Потребление редкоземельных металлов в стране можно использовать для определения ее промышленного уровня.Любые высокие, точные и современные материалы, компоненты и оборудование невозможно отделить от редких металлов.Почему одна и та же сталь делает других более устойчивыми к коррозии, чем вы?Это тот же шпиндель станка, который у других более прочный и точный, чем у вас?Является ли это также монокристаллом, который другие могут достигать высокой температуры 1650 ° C?Почему чужое стекло имеет такой высокий показатель преломления?Почему Toyota может достичь самого высокого в мире теплового КПД автомобиля — 41%?Все это связано с применением редких металлов.
Редкоземельные металлы, также известные как редкоземельные элементы, представляют собой собирательный термин для 17 элементовскандий, иттрийи ряд лантаноидов в группе IIIB периодической таблицы, обычно обозначаемой R или RE.Скандий и иттрий считаются редкоземельными элементами, поскольку они часто сосуществуют с лантаноидными элементами в месторождениях полезных ископаемых и имеют схожие химические свойства.
В отличие от названия, содержание редкоземельных элементов (за исключением прометия) в земной коре довольно велико: церий занимает 25-е место по содержанию элементов земной коры, составляя 0,0068% (близко к меди).Однако из-за своих геохимических свойств редкоземельные элементы редко обогащаются до экономически выгодного уровня.Название редкоземельных элементов происходит от их редкости.Первым редкоземельным минералом, обнаруженным человеком, была кремниево-бериллий-иттриевая руда, добытая в шахте в деревне Итерби в Швеции, откуда и произошли многие названия редкоземельных элементов.
Их названия и химические символыSc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Yb и Lu.Их атомные номера составляют от 21 (Sc), 39 (Y), 57 (La) до 71 (Lu).
История открытия редкоземельных элементов
В 1787 году шведский К. А. Аррениус нашел необычную черную руду редкоземельного металла в небольшом городке Иттербю недалеко от Стокгольма.В 1794 г. финн Я. Гадолин выделил из него новое вещество.Через три года (1797 г.) шведский А. Г. Экеберг подтвердил это открытие и назвал новое вещество иттрией (иттриевой землей) по месту его открытия.Позже, в память о Гадолините, этот тип руды назвали гадолинитом.В 1803 немецкие химики М. Х. Клапрот, шведские химики Я. Я. Берцелиус и В. Хизингер открыли из руды (церий-силикатную руду) новое вещество — церий.В 1839 году швед К. Г. Мосандер открыл лантан.В 1843 году Мусандер снова открыл тербий и эрбий.В 1878 году швейцарец Маринак открыл иттербий.В 1879 году французы открыли самарий, шведы — гольмий и тулий, а шведы — скандий.В 1880 году швейцарец Маринак открыл гадолиний.В 1885 г. австриец А. фон Вельсбах открыл празеодим и неодим.В 1886 году Бувабадран открыл диспрозий.В 1901 году француз Э. А. Демаркей открыл европий.В 1907 г. француз Г. Урбан открыл лютеций.В 1947 г. такие американцы, как Дж. А. Маринский, получили прометий из продуктов деления урана.От выделения иттриевой земли Гадолином в 1794 году до производства прометия в 1947 году прошло более 150 лет.
Применение редкоземельных элементов
Редкоземельные элементыизвестны как «промышленные витамины» и обладают незаменимыми превосходными магнитными, оптическими и электрическими свойствами, играющими огромную роль в улучшении характеристик продукции, увеличении ее разнообразия и повышении эффективности производства.Благодаря своему большому эффекту и низкой дозировке редкоземельные элементы стали важным элементом в улучшении структуры продукта, увеличении технологического содержания и содействии технологическому прогрессу отрасли.Они широко используются в таких областях, как металлургия, военная промышленность, нефтехимия, стеклокерамика, сельское хозяйство и новые материалы.
