Harvinaisten maametallien kulutuksen perusteella voidaan määrittää maan teollinen taso.Mitään korkealaatuisia, tarkkoja ja edistyksellisiä materiaaleja, komponentteja ja laitteita ei voida erottaa harvinaisista metalleista.Miksi sama teräs tekee muista korroosionkestävämmiksi kuin sinä?Onko se sama työstökoneen kara, jonka muut ovat kestävämpiä ja tarkempia kuin sinä?Onko se myös yksikide, jonka muut voivat saavuttaa korkean lämpötilan 1650 °C?Miksi jonkun muun lasilla on niin korkea taitekerroin?Miksi Toyota voi saavuttaa maailman korkeimman auton lämpöhyötysuhteen, 41 %?Nämä kaikki liittyvät harvinaisten metallien käyttöön.
Harvinaiset maametallit, joka tunnetaan myös nimellä harvinaisten maametallien alkuaineet, ovat yhteisnimitys 17 elementilleskandium, yttrium, ja lantanidisarja jaksollisen taulukon IIIB ryhmässä, jota yleisesti edustaa R tai RE.Skandiumia ja yttriumia pidetään harvinaisina maametallien alkuaineina, koska ne esiintyvät usein yhdessä lantanidielementtien kanssa mineraaliesiintymissä ja niillä on samanlaiset kemialliset ominaisuudet.
Toisin kuin nimestä voi päätellä, harvinaisten maametallien (prometiumia lukuun ottamatta) määrä maankuoressa on melko korkea, ja serium on sijalla 25 maankuoren alkuaineiden runsaudessa ja sen osuus on 0,0068 % (lähellä kuparia).Geokemiallisten ominaisuuksiensa vuoksi harvinaisten maametallien alkuaineet rikastuvat kuitenkin harvoin taloudellisesti hyödynnettävälle tasolle.Harvinaisten maametallien nimi on peräisin niiden niukkuudesta.Ensimmäinen ihmisten löytämä harvinaisten maametallien mineraali oli pii-beryllium-yttriummalmi, joka louhittiin kaivoksesta Iterbin kylästä Ruotsista, josta monet harvinaisten maametallien alkuaineiden nimet ovat peräisin.
Niiden nimet ja kemialliset symbolit ovatSc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Yb ja Lu.Niiden atominumerot ovat 21 (Sc), 39 (Y), 57 (La) - 71 (Lu).
Harvinaisten maametallien löytöhistoria
Vuonna 1787 ruotsalainen CA Arrhenius löysi epätavallisen harvinaisen maametallin mustan malmin Ytterbyn pikkukaupungista lähellä Tukholmaa.Vuonna 1794 suomalainen J. Gadolin eristi siitä uuden aineen.Kolme vuotta myöhemmin (1797) ruotsalainen AG Ekeberg vahvisti tämän löydön ja nimesi uuden aineen yttriumiksi (yttriummaaksi) sen löytöpaikan mukaan.Myöhemmin gadoliniitin muistoksi tämän tyyppistä malmia kutsuttiin gadoliniitiksi.Vuonna 1803 saksalaiset kemistit MH Klaproth, ruotsalaiset kemistit JJ Berzelius ja W. Hisinger löysivät malmista (seriumsilikaattimalmi) uuden aineen - cerian.Vuonna 1839 ruotsalainen CG Mosander löysi lantaanin.Vuonna 1843 Musander löysi terbiumin ja erbiumin uudelleen.Vuonna 1878 sveitsiläinen Marinac löysi ytterbiumin.Vuonna 1879 ranskalaiset löysivät samariumin, ruotsalaiset holmiumin ja tuliumin ja ruotsalaiset skandiumin.Vuonna 1880 sveitsiläinen Marinac löysi gadoliniumin.Vuonna 1885 itävaltalainen A. von Wels bach löysi praseodyymin ja neodyymin.Vuonna 1886 Bouvabadrand löysi dysprosiumin.Vuonna 1901 ranskalainen mies EA Demarcay löysi europiumin.Vuonna 1907 ranskalainen mies G. Urban löysi lutetiumin.Vuonna 1947 amerikkalaiset, kuten JA Marinsky, saivat prometiumia uraanin fissiotuotteista.Kesti yli 150 vuotta Gadolinin yttriummaan erottamisesta vuonna 1794 prometiumin tuotantoon vuonna 1947.
