Има общо 17 елемента, известни като редкоземни елементи, включително лантан (La), церий (Ce), празеодим (Pr), неодим (Nd), прометий (Pm), самарий (Sm), европий (Eu), гадолиний (Gd), тербий (Tb), диспрозий (Dy), холмий (Ho), ербий (Er), тулий (Tm), итербий (Yb), лутеций (Lu) и скандий (Sc) и итрий (Y), които са тясно свързани с 15 елемента от серията лантаниди.
Редкоземните елементи са група от 17 специални елемента, които получават името си от съединенията, които учените използват, за да ги извлекат.
Класификация на редкоземните елементи
Обикновено лантан, церий, празеодим, неодим, прометий, самарий, европий се наричат леки редкоземни елементи, а гадолиний, тербий, диспрозий, холмий, ербий, тулий, итербий, лутеций и итрий се наричат тежки редкоземни елементи.Според приликите и разликите във физичните и химичните свойства на редкоземните елементи, в допълнение към скандия (скандийът се класифицира като разпръснати елементи) могат да бъдат разделени на три групи, тоест групата на леките редкоземни елементи е лантан, церий, празеодим , неодим и прометий, от които прометий е изкуствен радиоактивен елемент.Средно-редкоземната група е самарий, европий, гадолиний, тербий и диспрозий.Тежките редкоземни групи са холмий, ербий, тулий, итербий, лутеций и итрий.
Природата
Редкоземните елементи са много активни метали с много подобни свойства.Общата валентност е +3.Повечето от хидратираните йони имат цвят и са лесни за образуване на стабилни координационни съединения.Екстракцията с разтворител и йонният обмен са най-добрите методи за отделяне на редкоземни елементи.Леките редкоземни метали като лантан, церий, празеодим и неодим обикновено се получават чрез електролиза поради тяхната ниска точка на топене и утаяване върху катода в разтопено състояние по време на електролиза.Предлагат се две солеви системи: хлоридна и флуоридна.Първият се добавя към електролитната клетка с редкоземен хлорид като суровина, докато вторият се добавя под формата на оксид.
Видове и приложения на редкоземни елементи
1. Леки редкоземни елементи от групата
лантан (La)
Лантанът се използва широко, като се използва в пиезоелектрични материали, електротермични материали, термоелектрически материали, материали за магнитно съпротивление, луминесцентни материали (син прах), материали за съхранение на водород, оптично стъкло, лазерни материали, всички видове сплави.Лантанът също се използва при приготвянето на много органични химически продукти в катализатора, селскостопански филм за преобразуване на светлина също се използва в лантан, в чужди страни, учени за ролята на лантана върху културите и похвалното име „супер калций“.
Церий (Ce)
(1) Церият в момента се използва в катализатори за пречистване на автомобилни изгорели газове, което може ефективно да предотврати изхвърлянето на голямо количество автомобилни изгорели газове във въздуха.ПОТРЕБЛЕНИЕТО на редкоземни елементи в тази област в Съединените щати представлява една трета от общото потребление.
(2) Лазерната система Ce:LiSAF е твърдотелен лазер, разработен от Съединените щати.Може да се използва за откриване на биологични оръжия чрез наблюдение на концентрацията на триптофан и може да се използва и в медицината.
Празеодим (Pr)
Празеодимът е голямо количество редкоземни елементи, използвани в стъкло, керамика и магнитни материали.
(1) Празеодимът се използва широко в архитектурната керамика и ежедневната керамика.Смесва се с керамична глазура, за да се получи цветна глазура и може да се използва и отделно като подглазурен пигмент.Изработеният пигмент е светложълт с чист и елегантен тон.