Металлургическая промышленность
Редкоземельныйприменяется в металлургической области более 30 лет и сформировал относительно зрелые технологии и процессы.Применение редкоземельных металлов в стали и цветных металлах — большая и обширная область с широкими перспективами.Добавление редкоземельных металлов, фторидов и силицидов в сталь может сыграть роль в рафинировании, десульфурации, нейтрализации вредных примесей с низкой температурой плавления и улучшении технологических характеристик стали;Редкоземельный кремний-железный сплав и редкоземельный кремний-магниевый сплав используются в качестве сфероидизирующих агентов для производства редкоземельного ковкого железа.Благодаря своей особой пригодности для производства сложных деталей из ковкого чугуна с особыми требованиями, этот тип ковкого чугуна широко используется в машиностроительной промышленности, такой как автомобили, тракторы и дизельные двигатели;Добавление редкоземельных металлов в сплавы цветных металлов, такие как магний, алюминий, медь, цинк и никель, может улучшить физические и химические свойства сплава, а также улучшить его механические свойства при комнатной температуре и высоких температурах.
Военное поле
Благодаря своим превосходным физическим свойствам, таким как фотоэлектричество и магнетизм, редкоземельные элементы могут образовывать широкий спектр новых материалов с различными свойствами и значительно улучшать качество и характеристики других продуктов.Поэтому его называют «техническим золотом».Во-первых, добавление редкоземельных элементов позволяет существенно улучшить тактические характеристики стали, алюминиевых, магниевых и титановых сплавов, используемых при производстве танков, самолетов и ракет.Кроме того, редкоземельные элементы также могут использоваться в качестве смазочных материалов во многих высокотехнологичных приложениях, таких как электроника, лазеры, атомная промышленность и сверхпроводимость.Как только редкоземельные технологии будут использованы в вооруженных силах, это неизбежно приведет к скачку в военных технологиях.В определенном смысле подавляющий контроль над вооруженными силами США в нескольких локальных войнах после Холодной войны, а также их способность открыто и безнаказанно убивать врагов проистекают из их редкоземельных технологий, таких как Супермен.
Нефтехимическая промышленность
Редкоземельные элементы могут использоваться для изготовления молекулярно-ситовых катализаторов в нефтехимической промышленности, обладающих такими преимуществами, как высокая активность, хорошая селективность и высокая устойчивость к отравлению тяжелыми металлами.Поэтому они заменили алюмосиликатные катализаторы в процессах каталитического крекинга нефти;В процессе производства синтетического аммиака в качестве сокатализатора используется небольшое количество нитрата редкоземельного элемента, а его газоперерабатывающая способность в 1,5 раза больше, чем у никель-алюминиевого катализатора;В процессе синтеза цис-1,4-полибутадиенового каучука и изопренового каучука продукт, полученный с использованием катализатора на основе редкоземельного циклоалканоата триизобутилалюминия, имеет превосходные характеристики с такими преимуществами, как меньшее зависание клея оборудования, стабильная работа и короткий процесс последующей обработки. ;Композитные оксиды редкоземельных элементов также можно использовать в качестве катализаторов очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, а нафтенат церия также можно использовать в качестве сушки краски.
Стеклокерамика
Применение редкоземельных элементов в стекольной и керамической промышленности Китая увеличилось в среднем на 25% с 1988 года, достигнув примерно 1600 тонн в 1998 году. Редкоземельная стеклокерамика является не только традиционным основным материалом для промышленности и повседневной жизни, но и Крупнейший представитель сферы высоких технологий.Оксиды редкоземельных элементов или обработанные концентраты редкоземельных элементов могут широко использоваться в качестве полирующих порошков для оптического стекла, очковых линз, кинескопов, осциллографических трубок, плоского стекла, пластиковой и металлической посуды;В процессе плавления стекла диоксид церия можно использовать для сильного окислительного воздействия на железо, снижения содержания железа в стекле и достижения цели удаления зеленого цвета со стекла;Добавление оксидов редкоземельных элементов позволяет производить оптическое стекло и специальное стекло различного назначения, в том числе стекло, способное поглощать ультрафиолетовые лучи, кислото- и термостойкое стекло, рентгеностойкое стекло и т. д.;Добавление редкоземельных элементов в керамические и фарфоровые глазури может уменьшить фрагментацию глазурей и придать изделиям разные цвета и блеск, что делает их широко используемыми в керамической промышленности.