Harvinaisten maametallien käyttö
Harvinaiset maametallittunnetaan "teollisina vitamiineina" ja niillä on korvaamattomat erinomaiset magneettiset, optiset ja sähköiset ominaisuudet, joilla on valtava rooli tuotteiden suorituskyvyn parantamisessa, tuotevalikoiman lisäämisessä ja tuotannon tehokkuuden parantamisessa.Suuren vaikutuksensa ja pienen annostuksensa ansiosta harvinaisista maametallista on tullut tärkeä elementti tuoterakenteen parantamisessa, teknologisen sisällön lisäämisessä ja teollisuuden teknologisen kehityksen edistämisessä.Niitä on käytetty laajalti sellaisilla aloilla kuin metallurgiassa, armeijassa, petrokemianteollisuudessa, lasikeramiikassa, maataloudessa ja uusissa materiaaleissa.
Metallurginen teollisuus
Harvinainen maaon käytetty metallurgian alalla yli 30 vuoden ajan, ja se on muodostanut suhteellisen kypsiä teknologioita ja prosesseja.Harvinaisten maametallien käyttö teräksessä ja ei-rautametalleissa on laaja ja laaja-alainen ala, jolla on laajat näkymät.Harvinaisten maametallien, fluoridien ja silidien lisäämisellä teräkseen voi olla merkitystä jalostuksessa, rikinpoistossa, matalan sulamispisteen haitallisten epäpuhtauksien neutraloinnissa ja teräksen prosessointikyvyn parantamisessa;Harvinaisen maametallin piiraudaseosta ja harvinaisten maametallien piin magnesiumseosta käytetään pallomaisina aineina harvinaisten maametallien pallografiittisen raudan valmistukseen.Koska ne soveltuvat erityisen hyvin monimutkaisten pallografiittiraudan osien valmistukseen erityisvaatimuksilla, tämän tyyppistä pallografiittivalurautaa käytetään laajalti mekaanisessa valmistusteollisuudessa, kuten autoissa, traktoreissa ja dieselmoottoreissa;Harvinaisten maametallien lisääminen ei-rautametalliseoksiin, kuten magnesiumiin, alumiiniin, kupariin, sinkkiin ja nikkeliin, voi parantaa lejeeringin fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia sekä parantaa sen huoneenlämpötilan ja korkean lämpötilan mekaanisia ominaisuuksia.
Sotilaallinen kenttä
Erinomaisten fysikaalisten ominaisuuksiensa, kuten valosähkön ja magnetismin, ansiosta harvinaiset maametallit voivat muodostaa monenlaisia uusia materiaaleja, joilla on erilaiset ominaisuudet ja parantaa huomattavasti muiden tuotteiden laatua ja suorituskykyä.Siksi se tunnetaan "teollisena kullana".Ensinnäkin harvinaisten maametallien lisääminen voi merkittävästi parantaa tankkien, lentokoneiden ja ohjusten valmistuksessa käytettyjen teräksen, alumiiniseosten, magnesiumseosten ja titaaniseosten taktista suorituskykyä.Lisäksi harvinaisia maametallia voidaan käyttää voiteluaineina monissa huipputeknologisissa sovelluksissa, kuten elektroniikassa, lasereissa, ydinteollisuudessa ja suprajohtavuudessa.Kun harvinaisten maametallien teknologiaa käytetään armeijassa, se johtaa väistämättä harppaukseen sotilastekniikassa.Tietyssä mielessä Yhdysvaltain armeijan ylivoimainen hallinta useissa paikallisissa sodissa kylmän sodan jälkeen sekä sen kyky avoimesti tappaa vihollisia rankaisematta, johtuu sen harvinaisista maametallien teknologiasta, kuten Supermanista.
