Zużycie pierwiastków ziem rzadkich w danym kraju można wykorzystać do określenia jego poziomu przemysłowego.Żadnych wysokich, precyzyjnych i zaawansowanych materiałów, komponentów i sprzętu nie można oddzielić od metali rzadkich.Dlaczego ta sama stal sprawia, że inni są bardziej odporni na korozję od Ciebie?Czy to jest to samo wrzeciono obrabiarki, które inne są trwalsze i bardziej precyzyjne od Ciebie?Czy to także monokryształ, który inne potrafią osiągnąć wysoką temperaturę 1650°C?Dlaczego cudze szkło ma tak wysoki współczynnik załamania światła?Dlaczego Toyota może osiągnąć najwyższą na świecie sprawność cieplną samochodu wynoszącą 41%?Wszystko to wiąże się z zastosowaniem metali rzadkich.
Metale ziem rzadkich, znane również jako pierwiastki ziem rzadkich, to zbiorcze określenie 17 pierwiastkówskand, itri szereg lantanowców w grupie układu okresowego IIIB, powszechnie reprezentowany przez R lub RE.Skand i itr są uważane za pierwiastki ziem rzadkich, ponieważ często współistnieją z pierwiastkami lantanowców w złożach minerałów i mają podobne właściwości chemiczne.
Wbrew nazwie, zawartość pierwiastków ziem rzadkich (z wyjątkiem prometu) w skorupie ziemskiej jest dość wysoka, a cer zajmuje 25. miejsce pod względem liczebności pierwiastków skorupy ziemskiej, stanowiąc 0,0068% (blisko miedzi).Jednak ze względu na swoje właściwości geochemiczne pierwiastki ziem rzadkich rzadko są wzbogacane do poziomu ekonomicznie nadającego się do wykorzystania.Nazwa pierwiastków ziem rzadkich wywodzi się od ich rzadkości.Pierwszym minerałem ziem rzadkich odkrytym przez człowieka była ruda krzemowo-berylowo-itrowa wydobywana w kopalni w wiosce Iterbi w Szwecji, skąd pochodzi wiele nazw pierwiastków ziem rzadkich.
Ich nazwy i symbole chemiczne toSc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Yb i Lu.Ich liczby atomowe wynoszą 21 (Sc), 39 (Y), 57 (La) do 71 (Lu).
Historia odkryć pierwiastków ziem rzadkich
W 1787 roku szwedzki CA Arrhenius znalazł niezwykłą czarną rudę metalu ziem rzadkich w małym miasteczku Ytterby niedaleko Sztokholmu.W 1794 roku Fiński J. Gadolin wyizolował z niego nową substancję.Trzy lata później (1797) szwedzka firma AG Ekeberg potwierdziła to odkrycie i nazwała nową substancję ittrem (ziemia itru) od miejsca jej odkrycia.Później, na pamiątkę gadolinitu, ten rodzaj rudy nazwano gadolinitem.W 1803 roku chemicy niemieccy MH Klaproth, chemicy szwedzcy JJ Berzelius i W. Hisinger odkryli nową substancję – tlenek ceru – z rudy (rudy krzemianu ceru).W 1839 roku Szwed CG Mosander odkrył lantan.W 1843 roku Musander ponownie odkrył terb i erb.W 1878 roku Szwajcar Marinac odkrył iterb.W 1879 roku Francuzi odkryli samar, Szwedzi holm i tul, a Szwedzi skand.W 1880 roku Szwajcar Marinac odkrył gadolin.W 1885 roku Austriak A. von Wels bach odkrył prazeodym i neodym.W 1886 roku Bouvabadrand odkrył dysproz.W 1901 roku Francuz EA Demarcay odkrył europ.W 1907 roku Francuz G. Urban odkrył lutet.W 1947 roku Amerykanie tacy jak JA Marinsky uzyskali promet z produktów rozszczepienia uranu.Od oddzielenia ziemi itrowej przez Gadolin w 1794 r. do produkcji prometu w 1947 r. minęło ponad 150 lat.
Zastosowanie pierwiastków ziem rzadkich
Rzadkie elementy ziemisą znane jako „witaminy przemysłowe” i mają niezastąpione doskonałe właściwości magnetyczne, optyczne i elektryczne, odgrywając ogromną rolę w poprawie wydajności produktu, zwiększeniu różnorodności produktów i poprawie wydajności produkcji.Ze względu na duży efekt i niskie dawkowanie pierwiastki ziem rzadkich stały się ważnym elementem ulepszania struktury produktu, zwiększania zawartości technologicznej i promowania postępu technologicznego w przemyśle.Są szeroko stosowane w takich dziedzinach, jak metalurgia, wojsko, petrochemia, ceramika szklana, rolnictwo i nowe materiały.