(2) Използва се за производство на постоянни магнити.Използвайки евтин празеодим и неодимов метал вместо чист неодимов метал за производство на постоянни магнитни материали, неговите антиоксидантни и механични свойства са очевидно подобрени, могат да бъдат обработени в различни форми на магнити, широко използвани в различни електронни устройства и двигатели;
(3) за каталитичен крекинг на нефт.Активността, селективността и стабилността на катализатора за петролен крекинг, получен чрез добавяне на обогатяване на празеодим и неодимий в Y зеолитно молекулярно сито, могат да бъдат подобрени.Китай започна да пуска в промишлена употреба през 1970 г., количеството нараства;
(4) Празеодимът може да се използва и за абразивно полиране.Празеодимът също се използва широко в оптичните влакна.
Неодим (Nd)
Неодимът е във фокуса на пазара в продължение на много години поради уникалната си позиция в областта на редкоземните метали.
(1) Най-големият потребител на неодимов метал е материалът с постоянен магнит ndfeb.Появата на постоянен магнит NdFEB инжектира нова сила и жизненост във високотехнологичната област на редкоземните елементи.Ndfeb магнит с продукт с висока магнитна енергия, известен като съвременния „крал на постоянните магнити“, се използва широко в електрониката, машините и други индустрии с отличното си представяне.Успехът на разработването на алфа магнитен спектрометър, отбелязващ магнитните свойства на Ndfeb магнитите в Китай, достигна първокласно ниво в света.
(2) Неодимът се използва и в материалите от цветни метали.Добавянето на 1,5% ~ 2,5% неодим към магнезиева или алуминиева сплав може да подобри характеристиките на сплавта при висока температура, херметичността и устойчивостта на корозия и се използва широко като аерокосмически материали.Освен това легираният с неодим итриев алуминиев гранат произвежда късовълнови лазерни лъчи и се използва широко в индустрията за заваряване и рязане на тънки материали с дебелина под 10 mm.
Прометий (Pm)
Прометият е радиоактивен елемент, произведен от човека, произведен от ядрени реактори.Основните му приложения са:
(1) Може да се използва като източник на топлина за осигуряване на спомагателна енергия за откриване на вакуум и изкуствени спътници.
(2) Pm147 излъчва нискоенергиен β-лъч, използван за производство на прометиева батерия, като захранване на инструменти за насочване на ракети и часовници.Този вид батерия е с малък размер и може да издържи няколко години.Прометият се използва и в преносими рентгенови метри, фосфори, измервания на дебелината и светлини за маяци.
2. Средни редкоземни елементи
самарий (Sm)
Самарият, който е светложълт на цвят, е суровината за самариево-кобалтови постоянни магнити, които са най-ранните редкоземни магнити за промишлена употреба.Има два вида постоянни магнити: SmCo5 и Sm2Co17.
Чистотата на самариевия оксид, използван в самариево-кобалтовите магнити, не трябва да бъде твърде висока.По отношение на себестойността около 95% от продукта се използва основно.Самариевият оксид се използва и в керамични кондензатори и катализатори.Освен това самарият има и ядрени свойства, които могат да се използват като структурен материал, ограничителен материал и контролен материал за атомни реактори, така че огромната енергия, генерирана от ядреното делене, да може безопасно да се използва.
европий (Eu)
Европиевият оксид се използва най-вече във фосфорите.Eu3+ се използва като активатор за червени луминофори и Eu2+ за сини луминофори.Сега Y2OS:Eu3+ е най-добрият луминофор за ефективност на луминесценция, стабилност на покритието и възстановяване на разходите, съчетан с подобряване на ефективността на луминесценция и контраст и други технологии, така че се използва широко.
Гадолиний (Gd)
Гадолиний се използва главно за:
(1) Неговият водоразтворим парамагнитен комплекс може да подобри сигнала за изображения с човешки ядрено-магнитен резонанс (ЯМР) при медицинско лечение.
(2) Неговият серен оксид може да се използва като матрична решетка на осцилоскопска тръба и рентгенов екран със специална яркост.
(3) Гадолиний в гадолиниево-галиев гранат е идеален единичен субстрат за магнитна балонна памет.
