Việc tiêu thụ đất hiếm ở một quốc gia có thể được sử dụng để xác định trình độ công nghiệp của quốc gia đó.Bất kỳ vật liệu, linh kiện và thiết bị cao cấp, chính xác và tiên tiến nào cũng không thể tách rời khỏi kim loại quý.Tại sao cùng một loại thép lại khiến người khác có khả năng chống ăn mòn tốt hơn bạn?Có phải trục chính của máy công cụ mà người khác bền hơn và chính xác hơn bạn không?Nó cũng là một tinh thể duy nhất mà những người khác có thể đạt tới nhiệt độ cao 1650 ° C?Tại sao kính của người khác lại có chiết suất cao như vậy?Tại sao Toyota có thể đạt hiệu suất nhiệt ô tô cao nhất thế giới là 41%?Tất cả đều liên quan đến việc ứng dụng kim loại quý hiếm.
Kim loại đất hiếm, còn được gọi là nguyên tố đất hiếm, là thuật ngữ chung cho 17 nguyên tố củaScandi, yttri, và chuỗi lanthanide trong nhóm IIIB của bảng tuần hoàn, thường được biểu thị bằng R hoặc RE.Scandium và yttrium được coi là các nguyên tố đất hiếm vì chúng thường cùng tồn tại với các nguyên tố lanthanide trong các mỏ khoáng sản và có tính chất hóa học tương tự nhau.
Không giống như tên gọi của nó, độ phong phú của các nguyên tố đất hiếm (không bao gồm promethium) trong lớp vỏ khá cao, với xeri đứng thứ 25 về độ phong phú của các nguyên tố vỏ, chiếm 0,0068% (gần với đồng).Tuy nhiên, do đặc tính địa hóa nên các nguyên tố đất hiếm hiếm khi được làm giàu đến mức có thể khai thác một cách kinh tế.Tên của các nguyên tố đất hiếm bắt nguồn từ sự khan hiếm của chúng.Khoáng chất đất hiếm đầu tiên được con người phát hiện là quặng silic berili yttrium được chiết xuất từ một mỏ ở làng Iterbi, Thụy Điển, nơi khởi nguồn của nhiều tên gọi nguyên tố đất hiếm.
Tên và ký hiệu hóa học của chúng làSc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Yb và Lu.Số nguyên tử của chúng là 21 (Sc), 39 (Y), 57 (La) đến 71 (Lu).
Lịch sử khám phá các nguyên tố đất hiếm
Năm 1787, CA Arrhenius của Thụy Điển đã tìm thấy một loại quặng đen kim loại đất hiếm bất thường ở thị trấn nhỏ Ytterby gần Stockholm.Năm 1794, J. Gadolin người Phần Lan đã phân lập được một chất mới từ nó.Ba năm sau (1797), AG Ekeberg của Thụy Điển xác nhận phát hiện này và đặt tên cho chất mới là yttria (yttri đất) theo tên nơi phát hiện ra nó.Sau này, để tưởng nhớ Gadolinite, loại quặng này được gọi là gadolinite.Năm 1803, các nhà hóa học người Đức MH Klaproth, các nhà hóa học người Thụy Điển JJ Berzelius và W. Hisinger đã phát hiện ra một chất mới - ceria - từ một loại quặng (quặng cerium silicat).Năm 1839, CG Mosander người Thụy Điển đã phát hiện ra lanthanum.Năm 1843, Musander lại phát hiện ra terbium và erbium.Năm 1878, Swiss Marinac phát hiện ra ytterbium.Năm 1879, người Pháp phát hiện ra samarium, người Thụy Điển phát hiện ra holmi và thulium, còn người Thụy Điển phát hiện ra scandium.Năm 1880, Swiss Marinac phát hiện ra gadolinium.Năm 1885, A. von Wels bach người Áo đã phát hiện ra praseodymium và neodymium.Năm 1886, Bouvabadrand phát hiện ra dysprosi.Năm 1901, người Pháp EA Demarcay đã phát hiện ra europium.Năm 1907, người Pháp G. Urban đã phát hiện ra luteti.Năm 1947, những người Mỹ như JA Marinsky thu được promethium từ các sản phẩm phân hạch uranium.Phải mất hơn 150 năm kể từ khi Gadolin tách đất yttrium vào năm 1794 đến khi sản xuất được promethium vào năm 1947.
Ứng dụng của các nguyên tố đất hiếm
Nguyên tố đất hiếmđược gọi là "vitamin công nghiệp" và có các đặc tính từ, quang và điện tuyệt vời không thể thay thế, đóng vai trò rất lớn trong việc cải thiện hiệu suất sản phẩm, tăng sự đa dạng của sản phẩm và nâng cao hiệu quả sản xuất.Do tác dụng lớn và liều lượng thấp, đất hiếm đã trở thành yếu tố quan trọng trong việc cải thiện cơ cấu sản phẩm, tăng hàm lượng công nghệ và thúc đẩy tiến bộ công nghệ của ngành.Chúng đã được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như luyện kim, quân sự, hóa dầu, gốm thủy tinh, nông nghiệp và vật liệu mới.