Petrokemian teollisuus
Harvinaisten maametallien elementtejä voidaan käyttää molekyyliseulakatalyyttien valmistukseen petrokemian teollisuudessa, ja niiden etuja ovat korkea aktiivisuus, hyvä selektiivisyys ja vahva raskasmetallimyrkytyskestävyys.Siksi he ovat korvanneet alumiinisilikaattikatalyytit öljyn katalyyttisissä krakkausprosesseissa;Synteettisen ammoniakin tuotantoprosessissa kokatalyyttinä käytetään pientä määrää harvinaisten maametallien nitraattia, ja sen kaasunkäsittelykapasiteetti on 1,5 kertaa suurempi kuin nikkeli-alumiinikatalyytin;Cis-1,4-polybutadieenikumin ja isopreenikumin syntetisointiprosessissa harvinaisen maametallin sykloalkanoaattitri-isobutyylialumiinikatalyytin avulla saadulla tuotteella on erinomainen suorituskyky, ja sen etuja, kuten vähemmän laitteiden kiinnittymistä, vakaa toiminta ja lyhyt jälkikäsittelyprosessi. ;Harvinaisten maametallien komposiittioksideja voidaan käyttää myös katalyytteinä polttomoottoreiden pakokaasujen puhdistamiseen, ja ceriumnaftenaattia voidaan käyttää myös maalin kuivausaineena.
Lasi-keramiikka
Harvinaisten maametallien käyttö Kiinan lasi- ja keramiikkateollisuudessa on lisääntynyt keskimäärin 25 % vuodesta 1988, ja se oli noin 1600 tonnia vuonna 1998. Harvinaisten maametallien lasikeramiikka ei ole vain perinteisiä perusmateriaaleja teollisuudelle ja jokapäiväiseen elämään, vaan myös korkean teknologian alan merkittävä jäsen.Harvinaisten maametallien oksideja tai käsiteltyjä harvinaisten maametallien rikasteita voidaan käyttää laajalti optisen lasin, silmälasilinssien, kuvaputkien, oskilloskooppiputkien, tasolasien, muovien ja metallisten astioiden kiillotusjauheina;Lasin sulatusprosessissa ceriumdioksidilla voidaan saada voimakas hapetusvaikutus rautaan, mikä vähentää lasin rautapitoisuutta ja saavuttaa tavoitteen poistaa vihreä väri lasista;Harvinaisten maametallien oksidien lisääminen voi tuottaa optista lasia ja erikoislasia eri tarkoituksiin, mukaan lukien lasi, joka voi absorboida ultraviolettisäteitä, happoa ja lämpöä kestävä lasi, röntgensäteitä kestävä lasi jne.Harvinaisten maametallien lisääminen keraamisiin ja posliinilasitteisiin voi vähentää lasitteiden pirstoutumista ja saada tuotteet näyttämään erilaisia värejä ja kiiltoja, jolloin niitä käytetään laajasti keramiikkateollisuudessa.