Тербий (Tb)
Повечето приложения на TERbium включват високотехнологични области, които са авангардни проекти с интензивно използване на технологии и знания.Основните приложения включват:
(1) активатор на фосфорен зелен прах за трицветен фосфор, като тербий активирана фосфатна матрица, силикатна матрица, матрица от цериев магнезиев алуминат, в състояние на възбуждане на зелена светлина.
(2) магнито-оптични материали за съхранение, през последните години магнито-оптичните материали от серията terbium достигнаха мащаба на масовото производство, с TB-Fe аморфен филм, разработен магнитно-оптичен диск, като компютърни компоненти за съхранение, капацитетът за съхранение се увеличи с 10 ~ 15 пъти.
(3) Магнитооптично стъкло, въртящо се стъкло на Фарадей, съдържащо тербий, е ключов материал в производството на ротатори, изолатори и циркулационни помпи, широко използвани в лазерната технология.
Диспрозий (Dy)
Основните приложения на диспрозия са:
(1) Използва се като добавки за постоянни магнити Ndfeb, добавянето на около 2% ~ 3% диспрозий към този магнит може да подобри неговата коерцитивност.Диспрозият преди беше в малко търсене, но с нарастващото търсене на Ndfeb магнити, той се превърна в необходимо допълнение.
(2) Диспрозиумът като фосфорен активатор, тривалентният диспрозиум е обещаващ йон за активиране на трицветни фосфорни материали с единичен луминесцентен център, който се състои главно от две емисионни ленти, едната е жълта емисия, другата е синя емисия, фосфор с добавка на диспрозий материали могат да се използват като трицветен фосфор.
(3) Диспрозият е подготовката на големи магнитострикционни тербиеви диспрозиеви сплави от желязо (терфенол), необходими метални суровини, може да направи някои механични движения на прецизни дейности, които могат да бъдат реализирани.
(4) Диспрозиевият метал може да се използва като магнитооптични материали за съхранение с висока скорост на запис и чувствителност на четене.
3. Тежки редкоземни елементи
Холмий (Ho)
Основните употреби на холмий в момента са:
(1) Използва се като добавка за метална халогенна лампа.Металната халогенна лампа е вид газоразрядна лампа, базирана е на разработена живачна лампа с високо налягане, нейната характеристика е изпълнена с различни редкоземни халиди в крушката.
(2) Холмият може да се използва като добавка за итриево желязо или итриево-алуминиев гранат.
(3) Итриев алуминиев гранат, легиран с холмий (Ho:YAG), може да излъчва 2 μm лазер, а степента на абсорбция на 2 μm лазер в човешките тъкани е висока, почти 3 порядъка по-висока от Hd:YAG.Така че, когато Ho:YAG лазерът се използва в медицинската хирургия, не само ефективността и прецизността на операцията могат да бъдат подобрени, но и зоната на термично увреждане може да бъде намалена до по-малка.
Ербий (Er)
Ербият е във фокуса на вниманието заради изключителните си оптични свойства:
(1) Излъчването на Er3+ при 1550 nm е от особено значение, тъй като тази дължина на вълната се намира при най-ниската загуба на оптично влакно в комуникацията с оптични влакна.Er3+ преминава от основно състояние 4I15/2 към високоенергийно състояние 4I13/2 след възбуждане от светлина при дължина на вълната 980nm и 1480nm.Когато Er3+ във високоенергийно състояние преминава обратно към основното състояние и излъчва светлина с дължина на вълната 1550 nm, кварцовото влакно може да предава светлина с различни дължини на вълната, но скоростта на оптично разпадане на различната светлина е различна.Степента на оптично затихване на 1550nm честотна лента в кварцовото влакно е най-ниската (0,15 dB/km), което е почти долната граница на степента на затихване.
(2) другият ербиев лазерен кристал и неговият изход от 1730 nm и 1550 nm лазер е безопасен за очите на хората, производителността на атмосферното предаване е добра, димът на способността за проникване на бойното поле е по-силен, секретността е добра, не е лесно откриване от врага, осветява големи количества военни цели, го прави безопасен за военна употреба преносим лазерен далекомер.
