Hay 17 elementos en total, conocidos como elementos de tierras raras, que incluyen lantano (La), cerio (Ce), praseodimio (Pr), neodimio (Nd), prometio (Pm), samario (Sm), europio (Eu), gadolinio (Gd), terbio (Tb), disprosio (Dy), holmio (Ho), erbio (Er), tulio (Tm), iterbio (Yb), lutecio (Lu) y escandio (Sc) e itrio (Y), que están estrechamente relacionados con 15 elementos de la serie de los lantánidos.
Los elementos de tierras raras son un grupo de 17 elementos especiales que reciben su nombre de los compuestos que los científicos usan para extraerlos.
Clasificación de elementos de tierras raras
En general, el lantano, el cerio, el praseodimio, el neodimio, el prometio, el samario y el europio se denominan tierras raras ligeras, y el gadolinio, el terbio, el disprosio, el holmio, el erbio, el tulio, el iterbio, el lutecio y el itrio se denominan tierras raras pesadas.De acuerdo con las similitudes y diferencias en las propiedades físicas y químicas de los elementos de tierras raras, además del escandio (el escandio se clasifica como elementos dispersos) se puede dividir en tres grupos, es decir, el grupo de tierras raras ligeras es lantano, cerio, praseodimio , neodimio y prometio, de los cuales el prometio es un elemento radiactivo artificial.El grupo medio de tierras raras es samario, europio, gadolinio, terbio y disprosio.Los grupos pesados de tierras raras son holmio, erbio, tulio, iterbio, lutecio e itrio.
La naturaleza
Los elementos de tierras raras son metales muy activos con propiedades muy similares.La valencia común es +3.La mayoría de los iones hidratados tienen color y son fáciles de formar compuestos de coordinación estables.La extracción con solventes y el intercambio de iones son los mejores métodos para la separación de tierras raras.Los metales ligeros de tierras raras como el lantano, el cerio, el praseodimio y el neodimio se obtienen generalmente por electrólisis debido a su bajo punto de fusión y precipitación en el cátodo en estado fundido durante la electrólisis.Hay dos sistemas de sal disponibles: cloruro y fluoruro.El primero se agrega a la celda electrolítica con cloruro de tierras raras como materia prima, mientras que el segundo se agrega en forma de óxido.
Tipos y aplicaciones de elementos de tierras raras
1. Elementos ligeros del grupo de tierras raras
Lantano (La)
El lantano se usa ampliamente, como el que se usa en materiales piezoeléctricos, materiales electrotérmicos, materiales termoeléctricos, materiales de resistencia magnética, materiales luminiscentes (polvo azul), materiales de almacenamiento de hidrógeno, vidrio óptico, materiales láser, todo tipo de materiales de aleación.El lantano también se usa en la preparación de muchos productos químicos orgánicos en el catalizador, la película agrícola de conversión de luz también se usa en el lantano, en países extranjeros, los científicos conocen el papel del lantano en los cultivos y el nombre loable "super calcio".
Cerio (Ce)
(1) Actualmente, el cerio se utiliza en catalizadores para purificar los gases de escape de los automóviles, lo que puede evitar de manera efectiva que una gran cantidad de gases de escape de los automóviles se descarguen en el aire.El CONSUMO de tierras raras en esta área en los Estados Unidos representa un tercio del consumo total.
(2) El sistema láser Ce:LiSAF es un láser de estado sólido desarrollado por los Estados Unidos.Se puede usar para detectar armas biológicas al monitorear la concentración de triptófano y también se puede usar en medicina.
Praseodimio (Pr)
El praseodimio es una gran cantidad de elementos de tierras raras, utilizados en vidrio, cerámica y materiales magnéticos.
(1) El praseodimio se usa ampliamente en cerámica arquitectónica y cerámica diaria.Se mezcla con esmalte de cerámica para hacer un esmalte de color y también se puede usar por separado como pigmento de esmalte.El pigmento elaborado es de color amarillo claro con un tono puro y elegante.
