Het verbruik van zeldzame aardmetalen in een land kan worden gebruikt om het industriële niveau ervan te bepalen.Alle hoogwaardige, nauwkeurige en geavanceerde materialen, componenten en apparatuur kunnen niet gescheiden worden van zeldzame metalen.Hoe komt het dat hetzelfde staal anderen corrosiebestendiger maakt dan jij?Is het dezelfde werktuigmachineas die anderen duurzamer en preciezer zijn dan jij?Is het ook een enkel kristal waarmee anderen een hoge temperatuur van 1650°C kunnen bereiken?Waarom heeft het glas van iemand anders zo'n hoge brekingsindex?Waarom kan Toyota het hoogste thermische rendement voor auto's ter wereld van 41% bereiken?Deze hebben allemaal te maken met de toepassing van zeldzame metalen.
Zeldzame aardmetalen, ook wel zeldzame aardelementen genoemd, zijn een verzamelnaam voor 17 elementen van descandium, yttrium, en lanthanidereeksen in de periodiek systeem IIIB-groep, gewoonlijk weergegeven door R of RE.Scandium en yttrium worden beschouwd als zeldzame aardelementen omdat ze vaak naast lanthanide-elementen in minerale afzettingen voorkomen en vergelijkbare chemische eigenschappen hebben.
Anders dan de naam aangeeft, is de overvloed aan zeldzame aardelementen (exclusief promethium) in de korst vrij hoog, waarbij cerium op de 25e plaats staat wat betreft de overvloed aan aardkorstelementen, goed voor 0,0068% (dicht bij koper).Vanwege de geochemische eigenschappen worden zeldzame aardelementen echter zelden verrijkt tot een economisch exploiteerbaar niveau.De naam van zeldzame aardelementen is afgeleid van hun schaarste.Het eerste zeldzame aardmineraal dat door mensen werd ontdekt, was siliciumberyllium-yttrium-erts gewonnen uit een mijn in het dorp Iterbi, Zweden, waar veel namen van zeldzame aardelementen vandaan kwamen.
Hun namen en chemische symbolen zijn dat welSc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Yb en Lu.Hun atoomnummers zijn 21 (Sc), 39 (Y), 57 (La) tot 71 (Lu).
De ontdekkingsgeschiedenis van zeldzame aardelementen
In 1787 vond de Zweedse CA Arrhenius een ongebruikelijk zwart erts van zeldzame aardmetalen in het kleine stadje Ytterby nabij Stockholm.In 1794 isoleerde de Fin J. Gadolin er een nieuwe stof uit.Drie jaar later (1797) bevestigde de Zweedse AG Ekeberg deze ontdekking en noemde de nieuwe stof yttria (yttriumaarde) naar de plaats waar deze werd ontdekt.Later, ter nagedachtenis aan Gadoliniet, werd dit type erts gadoliniet genoemd.In 1803 ontdekten de Duitse chemici MH Klaproth, de Zweedse chemici JJ Berzelius en W. Hisinger een nieuwe stof - ceriumoxide - uit een erts (ceriumsilicaaterts).In 1839 ontdekte de Zweed CG Mosander lanthaan.In 1843 ontdekte Musander opnieuw terbium en erbium.In 1878 ontdekte de Zwitserse Marinac ytterbium.In 1879 ontdekten de Fransen samarium, de Zweden ontdekten holmium en thulium, en de Zweden ontdekten scandium.In 1880 ontdekte de Zwitserse Marinac gadolinium.In 1885 ontdekte de Oostenrijker A. von Welsbach praseodymium en neodymium.In 1886 ontdekte Bouvabadrand dysprosium.In 1901 ontdekte de Fransman EA Demarcay europium.In 1907 ontdekte de Fransman G. Urban lutetium.In 1947 verkregen Amerikanen zoals JA Marinsky promethium uit uraniumsplijtingsproducten.Er heeft meer dan 150 jaar geduurd vanaf de scheiding van yttriumaarde door Gadolin in 1794 tot de productie van promethium in 1947.
Toepassing van zeldzame aardelementen
Zeldzame aardelementenstaan bekend als "industriële vitamines" en hebben onvervangbare uitstekende magnetische, optische en elektrische eigenschappen, waardoor ze een grote rol spelen bij het verbeteren van de productprestaties, het vergroten van de productvariëteit en het verbeteren van de productie-efficiëntie.Vanwege het grote effect en de lage dosering zijn zeldzame aardmetalen een belangrijk element geworden bij het verbeteren van de productstructuur, het vergroten van de technologische inhoud en het bevorderen van de technologische vooruitgang van de industrie.Ze worden op grote schaal gebruikt op gebieden als de metallurgie, het leger, de petrochemie, glaskeramiek, landbouw en nieuwe materialen.