Maatalous
Tutkimustulokset osoittavat, että harvinaiset maametallit voivat lisätä kasvien klorofyllipitoisuutta, tehostaa fotosynteesiä, edistää juurien kehitystä ja lisätä ravinteiden imeytymistä juurista.Harvinaiset maametallit voivat myös edistää siementen itämistä, lisätä siementen itämisnopeutta ja edistää taimien kasvua.Edellä mainittujen päätoimintojen lisäksi sillä on myös kyky parantaa tiettyjen viljelykasvien tautien kestävyyttä, kylmäkestävyyttä ja kuivuuden kestävyyttä.Lukuisat tutkimukset ovat myös osoittaneet, että harvinaisten maametallien sopivien pitoisuuksien käyttö voi edistää ravinteiden imeytymistä, muuntumista ja hyödyntämistä kasveissa.Harvinaisten maametallien ruiskuttaminen voi lisätä omena- ja sitrushedelmien Vc-pitoisuutta, kokonaissokeripitoisuutta ja sokerihapposuhdetta, mikä edistää hedelmien värjäytymistä ja varhaista kypsymistä.Ja se voi vähentää hengitysintensiteettiä varastoinnin aikana ja vähentää hajoamisnopeutta.
Uusi materiaalikenttä
Harvinaisen maametallin neodyymi-rautaboorikestomagneettimateriaalia, jolla on korkea remanenssi, korkea koersitiivisuus ja korkea magneettinen energiatuote, käytetään laajalti elektroniikka- ja ilmailuteollisuudessa sekä tuuliturbiinien ohjauksessa (erityisesti offshore-voimaloihin);Granaattityyppisiä ferriitin yksittäiskiteitä ja polykiteitä, jotka muodostuvat puhtaiden harvinaisten maametallien ja rautaoksidin yhdistelmästä, voidaan käyttää mikroaaltouuni- ja elektroniikkateollisuudessa;Yttrium-alumiinigranaattia ja erittäin puhtaasta neodyymioksidista valmistettua neodyymilasia voidaan käyttää kiinteinä lasermateriaaleina;Harvinaisten maametallien heksaborideja voidaan käyttää katodimateriaaleina elektronien emissiossa;Lantaaninikkelimetalli on hiljattain kehitetty vedyn varastointimateriaali 1970-luvulla;Lantaanikromaatti on korkean lämpötilan lämpösähköinen materiaali;Tällä hetkellä maat ympäri maailmaa ovat tehneet läpimurtoja suprajohtavien materiaalien kehittämisessä käyttämällä bariumpohjaisia oksideja, jotka on modifioitu barium-yttriumkuparihappielementeillä, joilla voidaan saada suprajohtimia nestemäisen typen lämpötila-alueella.Lisäksi harvinaisia maametalleja käytetään laajalti valonlähteiden valaistuksessa menetelmillä, kuten fluoresoiva jauhe, tehostava näyttö fluoresoiva jauhe, kolmen päävärin loisteputkijauhe ja kopiolamppujauhe (mutta harvinaisten maametallien hintojen nousun aiheuttamien korkeiden kustannusten vuoksi, niiden sovellukset valaistuksessa vähenevät vähitellen), samoin kuin elektroniset tuotteet, kuten projektiotelevisiot ja tabletit;Maataloudessa harvinaisten maametallien nitraattia vähäisten määrien levittäminen peltokasveille voi lisätä niiden satoa 5-10 %;Kevyessä tekstiiliteollisuudessa harvinaisten maametallien klorideja käytetään laajalti myös turkisten parkitsemisessa, turkisten värjäyksessä, villan värjäyksessä ja mattojen värjäyksessä;Harvinaisia maametallielementtejä voidaan käyttää autojen katalysaattoreissa muuttamaan tärkeimmät epäpuhtaudet myrkyttömiksi yhdisteiksi moottorin pakokaasujen aikana.
Muut sovellukset
Harvinaisia maametallien elementtejä käytetään myös erilaisissa digitaalisissa tuotteissa, kuten audiovisuaalisissa, valokuvaus- ja viestintälaitteissa, ja ne täyttävät useita vaatimuksia, kuten pienempiä, nopeampia, kevyempiä, pidemmän käyttöajan ja energiansäästön.Samaan aikaan sitä on sovellettu myös useilla aloilla, kuten vihreässä energiassa, terveydenhuollossa, vedenpuhdistuksessa ja liikenteessä.
Postitusaika: 16.8.2023