נאמר שרק על ידי הוספתם האם ניתן לשפר את ביצועי החומר

ניתן להשתמש בצריכת אדמות נדירות במדינה לקביעת רמת התעשייה שלה. לא ניתן להפריד בין חומרים גבוהים, מדויקים ומתקדמים, רכיבים וציוד מתכות נדירות. מדוע אותה פלדה הופכת את האחרים לעמידים בפני קורוזיה ממך? האם זה אותו ציר כלי מכונה שאחרים עמידים ומדויקים ממך? האם מדובר גם בקריסטל יחיד שאחרים יכולים להגיע לטמפרטורה גבוהה של 1650 מעלות צלזיוס? מדוע זכוכית של מישהו אחר יש מדד שבירה כה גבוה? מדוע טויוטה יכולה להשיג את היעילות התרמית הגבוהה ביותר ברכב של 41%? כל אלה קשורים ליישום מתכות נדירות.

מתכות אדמה נדירות, המכונה גם יסודות אדמה נדירים, הם מונח קולקטיבי עבור 17 אלמנטים שלסקנדיום, yttrium, וסדרות Lanthanide בקבוצת הטבלה התקופתית IIIB, המיוצגת בדרך כלל על ידי R או RE. סקנדיום ו- yttrium נחשבים לאלמנטים אדמה נדירים מכיוון שלעתים קרובות הם מתקיימים יחד עם יסודות לנטניד במפקדי מינרלים ובעלי תכונות כימיות דומות.

בניגוד לשמו מרמז, שפע יסודות כדור הארץ הנדירים (למעט פרומטיום) בקרום הוא די גבוה, כאשר סריום מדורג במקום ה -25 בשפע של יסודות קרום, המהווה 0.0068% (קרוב לנחושת). עם זאת, בשל תכונותיו הגיאוכימיות, אלמנטים אדמה נדירים מועשרים לעיתים רחוקות לרמה הניתנת לניצול כלכלית. שמו של יסודות אדמה נדירים נגזר ממחסורם. מינרל האדמה הנדיר הראשון שהתגלה על ידי בני אדם היה עפרות סיליקון בריליום yttrium שחולצו ממכרה בכפר איטרבי, שוודיה, שם מקורם של שמות אלמנטים נדירים רבים באדמה.

שמם וסמלים כימיים הםSC, Y, LA, CE, PR, ND, PM, SM, EU, GD, TB, DY, HO, ER, TM, YB, YB ו- LU. המספרים האטומיים שלהם הם 21 (SC), 39 (Y), 57 (LA) עד 71 (LU).

ההיסטוריה של הגילוי של יסודות אדמה נדירים

בשנת 1787 מצאה ארהניוס השוודית שוודית עפרות שחורות מתכתיות נדירות בעיירה הקטנה יטרבי ליד שטוקהולם. בשנת 1794 בידוד ג'יי גאדולין הפיני חומר חדש ממנו. שלוש שנים לאחר מכן (1797), אישר AG Ekeberg השוודית אישר את התגלית הזו וקרא לחומר החדש yttria (yttrium Earth) לאחר המקום בו התגלה. מאוחר יותר, לזכרו של גאדוליניט, סוג זה של עפרות נקרא גדוליניט. בשנת 1803 גילו כימאים גרמנים MH Klaproth, הכימאים השוודים ג'יי ג'יי ברזליוס, וו. היסינגר חומר חדש - סריה - מעפרה (עפרת סיליקט סיליקט). בשנת 1839 גילה ה- Swede CG Mosander Lanthanum. בשנת 1843 גילה מוסנדר את טרביום וארביום שוב. בשנת 1878 גילתה מרינק השוויצרי את יטרביום. בשנת 1879 גילו הצרפתים את הסמריום, השוודית גילה את הולמיום ותוליום, והשוודית גילה סקנדיום. בשנת 1880 גילתה מרינק השוויצרית את גאדוליניום. בשנת 1885 גילה א 'פון וולס באך האוסטרי את Praseodymium ו- Neodymium. בשנת 1886 גילה בובאבאדרנד דיספרוזיון. בשנת 1901 גילה האיש הצרפתי EA DeMarcay אירופה. בשנת 1907 גילה האיש הצרפתי ג 'אורבן את לוטטיום. בשנת 1947, אמריקאים כמו ג'יי מרינסקי השיגו פרומטיום ממוצרי ביקוע אורניום. זה ארך למעלה מ -150 שנה מההפרדה של yttrium Earth על ידי גאדולין בשנת 1794 לייצור פרומטיום בשנת 1947.