Metallurgische industrie
Zeldzame aardewordt al meer dan 30 jaar op metallurgisch gebied toegepast en heeft relatief volwassen technologieën en processen gevormd.De toepassing van zeldzame aardmetalen in staal en non-ferrometalen is een groot en veelomvattend terrein met brede perspectieven.De toevoeging van zeldzame aardmetalen, fluoriden en siliciden aan staal kan een rol spelen bij de raffinage, ontzwaveling, het neutraliseren van schadelijke onzuiverheden met een laag smeltpunt en het verbeteren van de verwerkingsprestaties van staal;Zeldzame aarde-siliciumijzerlegering en zeldzame aarde-siliciummagnesiumlegering worden gebruikt als sferoïdiserende middelen om nodulair gietijzer te produceren.Vanwege hun bijzondere geschiktheid voor het produceren van complexe nodulair gietijzeren onderdelen met speciale eisen, wordt dit type nodulair gietijzer veel gebruikt in mechanische productie-industrieën zoals auto's, tractoren en dieselmotoren;Het toevoegen van zeldzame aardmetalen aan non-ferrolegeringen zoals magnesium, aluminium, koper, zink en nikkel kan de fysische en chemische eigenschappen van de legering verbeteren, evenals de mechanische eigenschappen bij kamertemperatuur en hoge temperaturen.
Militair veld
Vanwege de uitstekende fysische eigenschappen, zoals foto-elektriciteit en magnetisme, kunnen zeldzame aardmetalen een grote verscheidenheid aan nieuwe materialen met verschillende eigenschappen vormen en de kwaliteit en prestaties van andere producten aanzienlijk verbeteren.Daarom staat het bekend als "industrieel goud".Ten eerste kan de toevoeging van zeldzame aardmetalen de tactische prestaties aanzienlijk verbeteren van staal, aluminiumlegeringen, magnesiumlegeringen en titaniumlegeringen die worden gebruikt bij de productie van tanks, vliegtuigen en raketten.Bovendien kunnen zeldzame aardmetalen ook worden gebruikt als smeermiddel voor veel hightechtoepassingen zoals elektronica, lasers, nucleaire industrie en supergeleiding.Zodra zeldzame aardtechnologie in het leger wordt gebruikt, zal dit onvermijdelijk een sprong in de militaire technologie teweegbrengen.In zekere zin vloeit de overweldigende controle van het Amerikaanse leger in verschillende lokale oorlogen na de Koude Oorlog, evenals zijn vermogen om openlijk en ongestraft vijanden te doden, voort uit zijn zeldzame aardtechnologie, zoals de Superman.
Petrochemische industrie
Zeldzame aardelementen kunnen worden gebruikt om moleculaire zeefkatalysatoren te maken in de petrochemische industrie, met voordelen zoals hoge activiteit, goede selectiviteit en sterke weerstand tegen vergiftiging door zware metalen.Daarom hebben ze aluminiumsilicaatkatalysatoren vervangen voor katalytische kraakprocessen in aardolie;Bij het productieproces van synthetische ammoniak wordt een kleine hoeveelheid zeldzaam aardnitraat gebruikt als co-katalysator, en de gasverwerkingscapaciteit is 1,5 keer groter dan die van een nikkel-aluminiumkatalysator;Bij het synthetiseren van cis-1,4-polybutadieenrubber en isopreenrubber heeft het product verkregen met behulp van een zeldzame aardcycloalkanoaat-triisobutylaluminiumkatalysator uitstekende prestaties, met voordelen zoals minder hangende lijmapparatuur, stabiele werking en een kort nabehandelingsproces. ;Samengestelde zeldzame aardoxides kunnen ook worden gebruikt als katalysatoren voor het zuiveren van uitlaatgassen van verbrandingsmotoren, en ceriumnaftenaat kan ook worden gebruikt als verfdroogmiddel.
Glaskeramiek
De toepassing van zeldzame aardelementen in de Chinese glas- en keramische industrie is sinds 1988 met gemiddeld 25% toegenomen en bereikte in 1998 ongeveer 1600 ton. Zeldzame aardglaskeramiek is niet alleen traditioneel basismateriaal voor de industrie en het dagelijks leven, maar ook een belangrijk lid van het hightechveld.Zeldzame aardoxides of verwerkte zeldzame aardconcentraten kunnen op grote schaal worden gebruikt als polijstpoeders voor optisch glas, brillenglazen, beeldbuizen, oscilloscoopbuizen, vlakglas, plastic en metalen tafelgerei;Bij het smelten van glas kan ceriumdioxide worden gebruikt om een sterk oxidatie-effect op ijzer te hebben, waardoor het ijzergehalte in het glas wordt verminderd en het doel wordt bereikt om de groene kleur uit het glas te verwijderen;Door zeldzame aardoxiden toe te voegen, kan optisch glas en speciaal glas voor verschillende doeleinden worden geproduceerd, waaronder glas dat ultraviolette straling kan absorberen, zuur- en hittebestendig glas, röntgenbestendig glas, enz.;Het toevoegen van zeldzame aardelementen aan keramische en porseleinglazuren kan de fragmentatie van glazuren verminderen en ervoor zorgen dat producten verschillende kleuren en glansgraden vertonen, waardoor ze op grote schaal worden gebruikt in de keramische industrie.