(2) Se utiliza para fabricar imanes permanentes.Usando praseodimio y neodimio metálicos baratos en lugar de neodimio metálico puro para fabricar materiales magnéticos permanentes, sus propiedades antioxidantes y mecánicas obviamente se mejoran, se pueden procesar en varias formas de imanes, ampliamente utilizados en varios dispositivos electrónicos y motores;
(3) para el craqueo catalítico de petróleo.La actividad, selectividad y estabilidad del catalizador de craqueo de petróleo preparado al agregar enriquecimiento de praseodimio y neodimio en el tamiz molecular de zeolita Y se puede mejorar.China comenzó a poner en uso industrial en la década de 1970, la cantidad de aumento;
(4) El praseodimio también se puede utilizar para el pulido abrasivo.El praseodimio también se usa ampliamente en fibra óptica.
Neodimio (Nd)
El neodimio ha sido el foco del mercado durante muchos años debido a su posición única en el campo de las tierras raras.
(1) El mayor usuario de metal de neodimio es el material de imán permanente ndfeb.El advenimiento del imán permanente NdFEB ha inyectado nuevo vigor y vitalidad en el campo de alta tecnología de las tierras raras.El imán Ndfeb con producto de alta energía magnética, conocido como el "rey de los imanes permanentes" contemporáneo, es ampliamente utilizado en electrónica, maquinaria y otras industrias con su excelente rendimiento.El éxito del desarrollo del espectrómetro magnético alfa, que marca las propiedades magnéticas de los imanes Ndfeb en China, ha entrado en el nivel de primera clase mundial.
(2) El neodimio también se usa en materiales de metales no ferrosos.Agregar 1.5% ~ 2.5% de neodimio a la aleación de magnesio o aluminio puede mejorar el rendimiento de la aleación a altas temperaturas, la hermeticidad y la resistencia a la corrosión, y se usa ampliamente como material aeroespacial.Además, el granate de itrio y aluminio dopado con neodimio produce rayos láser de onda corta y se usa ampliamente en la industria para soldar y cortar materiales delgados con un espesor inferior a 10 mm.
Prometio (Pm)
El prometio es un elemento radiactivo artificial producido por reactores nucleares.Sus principales usos son:
(1) Se puede utilizar como fuente de calor para proporcionar energía auxiliar para la detección de vacío y satélites artificiales.
(2) Pm147 emite rayos β de baja energía, utilizados para fabricar baterías de prometio, como fuente de alimentación de instrumentos y relojes de guía de misiles.Este tipo de batería es de tamaño pequeño y puede durar varios años.El prometio también se usa en medidores de rayos X portátiles, fósforos, mediciones de espesor y balizas luminosas.
2. Elementos del grupo medio de tierras raras
Samario (Sm)
El samario, de color amarillo claro, es la materia prima de los imanes permanentes de samario y cobalto, que son los primeros imanes de tierras raras para uso industrial.Hay dos tipos de imanes permanentes: SmCo5 y Sm2Co17.
La pureza del óxido de samario utilizado en los imanes de cobalto de samario no necesita ser demasiado alta.En términos de costo, se utiliza principalmente alrededor del 95% del producto.El óxido de samario también se utiliza en condensadores cerámicos y catalizadores.Además, el samario también tiene propiedades nucleares, que se pueden utilizar como material estructural, material de contención y material de control para reactores atómicos, de modo que la enorme energía generada por la fisión nuclear se pueda utilizar de forma segura.
Europio (Eu)
El óxido de europio se usa principalmente en fósforos.Eu3+ se utiliza como activador para fósforos rojos y Eu2+ para fósforos azules.Ahora Y2OS:Eu3+ es el mejor fósforo para la eficiencia de la luminiscencia, la estabilidad del recubrimiento y la recuperación de costos, junto con la mejora de la eficiencia y el contraste de la luminiscencia y otras tecnologías, por lo que se usa ampliamente.
Gadolinio (Gd)
El gadolinio se utiliza principalmente para:
(1) Su complejo paramagnético soluble en agua puede mejorar la señal de imágenes de resonancia magnética nuclear (RMN) humana en el tratamiento médico.
(2) Su óxido de azufre se puede utilizar como rejilla de matriz del tubo de osciloscopio y pantalla de rayos X con brillo especial.
(3) El gadolinio en granate de gadolinio galio es un sustrato único ideal para la memoria de burbujas magnéticas.
