα μόνο κρύσταλλο που άλλοι μπορούν να φτάσουν σε υψηλή θερμοκρασία 1650 ° C; Γιατί το γυαλί κάποιου άλλου έχει τόσο υψηλό δείκτη διάθλασης; Γιατί η Toyota μπορεί να επιτύχει την υψηλότερη θερμική απόδοση αυτοκινήτων στον κόσμο 41%; Όλα αυτά σχετίζονται με την εφαρμογή σπάνιων μετάλλων.
Μέταλλα σπάνιων γαιών, επίσης γνωστά ως στοιχεία σπάνιων γαιών, είναι ένας συλλογικός όρος για 17 στοιχεία τουσκάνδιο, ύττριο, και σειρά λανθανίδης στην περιοδική ομάδα Πίνακας IIIB, που συνήθως αντιπροσωπεύεται από το R ή RE. Το Scandium και το Yttrium θεωρούνται στοιχεία σπάνιων γαιών επειδή συχνά συνυπάρχουν με στοιχεία λανθανιδίου σε ορυκτές αποθέσεις και έχουν παρόμοιες χημικές ιδιότητες.
Σε αντίθεση με το όνομά του υποδηλώνει, η αφθονία των στοιχείων σπάνιων γαιών (εξαιρουμένου του Promethium) στην κρούστα είναι αρκετά υψηλή, με την 25η θέση στην αφθονία των στοιχείων κρούστας, που αντιπροσωπεύει το 0,0068% (κοντά στον χαλκό). Ωστόσο, λόγω των γεωχημικών ιδιοτήτων της, τα στοιχεία σπάνιων γαιών σπάνια εμπλουτίζονται σε ένα οικονομικά εκμεταλλεύσιμο επίπεδο. Το όνομα των στοιχείων σπάνιων γαιών προέρχεται από τη σπανιότητα τους. Το πρώτο ορυκτό της σπάνιας γης που ανακαλύφθηκε από τους ανθρώπους ήταν το μεταλλεύμα πυριτίου βηρυλλίου yttrium που εξάγεται από ένα ορυχείο στο χωριό Iterbi της Σουηδίας, όπου προέρχονται πολλά ονόματα σπανίων γαιών.
Τα ονόματά τους και τα χημικά σύμβολα είναιSC, Y, LA, CE, PR, ND, PM, SM, EU, GD, TB, DY, HO, ER, TM, YB, YB και LU. Οι ατομικοί αριθμοί τους είναι 21 (SC), 39 (y), 57 (LA) έως 71 (LU).
Το ιστορικό ανακάλυψης των στοιχείων σπάνιων γαιών
Το 1787, η σουηδική CA Arrhenius βρήκε ένα ασυνήθιστο μαύρο μεταλλικό μεταλλικό μεταλλεύμα σπάνιων γαιών στη μικρή πόλη Ytterby κοντά στη Στοκχόλμη. Το 1794, ο Finnish J. Gadolin απομόνωσε μια νέα ουσία από αυτό. Τρία χρόνια αργότερα (1797), η Σουηδική AG Ekeberg επιβεβαίωσε αυτή την ανακάλυψη και ονόμασε τη νέα ουσία Yttria (Yttrium Earth) μετά τον τόπο όπου ανακαλύφθηκε. Αργότερα, στη μνήμη του γαδολινίτη, αυτός ο τύπος μεταλλεύματος ονομάστηκε γαδολινίτης. Το 1803, οι Γερμανοί χημικοί MH Klaproth, οι Σουηδοί χημικοί JJ Berzelius και ο W. Hisinger ανακάλυψαν μια νέα ουσία - από ένα μεταλλεύμα (δημητριακό μεταλλεύμα δημητριακών). Το 1839, ο Σουηδός CG Mosander ανακάλυψε το Lanthanum. Το 1843, ο Musander ανακάλυψε ξανά το Terbium και το Erbium. Το 1878, η Ελβετική Μαρινάκ ανακάλυψε το Ytterbium. Το 1879, οι Γάλλοι ανακάλυψαν το Σαμαράριο, ο Σουηδός ανακάλυψε το Holmium και το Thulium, και το Σουηδικό ανακάλυψε σκάνδιο. Το 1880, η Ελβετική Μαρίνα ανακάλυψε γαδολίνιο. Το 1885, ο Αυστριακός Α. Von Wels Bach ανακάλυψε το Praseodymium και το Neodymium. Το 1886, ο Bouvabadrand ανακάλυψε το δυσπροσκόπιο. Το 1901, ο γαλλικός άνθρωπος EA DeMarcay ανακάλυψε το Europium. Το 1907, ο Γάλλος G. Urban ανακάλυψε το Λουτόνιο. Το 1947, οι Αμερικανοί όπως ο JA Marinsky απέκτησαν το Promethium από προϊόντα σχάσης ουρανίου. Χρειάστηκαν πάνω από 150 χρόνια από τον διαχωρισμό της γης Yttrium από τη γαδολίνη το 1794 στην παραγωγή του Promethium το 1947.