Công nghiệp luyện kim
Đât hiêmđã được áp dụng trong lĩnh vực luyện kim hơn 30 năm và đã hình thành các công nghệ và quy trình tương đối trưởng thành.Ứng dụng đất hiếm trong thép và kim loại màu là một lĩnh vực rộng lớn và có phạm vi rộng với triển vọng rộng lớn.Việc bổ sung kim loại đất hiếm, florua và silic vào thép có thể đóng vai trò tinh chế, khử lưu huỳnh, trung hòa các tạp chất có hại ở nhiệt độ nóng chảy thấp và cải thiện hiệu suất xử lý của thép;Hợp kim sắt silic đất hiếm và hợp kim magie silic đất hiếm được sử dụng làm chất tạo hình cầu để sản xuất sắt dẻo đất hiếm.Do đặc tính thích hợp để sản xuất các chi tiết sắt dẻo phức tạp có yêu cầu đặc biệt nên loại sắt dẻo này được sử dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất cơ khí như ô tô, máy kéo, động cơ diesel;Việc thêm kim loại đất hiếm vào các hợp kim màu như magiê, nhôm, đồng, kẽm và niken có thể cải thiện các tính chất vật lý và hóa học của hợp kim, cũng như tăng cường các tính chất cơ học ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ cao.
Khu quân sự
Do các đặc tính vật lý tuyệt vời như quang điện và từ tính, đất hiếm có thể tạo thành nhiều loại vật liệu mới với các đặc tính khác nhau và cải thiện đáng kể chất lượng cũng như hiệu suất của các sản phẩm khác.Vì vậy, nó được mệnh danh là “vàng công nghiệp”.Thứ nhất, việc bổ sung đất hiếm có thể cải thiện đáng kể hiệu suất chiến thuật của thép, hợp kim nhôm, hợp kim magiê và hợp kim titan được sử dụng trong sản xuất xe tăng, máy bay và tên lửa.Ngoài ra, đất hiếm còn có thể dùng làm chất bôi trơn cho nhiều ứng dụng công nghệ cao như điện tử, laser, công nghiệp hạt nhân, siêu dẫn.Một khi công nghệ đất hiếm được sử dụng trong quân sự chắc chắn sẽ mang lại bước nhảy vọt về công nghệ quân sự.Ở một khía cạnh nào đó, sự kiểm soát áp đảo của quân đội Hoa Kỳ trong một số cuộc chiến tranh cục bộ sau Chiến tranh Lạnh, cũng như khả năng tiêu diệt kẻ thù một cách công khai mà không bị trừng phạt, bắt nguồn từ công nghệ đất hiếm, chẳng hạn như Siêu nhân.
Ngành công nghiệp hóa dầu
Các nguyên tố đất hiếm có thể được sử dụng để chế tạo chất xúc tác sàng phân tử trong ngành hóa dầu, với các ưu điểm như hoạt tính cao, tính chọn lọc tốt và khả năng chống ngộ độc kim loại nặng mạnh.Vì vậy, họ đã thay thế xúc tác nhôm silicat cho quá trình Cracking xúc tác dầu mỏ;Trong quá trình sản xuất amoniac tổng hợp, một lượng nhỏ nitrat đất hiếm được sử dụng làm chất xúc tác đồng thời và khả năng xử lý khí của nó lớn hơn 1,5 lần so với chất xúc tác nhôm niken;Trong quá trình tổng hợp cao su cis-1,4-polybutadien và cao su isopren, sản phẩm thu được sử dụng xúc tác nhôm cycloalkanoate triisobutyl đất hiếm có hiệu suất vượt trội, với ưu điểm như ít treo thiết bị, vận hành ổn định, thời gian xử lý sau ngắn. ;Các oxit đất hiếm tổng hợp cũng có thể được sử dụng làm chất xúc tác để lọc khí thải từ động cơ đốt trong, và cerium naphthenate cũng có thể được sử dụng làm chất làm khô sơn.
gốm thủy tinh
Việc ứng dụng các nguyên tố đất hiếm trong ngành gốm sứ và thủy tinh của Trung Quốc đã tăng với tốc độ trung bình 25% kể từ năm 1988, đạt khoảng 1600 tấn vào năm 1998. Gốm thủy tinh đất hiếm không chỉ là vật liệu cơ bản truyền thống cho công nghiệp và đời sống hàng ngày mà còn là một loại vật liệu thành viên chủ chốt của lĩnh vực công nghệ cao.Ôxít đất hiếm hoặc đất hiếm cô đặc đã qua chế biến có thể được sử dụng rộng rãi làm bột đánh bóng cho kính quang học, thấu kính đeo mắt, ống hình, ống dao động, kính phẳng, nhựa và bộ đồ ăn bằng kim loại;Trong quá trình nấu chảy thủy tinh, xeri dioxide có thể được sử dụng để có tác dụng oxy hóa mạnh đối với sắt, làm giảm hàm lượng sắt trong thủy tinh và đạt được mục tiêu loại bỏ màu xanh của thủy tinh;Việc bổ sung thêm oxit đất hiếm có thể tạo ra thủy tinh quang học và thủy tinh đặc biệt cho các mục đích khác nhau, bao gồm thủy tinh có thể hấp thụ tia cực tím, thủy tinh chịu axit và nhiệt, thủy tinh chống tia X, v.v;Việc thêm các nguyên tố đất hiếm vào men gốm và sứ có thể làm giảm sự phân mảnh của men và làm cho sản phẩm có màu sắc và độ bóng khác nhau, khiến chúng được sử dụng rộng rãi trong ngành gốm sứ.