יישום יסודות אדמה נדירים

יסודות אדמה נדיריםידועים בשם "ויטמינים תעשייתיים" ובעלי תכונות מגנטיות, אופטיות וחשמליות מצוינות בלתי ניתנות להחלפה, ממלאות תפקיד עצום בשיפור ביצועי המוצר, הגדלת מגוון המוצר ושיפור יעילות הייצור. בשל השפעתו הגדולה והמינון הנמוך, אדמות נדירות הפכו למרכיב חשוב בשיפור מבנה המוצר, הגברת התוכן הטכנולוגי וקידום ההתקדמות הטכנולוגית בתעשייה. הם היו בשימוש נרחב בתחומים כמו מטלורגיה, צבאית, פטרוכימית, קרמיקה זכוכית, חקלאות וחומרים חדשים.

תעשייה מטלורגית

כדור הארץ הנדירמיושם בתחום המתכות במשך למעלה משלושים שנה, ויצר טכנולוגיות ותהליכים בוגרים יחסית. היישום של כדור הארץ הנדיר בפלדה ובמתכות שאינן ברזליות הוא תחום גדול ורחב עם לקוחות פוטנציאליים רחבים. תוספת של מתכות אדמה נדירות, פלואורידים ומילצדידים לפלדה יכולה למלא תפקיד בזיקוק, דמיון, נטרול נטרול נקודת התכה זיהומים מזיקים ושיפור ביצועי העיבוד של פלדה; סגסוגת ברזל סיליקון אדמה נדירה וסגסוגת מגנזיום סיליקון אדמה נדירה משמשים כחומרים כדוריים לייצור ברזל רקיע אדמה נדיר. בשל התאמתם המיוחדת לייצור חלקי ברזל רקיע מורכבים עם דרישות מיוחדות, סוג זה של ברזל רקיע נמצא בשימוש נרחב בתעשיות ייצור מכניות כמו מכוניות, טרקטורים ומנועי דיזל; הוספת מתכות אדמה נדירות לסגסוגות שאינן ברזליות כמו מגנזיום, אלומיניום, נחושת, אבץ וניקל יכולה לשפר את התכונות הפיזיקליות והכימיות של הסגסוגת, כמו גם לשפר את טמפרטורת החדר שלה ואת התכונות המכניות בטמפרטורה גבוהה.
שדה צבאי

בשל תכונותיו הפיזיות המצוינות כמו פוטו -אלקטרוניות ומגנטיות, אדמות נדירות יכולות ליצור מגוון רחב של חומרים חדשים עם תכונות שונות ולשפר מאוד את האיכות והביצועים של מוצרים אחרים. לכן זה מכונה "זהב תעשייתי". ראשית, תוספת של אדמות נדירות יכולה לשפר משמעותית את הביצועים הטקטיים של פלדה, סגסוגות אלומיניום, סגסוגות מגנזיום וסגסוגות טיטניום המשמשות לייצור טנקים, מטוסים וטילים. בנוסף, אדמות נדירות יכולות לשמש גם כחומרי סיכה ליישומי היי-טק רבים כמו אלקטרוניקה, לייזרים, תעשייה גרעינית ומוליכות-על. לאחר שתשתמש בטכנולוגיית כדור הארץ הנדירה בצבא, היא בהכרח תביא לקפיצה בטכנולוגיה צבאית. במובן מסוים, השליטה המדהימה על צבא ארה"ב בכמה מלחמות מקומיות לאחר המלחמה הקרה, כמו גם יכולתה להרוג בגלוי אויבים בחסינות, נובעת מטכנולוגיית האדמה הנדירה שלה, כמו הסופרמן.