Εφαρμογή στοιχείων σπάνιων γαιών
Στοιχεία σπάνιων γαιώνείναι γνωστές ως "βιομηχανικές βιταμίνες" και έχουν αναντικατάστατα εξαιρετικές μαγνητικές, οπτικές και ηλεκτρικές ιδιότητες, διαδραματίζουν τεράστιο ρόλο στη βελτίωση της απόδοσης των προϊόντων, την αύξηση της ποικιλίας των προϊόντων και τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας της παραγωγής. Λόγω της μεγάλης επίδρασής του και της χαμηλής δοσολογίας, οι σπάνιες γη έχουν γίνει ένα σημαντικό στοιχείο για τη βελτίωση της δομής των προϊόντων, την αύξηση του τεχνολογικού περιεχομένου και την προώθηση της τεχνολογικής προόδου της βιομηχανίας. Έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως σε τομείς όπως η μεταλλουργία, η στρατιωτική, η πετροχημική, η γυάλινη κεραμική, η γεωργία και τα νέα υλικά.
Μεταλλουργική βιομηχανία
Σπάνια γηέχει εφαρμοστεί στο μεταλλουργικό πεδίο για περισσότερα από 30 χρόνια και έχει σχηματίσει σχετικά ώριμες τεχνολογίες και διαδικασίες. Η εφαρμογή της σπάνιας γης σε χάλυβα και μη σιδηρούχα μέταλλα είναι ένα μεγάλο και ευρύτατο πεδίο με ευρείες προοπτικές. Η προσθήκη μετάλλων σπάνιων γαιών, φθοριδίων και πυριτιδίων σε χάλυβα μπορεί να διαδραματίσει κάποιο ρόλο στη διύλιση, την αποβουτισμό, την εξουδετέρωση του χαμηλού σημείου τήξης επιβλαβών ακαθαρσιών και τη βελτίωση της απόδοσης της μεταποίησης του χάλυβα. Το κράμα σιδήρου πυριτίου σπάνιων γαιών και το κράμα μαγνησίου πυριτίου σπάνιων γαιών χρησιμοποιούνται ως σφαιροειδείς παράγοντες για να παράγουν σμήνος σπάνιων γαιών. Λόγω της ειδικής τους καταλληλότητας για την παραγωγή σύνθετων μέρη όλων των όλων με ειδικές απαιτήσεις, αυτός ο τύπος όλκιμου σιδήρου χρησιμοποιείται ευρέως σε μηχανικές βιομηχανίες παραγωγής όπως αυτοκίνητα, ελκυστήρες και κινητήρες ντίζελ. Προσθέτοντας μέταλλα σπάνιων γαιών σε μη σιδηρούχα κράματα όπως το μαγνήσιο, το αλουμίνιο, ο χαλκός, ο ψευδάργυρος και το νικέλιο μπορούν να βελτιώσουν τις φυσικές και χημικές ιδιότητες του κράματος, καθώς και να ενισχύσουν τη θερμοκρασία του δωματίου και τις μηχανικές ιδιότητες υψηλής θερμοκρασίας.