Terbio (Tb)
La mayoría de las aplicaciones de TERbium involucran campos de alta tecnología, que son proyectos de vanguardia intensivos en tecnología y conocimiento.Las principales aplicaciones incluyen:
(1) activador de polvo verde fósforo para fósforo de tres colores, como matriz de fosfato activado con terbio, matriz de silicato, matriz de aluminato de cerio y magnesio, en el estado de excitación de la luz verde.
(2) materiales de almacenamiento magneto-ópticos, en los últimos años, los materiales magneto-ópticos de la serie terbium han alcanzado la escala de producción en masa, con disco magneto-óptico desarrollado con película amorfa de TB-Fe, como componentes de almacenamiento de computadora, la capacidad de almacenamiento aumentó 10 ~ 15 veces.
(3) Vidrio magnetoóptico, el vidrio rotatorio de Faraday que contiene terbio es un material clave en la fabricación de rotadores, aisladores y circuladores ampliamente utilizados en la tecnología láser.
Disprosio (Dy)
Los principales usos del disprosio son:
(1) Utilizado como aditivo para los imanes permanentes de Ndfeb, la adición de un 2%~3% de disprosio a este imán puede mejorar su coercitividad.El disprosio solía tener poca demanda, pero con la creciente demanda de imanes de Ndfeb, se convirtió en un complemento necesario.
(2) El disprosio como activador de fósforo, el disprosio trivalente es un ion de activación prometedor de materiales de fósforo tricolor de un solo centro luminiscente, que se compone principalmente de dos bandas de emisión, una es emisión amarilla, la otra es emisión azul, fósforo dopado con disprosio Los materiales se pueden utilizar como fósforo de tres colores.
(3) El disprosio es la preparación de materias primas metálicas necesarias de aleación de hierro (terfenol) de disprosio de terbio magnetoestrictivo grande, puede hacer que se puedan realizar algunos movimientos mecánicos de actividades de precisión.
(4) El metal de disprosio se puede utilizar como material de almacenamiento magneto-óptico, con alta velocidad de grabación y sensibilidad de lectura.
3. Elementos pesados del grupo de tierras raras
Holmio (Ho)
Los principales usos del holmio actualmente son:
(1) Utilizado como aditivo para lámparas halógenas de metal.La lámpara halógena de metal es un tipo de lámpara de descarga de gas, se basa en una lámpara de mercurio de alta presión desarrollada, su característica está llena de varios haluros de tierras raras en la bombilla.
(2) El holmio se puede utilizar como aditivo para el granate de itrio-hierro o itrio-aluminio.
(3) El granate de itrio y aluminio dopado con holmio (Ho:YAG) puede emitir un láser de 2 μm, y la tasa de absorción del láser de 2 μm en los tejidos humanos es alta, casi 3 órdenes de magnitud más alta que la de Hd:YAG.Entonces, cuando el láser Ho:YAG se usa en cirugía médica, no solo se puede mejorar la eficiencia y la precisión de la cirugía, sino que también se puede reducir el área de daño térmico.
Erbio (Er)
Erbium ha sido el foco de atención debido a sus excelentes propiedades ópticas:
(1) La emisión de Er3+ a 1550nm tiene una importancia especial, porque esta longitud de onda se encuentra en la pérdida más baja de fibra óptica en la comunicación por fibra óptica.Er3+ pasa del estado fundamental 4I15/2 al estado de alta energía 4I13/2 después de ser excitado por la luz a una longitud de onda de 980 nm y 1480 nm.Cuando Er3+ en el estado de alta energía vuelve al estado fundamental y emite luz de 1550 nm de longitud de onda, la fibra de cuarzo puede transmitir luz de diferentes longitudes de onda, pero la tasa de decaimiento óptico de la luz diferente es diferente.La tasa de atenuación óptica de la banda de frecuencia de 1550 nm en la fibra de cuarzo es la más baja (0,15 dB/km), que es casi la tasa de atenuación del límite inferior.
(2) el otro cristal láser de erbio y su salida de láser de 1730 nm y 1550 nm es seguro para los ojos de las personas, el rendimiento de la transmisión atmosférica es bueno, la capacidad de penetración del humo del campo de batalla es más fuerte, el secreto es bueno, no es fácil de detectar por el enemigo, iluminar grandes cantidades de objetivos militares, lo ha hecho seguro para uso militar telémetro láser portátil.