Przemysł metalurgiczny
Rzadka ziemiajest stosowany w metalurgii od ponad 30 lat i stworzył stosunkowo dojrzałe technologie i procesy.Zastosowanie pierwiastków ziem rzadkich w stali i metalach nieżelaznych to duża i wszechstronna dziedzina o szerokich perspektywach.Dodatek metali ziem rzadkich, fluorków i krzemków do stali może odgrywać rolę w rafinacji, odsiarczaniu, neutralizacji szkodliwych zanieczyszczeń o niskiej temperaturze topnienia i poprawie wydajności przetwarzania stali;Stop krzemowo-żelazowy ziem rzadkich i stop krzemowo-magnezowy ziem rzadkich stosuje się jako środki sferoidyzujące do produkcji żeliwa sferoidalnego ziem rzadkich.Ze względu na ich szczególną przydatność do produkcji złożonych części z żeliwa sferoidalnego o specjalnych wymaganiach, ten typ żeliwa sferoidalnego jest szeroko stosowany w gałęziach przemysłu mechanicznego, takich jak samochody, traktory i silniki wysokoprężne;Dodanie metali ziem rzadkich do stopów nieżelaznych, takich jak magnez, aluminium, miedź, cynk i nikiel, może poprawić właściwości fizyczne i chemiczne stopu, a także poprawić jego właściwości mechaniczne w temperaturze pokojowej i w wysokich temperaturach.
Pole Wojskowe
Ze względu na doskonałe właściwości fizyczne, takie jak fotoelektryczność i magnetyzm, pierwiastki ziem rzadkich mogą tworzyć szeroką gamę nowych materiałów o różnych właściwościach i znacznie poprawiać jakość i wydajność innych produktów.Dlatego nazywane jest „złotem przemysłowym”.Po pierwsze, dodatek pierwiastków ziem rzadkich może znacząco poprawić właściwości taktyczne stali, stopów aluminium, stopów magnezu i stopów tytanu stosowanych w produkcji czołgów, samolotów i rakiet.Ponadto pierwiastki ziem rzadkich można również stosować jako smary w wielu zaawansowanych technologicznie zastosowaniach, takich jak elektronika, lasery, przemysł nuklearny i nadprzewodnictwo.Zastosowanie technologii metali ziem rzadkich w wojsku nieuchronnie spowoduje skok w technologii wojskowej.W pewnym sensie przytłaczająca kontrola nad armią amerykańską podczas kilku lokalnych wojen po zimnej wojnie, a także jej zdolność do otwartego i bezkarnego zabijania wrogów, wynikają z technologii metali ziem rzadkich, takich jak Superman.
Przemysł petrochemiczny
Pierwiastki ziem rzadkich można stosować do wytwarzania katalizatorów sit molekularnych w przemyśle petrochemicznym, z zaletami takimi jak wysoka aktywność, dobra selektywność i duża odporność na zatrucie metalami ciężkimi.Dlatego zastąpiły katalizatory krzemianu glinu w procesach katalitycznego krakingu ropy naftowej;W procesie produkcji syntetycznego amoniaku jako kokatalizator wykorzystuje się niewielką ilość azotanu pierwiastka ziem rzadkich, a jego zdolność przetwarzania gazu jest 1,5 razy większa niż katalizatora niklowo-glinowego;W procesie syntezy kauczuku cis-1,4-polibutadienowego i kauczuku izoprenowego produkt otrzymany przy użyciu katalizatora cykloalkanianu ziem rzadkich, triizobutyloglinu, ma doskonałe działanie, z zaletami takimi jak mniejsze zawieszanie się kleju na sprzęcie, stabilna praca i krótki proces obróbki końcowej ;Kompozytowe tlenki metali ziem rzadkich można również stosować jako katalizatory do oczyszczania gazów spalinowych z silników spalinowych, a naftenian ceru można również stosować jako środek suszący farby.
Szkło-ceramika
Od 1988 r. zastosowanie pierwiastków ziem rzadkich w chińskim przemyśle szklarskim i ceramicznym wzrosło średnio o 25%, osiągając w 1998 r. około 1600 ton. Ceramika szklana z metali ziem rzadkich to nie tylko tradycyjne, podstawowe materiały stosowane w przemyśle i życiu codziennym, ale także głównym przedstawicielem branży zaawansowanych technologii.Tlenki metali ziem rzadkich lub przetworzone koncentraty metali ziem rzadkich mogą być szeroko stosowane jako proszki do polerowania szkła optycznego, soczewek okularowych, kineskonów, lamp oscyloskopowych, szkła płaskiego, tworzyw sztucznych i metalowych zastaw stołowych;W procesie topienia szkła można zastosować dwutlenek ceru, aby silnie utleniać żelazo, zmniejszając zawartość żelaza w szkle i osiągając cel, jakim jest usunięcie zielonego koloru ze szkła;Dodanie tlenków metali ziem rzadkich umożliwia produkcję szkła optycznego i szkła specjalnego do różnych celów, w tym szkła pochłaniającego promienie ultrafioletowe, szkła kwasoodpornego i żaroodpornego, szkła odpornego na promieniowanie rentgenowskie itp.;Dodanie pierwiastków ziem rzadkich do szkliw ceramicznych i porcelanowych może zmniejszyć fragmentację szkliw i sprawić, że produkty będą prezentować różne kolory i połyski, co czyni je szeroko stosowanymi w przemyśle ceramicznym.