Στρατιωτικός τομέας
Λόγω των εξαιρετικών φυσικών του ιδιοτήτων, όπως η φωτοηλεκτρική ενέργεια και ο μαγνητισμός, οι σπάνιες γη μπορούν να σχηματίσουν μια μεγάλη ποικιλία νέων υλικών με διαφορετικές ιδιότητες και να βελτιώσουν σημαντικά την ποιότητα και την απόδοση άλλων προϊόντων. Ως εκ τούτου, είναι γνωστό ως "βιομηχανικός χρυσός". Πρώτον, η προσθήκη σπάνιων γαιών μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την τακτική απόδοση των χάλυβα, των κραμάτων αλουμινίου, των κραμάτων μαγνησίου και των κραμάτων τιτανίου που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή δεξαμενών, αεροσκαφών και πυραύλων. Επιπλέον, οι σπάνιες γη μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως λιπαντικά για πολλές εφαρμογές υψηλής τεχνολογίας όπως ηλεκτρονικά, λέιζερ, πυρηνική βιομηχανία και υπεραγωγιμότητα. Μόλις χρησιμοποιηθεί η τεχνολογία σπάνιων γαιών στο στρατό, αναπόφευκτα θα επιφέρει ένα άλμα στη στρατιωτική τεχνολογία. Με κάποια έννοια, ο συντριπτικός έλεγχος του αμερικανικού στρατού σε αρκετούς τοπικούς πολέμους μετά τον Ψυχρό Πόλεμο, καθώς και την ικανότητά του να σκοτώνει ανοιχτά τους εχθρούς με ατιμωρησία, προέρχεται από την τεχνολογία της σπάνιων γαιών, όπως ο Σούπερμαν.
Πετροχημική βιομηχανία
Τα στοιχεία σπάνιων γαιών μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή καταλυτών μοριακού κόσκινου στην πετροχημική βιομηχανία, με πλεονεκτήματα όπως η υψηλή δραστηριότητα, η καλή επιλεκτικότητα και η ισχυρή αντίσταση στη δηλητηρίαση από βαρέα μέταλλα. Ως εκ τούτου, έχουν αντικαταστήσει τους καταλύτες του πυριτικού αλουμινίου για τις διαδικασίες καταλυτικής πυρόλυσης πετρελαίου. Στη διαδικασία παραγωγής της συνθετικής αμμωνίας, χρησιμοποιείται μια μικρή ποσότητα νιτρικού σπάνιων γαιών ως cocatalyst και η χωρητικότητα επεξεργασίας του αερίου είναι 1,5 φορές μεγαλύτερη από αυτή του καταλύτη αλουμινίου νικελίου. Κατά τη διαδικασία σύνθεσης καουτσούκ cis-1,4-πολυ-πολυ-πολυ-πολυ-πολυ-πολυ-πολυ-πολυ-πολυ-πολυ-πολυ-πολυ-πολυ-πολυ-πολυασαλοϊνικού καουτσούκ και καουτσούκ ισοπρενίου, το προϊόν που λαμβάνεται με τη χρήση ενός καταλύτη αλουμινίου σπάνιας γης τριαισοβουτυλίου έχει εξαιρετική απόδοση, με πλεονεκτήματα όπως η συγκόλληση με λιγότερη συγκόλληση εξοπλισμού, η σταθερή λειτουργία και η σύντομη διαδικασία μετά τη θεραπεία. Τα σύνθετα οξείδια σπάνιων γαιών μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως καταλύτες για τον καθαρισμό καυσαερίων από κινητήρες εσωτερικής καύσης και το ναφθετικό δημητριακό μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως παράγοντας ξήρανσης.