תעשייה פטרוכימית

ניתן להשתמש באלמנטים נדירים של כדור הארץ לייצור זרזי מסננים מולקולריים בתעשייה הפטרוכימית, עם יתרונות כמו פעילות גבוהה, סלקטיביות טובה והתנגדות חזקה להרעלת מתכות כבדות. לכן הם החליפו זרזים לסיליקט אלומיניום לתהליכי פיצוח קטליטיים נפט; בתהליך הייצור של אמוניה סינתטית, כמות קטנה של חנקת אדמה נדירה משמשת כקוקטליסט, ויכולת עיבוד הגז שלו גדולה פי 1.5 מזו של זרז אלומיניום ניקל; בתהליך של סינתזת גומי CIS-1,4-Polybutadiene וגומי איזופרן, המוצר המתקבל באמצעות כדור הארץ נדיר ציקלואלקאנואט טריזובוטיל אלומיניום יש ביצועים מצוינים, עם יתרונות כמו פחות תלייה ציוד, פעולה יציבה ותהליך קצר לאחר הניתוח; תחמוצות אדמה נדירות מורכבות יכולות לשמש גם כזרזים לטיהור גז פליטה ממנועי בעירה פנימית, ו- Cerium naphthenate יכול לשמש גם כחומר ייבוש צבע.

קרמיקה זכוכית

היישום של יסודות כדור הארץ הנדירים בתעשיית הזכוכית והקרמיקה של סין עלה בשיעור ממוצע של 25% מאז 1988, והגיע לכ- 1600 טון בשנת 1998. קרמיקה נדירה של זכוכית כדור הארץ היא לא רק חומרים בסיסיים מסורתיים לתעשייה ולחיי היומיום, אלא גם חבר מרכזי בתחום ההיי-טק. תחמוצות אדמה נדירות או ריכוזי אדמה נדירים מעובדים יכולים לשמש באופן נרחב כאבקות ליטוש לזכוכית אופטית, עדשות מחזה, צינורות תמונה, צינורות אוסילוסקופ, זכוכית שטוחה, פלסטיק וכלי שולחן מתכת; בתהליך ההיתוך זכוכית, ניתן להשתמש בסריום דו חמצני כדי להיות בעל השפעת חמצון חזקה על ברזל, להפחית את תכולת הברזל בזכוכית ולהשיג את המטרה של הסרת הצבע הירוק מהזכוכית; הוספת תחמוצות אדמה נדירות יכולה לייצר זכוכית אופטית וזכוכית מיוחדת למטרות שונות, כולל זכוכית שיכולה לספוג קרניים אולטרה סגולות, זכוכית עמידה בפני חומצה וחום, זכוכית עמידה לרנטגן וכו '; הוספת יסודות אדמה נדירים לזיגוג קרמיקה וחרסינה יכולה להפחית את פיצול הזיגוג ולגרום למוצרים להציג צבעים והברקות שונות, מה שהופך אותם לשימוש נרחב בתעשיית הקרמיקה.