Nông nghiệp
Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng các nguyên tố đất hiếm có thể làm tăng hàm lượng chất diệp lục trong cây, tăng cường quá trình quang hợp, thúc đẩy sự phát triển của rễ và tăng khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng của rễ.Các nguyên tố đất hiếm cũng có thể thúc đẩy quá trình nảy mầm của hạt, tăng tỷ lệ nảy mầm của hạt và thúc đẩy sự phát triển của cây con.Ngoài các chức năng chính nêu trên, nó còn có khả năng tăng cường khả năng kháng bệnh, chống rét, chống hạn của một số loại cây trồng.Nhiều nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc sử dụng nồng độ thích hợp các nguyên tố đất hiếm có thể thúc đẩy quá trình hấp thụ, chuyển hóa và sử dụng chất dinh dưỡng của thực vật.Phun các nguyên tố đất hiếm có thể làm tăng hàm lượng Vc, hàm lượng đường tổng số và tỷ lệ axit đường của táo và trái cây họ cam quýt, thúc đẩy màu trái cây và chín sớm.Và nó có thể ngăn chặn cường độ hô hấp trong quá trình bảo quản và giảm tốc độ phân hủy.
Lĩnh vực vật liệu mới
Vật liệu nam châm vĩnh cửu neodymium sắt boron đất hiếm, có độ dư cao, độ cưỡng bức cao và sản phẩm năng lượng từ tính cao, được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp điện tử và hàng không vũ trụ và dẫn động tua-bin gió (đặc biệt thích hợp cho các nhà máy điện ngoài khơi);Các tinh thể đơn và đa tinh thể ferrite loại Garnet được hình thành bởi sự kết hợp giữa oxit đất hiếm nguyên chất và oxit sắt có thể được sử dụng trong ngành công nghiệp vi sóng và điện tử;Ngọc hồng lựu Yttri nhôm và thủy tinh neodymium làm bằng oxit neodymium có độ tinh khiết cao có thể được sử dụng làm vật liệu laser rắn;Hexaborua đất hiếm có thể được sử dụng làm vật liệu catốt để phát xạ điện tử;Kim loại niken Lanthanum là vật liệu lưu trữ hydro mới được phát triển vào những năm 1970;Lanthanum cromat là vật liệu nhiệt điện ở nhiệt độ cao;Hiện nay, các nước trên thế giới đã có những bước đột phá trong việc phát triển vật liệu siêu dẫn bằng cách sử dụng các oxit gốc bari được biến tính bằng các nguyên tố oxy đồng bari yttrium, có thể thu được chất siêu dẫn ở nhiệt độ nitơ lỏng.Ngoài ra, đất hiếm còn được sử dụng rộng rãi trong chiếu sáng các nguồn sáng thông qua các phương pháp như bột huỳnh quang, bột huỳnh quang màn tăng cường, bột huỳnh quang ba màu cơ bản và bột đèn sao chép (nhưng do giá thành cao do giá đất hiếm tăng cao, ứng dụng của chúng trong chiếu sáng đang giảm dần), cũng như các sản phẩm điện tử như tivi chiếu và máy tính bảng;Trong nông nghiệp, bón một lượng nhỏ nitrat đất hiếm cho cây trồng trên đồng ruộng có thể tăng năng suất từ 5-10%;Trong ngành dệt nhẹ, clorua đất hiếm cũng được sử dụng rộng rãi trong thuộc da lông thú, nhuộm lông thú, nhuộm len và nhuộm thảm;Các nguyên tố đất hiếm có thể được sử dụng trong bộ chuyển đổi xúc tác ô tô để chuyển đổi các chất ô nhiễm chính thành các hợp chất không độc hại trong quá trình xả động cơ.
Các ứng dụng khác
Các nguyên tố đất hiếm cũng được áp dụng cho nhiều sản phẩm kỹ thuật số, bao gồm thiết bị nghe nhìn, chụp ảnh và liên lạc, đáp ứng nhiều yêu cầu như nhỏ hơn, nhanh hơn, nhẹ hơn, thời gian sử dụng lâu hơn và tiết kiệm năng lượng.Đồng thời, nó cũng đã được áp dụng cho nhiều lĩnh vực như năng lượng xanh, chăm sóc sức khỏe, lọc nước và giao thông vận tải.
Thời gian đăng: 16-08-2023