Κεραμικός
Η εφαρμογή στοιχείων σπάνιων γαιών στη βιομηχανία γυαλιού και κεραμικής της Κίνας έχει αυξηθεί με μέσο επιτόκιο 25% από το 1988, φθάνοντας περίπου 1600 τόνους το 1998. Τα οξείδια σπάνιων γαιών ή τα επεξεργασμένα συμπυκνώματα σπάνιων γαιών μπορούν να χρησιμοποιηθούν ευρέως ως σκόνες στίλβας για οπτικά γυαλί, φακούς θεαματικών, σωλήνες, σωληνώσεις παλμογράφο, επίπεδη γυαλί, πλαστικό και μεταλλικά επιτραπέζιοι σκεύη. Στη διαδικασία της τήξης γυαλιού, το διοξείδιο του δημητριακού μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να έχει ισχυρή επίδραση οξείδωσης στο σιδήρου, μειώνοντας την περιεκτικότητα σε σιδήρου στο γυαλί και επιτυγχάνοντας το στόχο της αφαίρεσης του πράσινου χρώματος από το γυαλί. Η προσθήκη οξειδίων σπάνιων γαιών μπορούν να παράγουν οπτικό γυαλί και ειδικό γυαλί για διαφορετικούς σκοπούς, συμπεριλαμβανομένου του γυαλιού που μπορούν να απορροφήσουν υπεριώδεις ακτίνες, γυαλί ανθεκτικό σε οξύ και θερμότητα, γυαλί ανθεκτικό σε ακτίνες Χ κ.λπ. Η προσθήκη στοιχείων σπάνιων γαιών σε κεραμικά και πορσελάνη υαλοπίνακες μπορεί να μειώσει τον κατακερματισμό των γυαλιών και να κάνει τα προϊόντα να παρουσιάζουν διαφορετικά χρώματα και γυαλιστερά, καθιστώντας τα ευρέως χρησιμοποιημένα στην κεραμική βιομηχανία.
Γεωργία
Τα αποτελέσματα της έρευνας υποδεικνύουν ότι τα στοιχεία σπάνιων γαιών μπορούν να αυξήσουν την περιεκτικότητα σε χλωροφύλλη των φυτών, να ενισχύσουν τη φωτοσύνθεση, να προωθήσουν την ανάπτυξη των ριζών και να αυξήσουν την απορρόφηση θρεπτικών ουσιών από τις ρίζες. Τα στοιχεία σπάνιων γαιών μπορούν επίσης να προωθήσουν τη βλάστηση των σπόρων, να αυξήσουν τον ρυθμό βλάστησης των σπόρων και να προωθήσουν την ανάπτυξη των δενδρυλλίων. Εκτός από τις κύριες λειτουργίες που αναφέρονται παραπάνω, έχει επίσης τη δυνατότητα να ενισχύσει την αντίσταση της νόσου, την αντοχή στο κρύο και την αντοχή στην ξηρασία ορισμένων καλλιεργειών. Πολλές μελέτες έχουν επίσης δείξει ότι η χρήση κατάλληλων συγκεντρώσεων στοιχείων σπάνιων γαιών μπορεί να προάγει την απορρόφηση, τον μετασχηματισμό και τη χρήση των θρεπτικών ουσιών από τα φυτά. Ο ψεκασμός στοιχείων σπάνιων γαιών μπορεί να αυξήσει την περιεκτικότητα σε VC, την συνολική περιεκτικότητα σε ζάχαρη και την αναλογία ζάχαρης οξέος των φρούτων μήλων και εσπεριδοειδών, προωθώντας τον χρωματισμό των φρούτων και την πρόωρη ωρίμανση. Και μπορεί να καταστείλει την αναπνευστική ένταση κατά τη διάρκεια της αποθήκευσης και να μειώσει το ρυθμό αποσύνθεσης.