חַקלָאוּת

תוצאות המחקר מצביעות על כך שאלמנטים נדירים של כדור הארץ יכולים להגדיל את תכולת הכלורופיל של צמחים, לשפר את הפוטוסינתזה, לקדם התפתחות שורשים ולהגביר את ספיגת החומרים המזינים על ידי שורשים. יסודות אדמה נדירים יכולים גם לקדם נביטת זרעים, להגדיל את שיעור נביטת הזרעים ולקדם גידול שתילים. בנוסף לתפקודים העיקריים שהוזכרו לעיל, יש לו גם את היכולת לשפר את עמידות המחלה, עמידות לקור ועמידות הבצורת של יבולים מסוימים. מחקרים רבים הראו כי השימוש בריכוזים מתאימים של אלמנטים אדמה נדירים יכול לקדם את הקליטה, השינוי והשימוש בחומרים מזינים על ידי צמחים. ריסוס אלמנטים אדמה נדירים יכול להגדיל את תכולת ה- VC, תכולת סוכר מוחלטת ויחס חומצת הסוכר של פירות תפוחים והדרים, לקדם צביעת פרי והבשלה מוקדמת. וזה יכול לדכא את עוצמת הנשימה במהלך האחסון ולהפחית את קצב הריקבון.

שדה חומרים חדשים

חומר מגנט קבוע של נדימיום בורון נדימיום בורון, עם התרחשות גבוהה, כפיות גבוהות ומוצר אנרגיה מגנטית גבוהה, נמצא בשימוש נרחב בתעשיות האלקטרוניות והחלליות ומניעת טורבינות רוח (מתאימות במיוחד לתחנות כוח מחוץ לחוף); ניתן להשתמש בגבישים בודדים מסוג גרנט ופוליסטלים הנוצרים על ידי השילוב של תחמוצות אדמה נדירות טהורות ותחמוצת הברזל ניתן להשתמש בתעשיות המיקרוגל והאלקטרוניות; Yttrium aluminum garnet וזכוכית ניאודימיום העשויה תחמוצת ניאודימיום גבוהה טוהרת יכולה לשמש כחומרי לייזר מוצקים; ניתן להשתמש בהקסבורידים נדירים אדמה כחומרי קתודה לפליטת אלקטרונים; Lanthanum Nickel Metal הוא חומר אחסון מימן מפותח לאחרונה בשנות השבעים; כרומט Lanthanum הוא חומר תרמו-אלקטרוני בטמפרטורה גבוהה; נכון לעכשיו, מדינות ברחבי העולם ביצעו פריצות דרך בפיתוח חומרים מוליכים -על על ידי שימוש בתחמוצות מבוססות בריום ששונו עם אלמנטים של חמצן נחושת בריום yttrium, שיכולים להשיג מוליכים -על בטווח טמפרטורת החנקן הנוזלי. בנוסף, אדמות נדירות נמצאות בשימוש נרחב במקורות תאורה מדורה בשיטות כמו אבקת פלורסנט, מעצירה אבקת ניאון מסך, שלוש אבקת פלורסנט צבעונית ראשונית ואבקת המנורת העתק (אך בגלל העלות הגבוהה הנגרמת כתוצאה מעליית מחירי כדור הארץ הנדירים, יישומי התאורה שלהם יורדים בהדרגה), כמו גם מוצרים אלקטרוניים כמו טלוויזיות טבליות וטבליות; בחקלאות, החלת כמויות עקבות של חנקת כדור הארץ נדירה על גידולי שדה יכולה להגדיל את התשואה שלהם ב -5-10%; בתעשיית הטקסטיל הקלה, כלורידים אדמה נדירים נמצאים בשימוש נרחב גם בפרוות שיזוף, צביעת פרווה, צביעת צמר וצביעת שטיחים; ניתן להשתמש באלמנטים נדירים של כדור הארץ בממירים קטליטיים רכב כדי להמיר מזהמים גדולים לתרכובות שאינן רעילות במהלך פליטת המנוע.

יישומים אחרים

אלמנטים נדירים של כדור הארץ מיושמים גם על מוצרים דיגיטליים שונים, כולל מכשירי אורקול, צילום ותקשורת, העומדים בדרישות מרובות כמו זמן קטן יותר, מהיר יותר, קל יותר, שימוש ארוך יותר ושימור אנרגיה. יחד עם זאת, הוא הוחל גם על שדות מרובים כמו אנרגיה ירוקה, שירותי בריאות, טיהור מים והובלה.