landbouw
De onderzoeksresultaten geven aan dat zeldzame aardelementen het chlorofylgehalte van planten kunnen verhogen, de fotosynthese kunnen verbeteren, de wortelontwikkeling kunnen bevorderen en de opname van voedingsstoffen door de wortels kunnen verhogen.Zeldzame aardelementen kunnen ook de kieming van zaden bevorderen, de kiemkracht van zaden verhogen en de groei van zaailingen bevorderen.Naast de hierboven genoemde belangrijkste functies heeft het ook het vermogen om de ziekteresistentie, kouderesistentie en droogteresistentie van bepaalde gewassen te verbeteren.Talrijke onderzoeken hebben ook aangetoond dat het gebruik van geschikte concentraties zeldzame aardelementen de opname, transformatie en benutting van voedingsstoffen door planten kan bevorderen.Het sproeien van zeldzame aardmetalen kan het Vc-gehalte, het totale suikergehalte en de suikerzuurverhouding van appel- en citrusvruchten verhogen, waardoor de fruitkleuring en vroege rijping worden bevorderd.En het kan de ademhalingsintensiteit tijdens opslag onderdrukken en de bederfsnelheid verminderen.
Nieuw materialenveld
Zeldzame aarde neodymium-ijzer-boor permanent magneetmateriaal, met hoge remanentie, hoge coërciviteit en hoog magnetisch energieproduct, wordt veel gebruikt in de elektronische en ruimtevaartindustrie en het aandrijven van windturbines (vooral geschikt voor offshore-energiecentrales);Granaattype ferriet-eenkristallen en polykristallen gevormd door de combinatie van pure zeldzame aardoxides en ijzeroxide kunnen worden gebruikt in de microgolf- en elektronische industrie;Yttriumaluminium-granaat en neodymiumglas gemaakt van zeer zuiver neodymiumoxide kunnen worden gebruikt als solide lasermaterialen;Zeldzame aardhexaboriden kunnen worden gebruikt als kathodematerialen voor elektronenemissie;Lanthaannikkelmetaal is een nieuw ontwikkeld waterstofopslagmateriaal in de jaren zeventig;Lanthaanchromaat is een thermo-elektrisch materiaal voor hoge temperaturen;Momenteel hebben landen over de hele wereld doorbraken geboekt in de ontwikkeling van supergeleidende materialen door op barium gebaseerde oxiden te gebruiken die zijn gemodificeerd met barium-yttrium-koper-zuurstofelementen, waarmee supergeleiders kunnen worden verkregen in het temperatuurbereik van vloeibare stikstof.Bovendien worden zeldzame aardmetalen op grote schaal gebruikt bij het verlichten van lichtbronnen via methoden zoals fluorescerend poeder, intensiverend schermfluorescentiepoeder, fluorescerend poeder met drie primaire kleuren en kopieerlamppoeder (maar vanwege de hoge kosten veroorzaakt door de stijging van de prijzen van zeldzame aardmetalen, hun toepassingen in verlichting nemen geleidelijk af), evenals in elektronische producten zoals projectietelevisies en tablets;In de landbouw kan het toepassen van sporen van zeldzame aardnitraat op veldgewassen de opbrengst ervan met 5-10% verhogen;In de lichte textielindustrie worden zeldzame aardchloriden ook veel gebruikt bij het looien van bont, het verven van bont, het verven van wol en het verven van tapijten;Zeldzame aardmetalen kunnen in autokatalysatoren worden gebruikt om grote verontreinigende stoffen tijdens de uitlaatgassen van de motor om te zetten in niet-giftige verbindingen.
Andere applicaties
Zeldzame aardelementen worden ook toegepast op verschillende digitale producten, waaronder audiovisuele, fotografie- en communicatieapparatuur, en voldoen aan meerdere eisen, zoals kleiner, sneller, lichter, langere gebruikstijd en energiebesparing.Tegelijkertijd is het ook toegepast op meerdere terreinen, zoals groene energie, gezondheidszorg, waterzuivering en transport.
Posttijd: 16 augustus 2023