Νέο πεδίο υλικών
Σπάνια Γη Νεοδμίου Σίδερο Βοωδίου Μόνιμο μαγνητικό υλικό, με υψηλή αναδιάρθρωση, υψηλή εξαναγκαστικότητα και προϊόν υψηλής μαγνητικής ενέργειας, χρησιμοποιείται ευρέως στις ηλεκτρονικές και αεροδιαστημικές βιομηχανίες και την οδήγηση ανεμογεννητριών (ιδιαίτερα κατάλληλα για υπεράκτιες σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής). Οι μονό κρύσταλλοι και οι πολυκρυσταλλοί που σχηματίζονται από το συνδυασμό των καθαρών οξειδίων σπάνιων γαιών και οξειδίου του σιδήρου μπορούν να χρησιμοποιηθούν στις βιομηχανίες μικροκυμάτων και ηλεκτρονικών βιομηχανιών. Γρανάζ αλουμινίου Yttrium και γυαλί νεοδύμιου φτιαγμένου από οξείδιο του νεοδυμίου υψηλής καθαρότητας μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως στερεά υλικά λέιζερ. Τα εξοβαρίδια σπάνιας γης μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως καθολικά υλικά για εκπομπή ηλεκτρονίων. Το Nickel Lanthanum Nickel Metal είναι ένα πρόσφατα αναπτυγμένο υλικό αποθήκευσης υδρογόνου στη δεκαετία του 1970. Το χρωμικό Lanthanum είναι ένα θερμοηλεκτρικό υλικό υψηλής θερμοκρασίας. Επί του παρόντος, οι χώρες σε όλο τον κόσμο έχουν πραγματοποιήσει ανακαλύψεις στην ανάπτυξη υπεραγωγικών υλικών χρησιμοποιώντας οξείδια με βάση το βάριο που τροποποιούνται με στοιχεία οξυγόνου χαλκού βαρίου, τα οποία μπορούν να αποκτήσουν υπεραγωγούς στην περιοχή θερμοκρασίας υγρού αζώτου. Επιπλέον, οι σπάνιες γη χρησιμοποιούνται ευρέως σε πηγές φωτός φωτισμού μέσω μεθόδων όπως η φθορίζουσα σκόνη, η εντατικοποίηση της φθορίζουσας σκόνης, η κύρια χρωματική φθορίζουσα σκόνη και η σκόνη αντιγραφής (αλλά λόγω του υψηλού κόστους που προκαλούνται από την αύξηση των τιμών των σπάνιων γης, οι εφαρμογές τους στον φωτισμό μειώνονται σταδιακά), καθώς και ηλεκτρονικά προϊόντα όπως οι τηλεοράσεις προβολής και τα δισκία. Στη γεωργία, η εφαρμογή ιχνοστοιχείων νιτρικών σπάνιων γαιών σε καλλιέργειες πεδίου μπορεί να αυξήσει την απόδοσή τους κατά 5-10%. Στη βιομηχανία κλωστοϋφαντουργίας φωτός, τα χλωρίδια σπάνιων γαιών χρησιμοποιούνται επίσης ευρέως σε μαυρίσματος γούνας, βαφής γούνας, βαφής μαλλιού και βαφής χαλιών. Τα στοιχεία σπάνιων γαιών μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε καταλυτικούς μετατροπείς αυτοκινήτων για τη μετατροπή των μεγάλων ρύπων σε μη τοξικές ενώσεις κατά τη διάρκεια της εξάτμισης του κινητήρα.
Άλλες εφαρμογές
Τα στοιχεία σπάνιων γαιών εφαρμόζονται επίσης σε διάφορα ψηφιακά προϊόντα, συμπεριλαμβανομένων των οπτικοακουστικών, φωτογραφιών και συσκευών επικοινωνίας, πληρούν τις πολλαπλές απαιτήσεις, όπως μικρότερες, ταχύτερες, ελαφρύτερες, μακρύτερες χρήστες και διατήρηση ενέργειας. Ταυτόχρονα, έχει επίσης εφαρμοστεί σε πολλαπλά πεδία όπως η πράσινη ενέργεια, η υγειονομική περίθαλψη, ο καθαρισμός του νερού και η μεταφορά.
Χρόνος δημοσίευσης: Αυγ-16-2023