Rolnictwo
Wyniki badań wskazują, że pierwiastki ziem rzadkich mogą zwiększać zawartość chlorofilu w roślinach, wzmagać fotosyntezę, wspomagać rozwój korzeni i zwiększać wchłanianie składników odżywczych przez korzenie.Pierwiastki ziem rzadkich mogą również sprzyjać kiełkowaniu nasion, zwiększać szybkość kiełkowania nasion i promować wzrost sadzonek.Oprócz głównych funkcji wymienionych powyżej, ma również zdolność zwiększania odporności niektórych upraw na choroby, zimno i suszę.Liczne badania wykazały również, że stosowanie odpowiednich stężeń pierwiastków ziem rzadkich może sprzyjać wchłanianiu, przemianie i wykorzystaniu składników odżywczych przez rośliny.Opryskiwanie pierwiastkami ziem rzadkich może zwiększyć zawartość Vc, całkowitą zawartość cukru i stosunek kwasów cukrowych w jabłkach i owocach cytrusowych, promując wybarwienie owoców i wczesne dojrzewanie.Może tłumić intensywność oddychania podczas przechowywania i zmniejszać szybkość rozkładu.
Nowe pole materiałów
Materiał z magnesami trwałymi z neodymu, żelaza i boru ziem rzadkich, o wysokiej remanencji, wysokiej koercji i produkcie o wysokiej energii magnetycznej, jest szeroko stosowany w przemyśle elektronicznym i lotniczym oraz w napędzaniu turbin wiatrowych (szczególnie nadaje się do morskich elektrowni);Monokryształy i polikryształy ferrytu typu granatu utworzone przez połączenie czystych tlenków metali ziem rzadkich i tlenku żelaza mogą być stosowane w przemyśle mikrofalowym i elektronicznym;Jako stałe materiały laserowe można stosować granat itrowo-aluminiowy i szkło neodymowe wykonane z tlenku neodymu o wysokiej czystości;Jako materiały katodowe do emisji elektronów można stosować heksaborki metali ziem rzadkich;Lantan i nikiel metaliczny to nowo opracowany w latach 70. XX wieku materiał do magazynowania wodoru;Chromian lantanu jest materiałem termoelektrycznym o wysokiej temperaturze;Obecnie kraje na całym świecie dokonały przełomu w rozwoju materiałów nadprzewodzących, stosując tlenki na bazie baru modyfikowane pierwiastkami tlenowymi barowo-itrowo-miedzianymi, które pozwalają uzyskać nadprzewodniki w zakresie temperatur ciekłego azotu.Ponadto pierwiastki ziem rzadkich są szeroko stosowane w oświetlaniu źródeł światła metodami takimi jak proszek fluorescencyjny, proszek fluorescencyjny wzmacniający ekran, proszek fluorescencyjny w trzech podstawowych kolorach i proszek do lamp kopiujących (ale ze względu na wysokie koszty spowodowane wzrostem cen metali ziem rzadkich, ich zastosowanie w oświetleniu stopniowo maleje), a także produkty elektroniczne, takie jak telewizory projekcyjne i tablety;W rolnictwie zastosowanie śladowych ilości azotanu pierwiastków ziem rzadkich w uprawach polowych może zwiększyć ich plony o 5-10%;W przemyśle tekstylnym lekkim chlorki metali ziem rzadkich są również szeroko stosowane do garbowania futer, barwienia futer, barwienia wełny i barwienia dywanów;Pierwiastki ziem rzadkich można stosować w katalizatorach samochodowych w celu przekształcania głównych substancji zanieczyszczających w nietoksyczne związki podczas wydechu silnika.
Inne aplikacje
Pierwiastki ziem rzadkich są również stosowane w różnych produktach cyfrowych, w tym urządzeniach audiowizualnych, fotograficznych i komunikacyjnych, spełniając wiele wymagań, takich jak mniejsze, szybsze, lżejsze, dłuższy czas użytkowania i oszczędność energii.Jednocześnie zastosowano go również w wielu dziedzinach, takich jak zielona energia, opieka zdrowotna, oczyszczanie wody i transport.
Czas publikacji: 16 sierpnia 2023 r