(3) Когато Er3+ се добави към стъкло, той може да бъде направен в лазерен материал от редкоземно стъкло, който е твърдият лазерен материал с най-голяма импулсна енергия и най-висока изходна мощност в момента.
Тулий (Tm)
Тулиумът се използва главно по следните начини:
(1) Тулият се използва като източник на радиация за преносими медицински рентгенови апарати.След като бъде облъчен в ядрени реактори, тулий произвежда изотоп, способен да излъчва рентгенови лъчи, който може да се използва за производството на преносими облъчватели на кръвта.
(2) Тулиумът може да се използва и при клинична диагностика и лечение на тумори, тъй като има висок афинитет към туморната тъкан, тежкият редкоземен афинитет е повече от лекия редкоземен афинитет, особено тулият има най-висок афинитет.
(3) Тулиумът може да се използва като активатор lao-Br :Br (син) във флуоресцентен прах, използван в екрана за рентгенова сенсибилизация за подобряване на оптичната чувствителност, като по този начин се намалява експозицията и вредата от рентгеновите лъчи за човека.В сравнение с предишния екран за сенсибилизиране на калциев волфрамат, рентгеновата доза може да бъде намалена с 50%, което е от голямо значение за медицинско приложение.
Итербий (Yb)
Основните приложения на итербия са:
(1) като материал за топлинно екраниращо покритие.
(2) като магнитострикционни материали, този материал има свойството на гигантска магнитострикция, тоест разширяване в магнитно поле.
(3) Итербиев елемент, използван за измерване на налягането.Тестът доказва, че итербиевият елемент има висока чувствителност в калибрирания диапазон на налягане, което открива нов път за приложението на итербия в измерването на налягането.
Лутеций (Lu)
Основните употреби на лутеций са:
(1) Производството на някои специални сплави като лутециево-алуминиева сплав може да се използва за анализ на неутронно активиране.
(2) Стабилните лутециеви нуклиди катализират крекинг, алкилиране, хидрогениране и полимеризация на нефт.
(3) като допълнителен елемент от итриево желязо или итриев алуминиев гранат за подобряване на някои свойства.
Итрий (Y)
Итрият е метал с широк спектър от приложения, включително:
(1) добавки за желязо и стомана и цветни сплави.
(2) Керамични материали от силициев нитрид, съдържащи 6% итрий и 2% алуминий, които могат да се използват за разработване на компоненти на двигателя;
(3) с мощност от 400 W лазерен лъч от итриев алуминиев гранат може да се използва за пробиване, рязане, заваряване и друга механична обработка на големи компоненти.
4. Разпръснати елементи
скандий (Sc)
(1) Осветителна промишленост.Интересното е, че използването на скандий (като основно работно вещество, а не за допинг) е концентрирано по посока на светлината и е справедливо да го наречем син на светлината.Като скандиево-натриева лампа, слънчева клетка, източник на γ лъчи и др.
(2) Скандият в неговата елементарна форма се използва широко в легирането на алуминиеви сплави.
(3) Скандият в неговата елементарна форма обикновено се използва в сплави, а оксидът на скандия също играе важна роля в керамичните материали.Изображението може да се използва като електроден материал за горивни клетки от твърд оксид, но също така може да се използва като високоякостен, устойчив на висока температура инженерен керамичен материал силициев нитрид като уплътнител и стабилизатор.
(4) Добавянето на малко количество Sc2O3 към ядреното гориво на високотемпературния реактор може да избегне трансформацията на решетката, увеличаването на обема и пукнатините, причинени от превръщането на UO2 в U3O8.
Редкоземните елементи са широко използвани в електрониката, нефтохимията, металургията, машините, енергетиката, леката промишленост, опазването на околната среда, селското стопанство и други области.
Време на публикуване: 20 август 2022 г