сельское хозяйство
Результаты исследований показывают, что редкоземельные элементы могут увеличивать содержание хлорофилла в растениях, усиливать фотосинтез, способствовать развитию корней и увеличивать поглощение питательных веществ корнями.Редкоземельные элементы также могут способствовать прорастанию семян, увеличивать скорость прорастания семян и способствовать росту рассады.В дополнение к основным функциям, упомянутым выше, он также обладает способностью повышать устойчивость к болезням, холодостойкость и засухоустойчивость некоторых культур.Многочисленные исследования также показали, что использование соответствующих концентраций редкоземельных элементов может способствовать поглощению, трансформации и использованию питательных веществ растениями.Распыление редкоземельных элементов может увеличить содержание Vc, общее содержание сахара и соотношение сахарных кислот в яблоках и цитрусовых, способствуя окраске фруктов и их раннему созреванию.И это может подавить интенсивность дыхания во время хранения и снизить скорость распада.
Новое поле материалов
Редкоземельный неодимовый железоборный постоянный магнитный материал с высокой остаточной намагниченностью, высокой коэрцитивной силой и высокой магнитной энергией широко используется в электронной и аэрокосмической промышленности, а также в приводе ветряных турбин (особенно подходит для морских электростанций);Монокристаллы и поликристаллы феррита гранатового типа, образованные комбинацией чистых оксидов редкоземельных элементов и оксида железа, могут использоваться в микроволновой и электронной промышленности;Алюмоиттриевый гранат и неодимовое стекло из оксида неодима высокой чистоты могут быть использованы в качестве твердых лазерных материалов;Гексабориды редкоземельных элементов могут использоваться в качестве катодных материалов для эмиссии электронов;Металлический лантан-никель — это новый материал для хранения водорода, разработанный в 1970-х годах;Хромат лантана — высокотемпературный термоэлектрический материал;В настоящее время страны мира совершили прорыв в разработке сверхпроводящих материалов за счет использования оксидов на основе бария, модифицированных барием-иттрием-медью-кислородными элементами, что позволяет получать сверхпроводники в диапазоне температур жидкого азота.Кроме того, редкоземельные элементы широко используются в источниках освещения с помощью таких методов, как флуоресцентный порошок, флуоресцентный порошок усиливающего экрана, флуоресцентный порошок трех основных цветов и порошок для копировальных ламп (но из-за высокой стоимости, вызванной ростом цен на редкоземельные элементы, их применение в освещении постепенно сокращается), а также электронные продукты, такие как проекционные телевизоры и планшеты;В сельском хозяйстве внесение незначительных количеств нитрата редкоземельных элементов в полевые культуры может повысить их урожайность на 5-10%;В легкой текстильной промышленности хлориды редкоземельных элементов широко применяются также при дублении меха, крашении меха, шерсти, крашении ковров;Редкоземельные элементы могут использоваться в автомобильных каталитических нейтрализаторах для преобразования основных загрязняющих веществ в нетоксичные соединения при выхлопе двигателя.
Другие приложения
Редкоземельные элементы также применяются в различных цифровых продуктах, включая аудиовизуальные, фотографические и коммуникационные устройства, отвечающие множеству требований, таких как меньший размер, быстрее, легче, более длительное время использования и энергосбережение.В то же время его также применяют во многих областях, таких как зеленая энергетика, здравоохранение, очистка воды и транспорт.
Время публикации: 16 августа 2023 г.