(3) Cuando se agrega Er3+ al vidrio, se puede convertir en material láser de vidrio de tierras raras, que es el material láser sólido con la energía de pulso más grande y la potencia de salida más alta en la actualidad.
Tulio (Tm)
El tulio se utiliza principalmente de las siguientes maneras:
(1) El tulio se utiliza como fuente de radiación para máquinas de rayos X médicas portátiles.Después de ser irradiado en reactores nucleares, el tulio produce un isótopo capaz de emitir rayos X, que puede usarse para fabricar irradiadores de sangre portátiles.
(2) El tulio también se puede usar en el diagnóstico clínico y el tratamiento de tumores, porque tiene una alta afinidad por el tejido tumoral, las tierras raras pesadas tienen más afinidad que las tierras raras ligeras, especialmente el tulio tiene la afinidad más alta.
(3) El tulio se puede usar como activador lao-Br: Br (azul) en polvo fluorescente que se usa en la pantalla de sensibilización de rayos X para mejorar la sensibilidad óptica, reduciendo así la exposición y el daño de los rayos X en humanos.En comparación con la pantalla de sensibilización de tungstato de calcio anterior, la dosis de rayos X se puede reducir en un 50%, lo que es de gran importancia en la aplicación médica.
Iterbio (Yb)
Los principales usos del iterbio son:
(1) como material de revestimiento de protección contra el calor.
(2) como materiales magnetoestrictivos, este material tiene la propiedad de magnetoestricción gigante, es decir, expansión en un campo magnético.
(3) Elemento de iterbio utilizado para medir la presión.La prueba demuestra que el elemento iterbio tiene una alta sensibilidad en el rango de presión calibrado, lo que abre una nueva vía para la aplicación del iterbio en la medición de la presión.
Lutecio (Lu)
Los principales usos del lutecio son:
(1) La fabricación de algunas aleaciones especiales, como la aleación de lutecio y aluminio, se puede utilizar para el análisis de activación de neutrones.
(2) Los nucleidos de lutecio estables catalizan el craqueo, la alquilación, la hidrogenación y la polimerización del petróleo.
(3) como elemento de adición de granate de itrio hierro o itrio aluminio para mejorar algunas propiedades.
Itrio (Y)
El itrio es un metal con una amplia gama de usos, que incluyen:
(1) aditivos para hierro y acero y aleaciones no ferrosas.
(2) Materiales cerámicos de nitruro de silicio que contengan 6% de itrio y 2% de aluminio, que pueden usarse para desarrollar componentes de motores;
(3) con la potencia de 400 W y el rayo láser de granate de aluminio itrio se puede utilizar para taladrar, cortar, soldar y otros procesos mecánicos de componentes grandes.
4. Elementos dispersos
Escandio (Sc)
(1) Industria de la iluminación.Curiosamente, el uso de escandio (como principal sustancia de trabajo, no para el dopaje) se concentra en la dirección de la luz, y es justo llamarlo el hijo de la luz.Como lámpara de escandio y sodio, celda solar, fuente de rayos γ, etc.
(2) El escandio en su forma elemental se ha utilizado ampliamente en el dopaje de aleaciones de aluminio.
(3) El escandio en su forma elemental se usa generalmente en aleaciones, y el óxido de escandio también juega un papel importante en los materiales cerámicos.La imagen se puede usar como material de electrodo de celda de combustible de óxido sólido, pero también se puede usar como material cerámico de ingeniería de alta resistencia y resistente a altas temperaturas, nitruro de silicio como densificador y estabilizador.
(4) Agregar una pequeña cantidad de Sc2O3 al combustible nuclear del reactor de alta temperatura puede evitar la transformación de la red, el aumento de volumen y el agrietamiento causado por la conversión de UO2 a U3O8.
Los elementos de tierras raras se han utilizado ampliamente en electrónica, petroquímica, metalurgia, maquinaria, energía, industria ligera, protección ambiental, agricultura y otros campos.
Hora de publicación: 20 de agosto de 2022
