Maailmas, mis sõltub üha enam tehnoloogiast, haruldaste muldmetallidena tuntud elemendid Need on esile kerkinud ülioluliste mineraalidena, 21. sajandi uue "kullana" ning on olnud riikidevaheliste konfliktide allikaks ja on ka edaspidi. Need elemendid on oma nimele vaatamata elutähtsad ja siit saate teada, miks need nii olulised on ja mis need REE elemendid (Rare Earth Elements) on.
Mis on haruldased maad?
The haruldased muldmetallid, inglise keeles REE (Rare-Earth Elements), Need on mineraalide kogum, mille hulgas on lantaniidi seeriana tuntud perioodilisustabelis rohkesti 15 elementi. Need elemendid on olulised tehnoloogiate jaoks, mille eesmärk on vähendada heitkoguseid, energiatarbimist ning parandada tõhusust, jõudlust, kiirust, vastupidavust ja termilist stabiilsust. Need on ka võtmekomponendid tehnoloogiates, mille eesmärk on muuta tooted kergemaks ja väiksemaks. Seetõttu on praeguse tehnoloogia aluseks, sellest ka selle tähtsus.
See muudab nad asendamatu ja asendamatu paljudes elektrilistes, optilistes, magnetilistes ja katalüütilistes rakendustes, ja kuna neid pole palju, on see kaasa toonud konflikte, sõdu ja pingeid riikide vahel, nagu me hiljem näeme. Kuigi haruldasi muldmetalli elemente on maakoores suhteliselt palju, on need nende geokeemiliste omaduste tõttu tavaliselt laialt levinud. See tähendab, et neid ei leidu sageli kontsentratsioonides, mis muudavad need kaevandamiseks elujõuliseks. Just selle nappuse tõttu hakati neid haruldasteks muldmetallideks nimetama.
Vahel 17 elementi REE-st on:
- Scandium (Sc)
- Ütrium (Y)
- Lantaan (The)
- tseerium (Ce)
- Praseodüüm (Pr)
- Neodüüm (Nd)
- Promeetium (Pm)
- Samaarium (Sm)
- Euroopium (EL)
- Gadoliinium (Gd)
- Terbium (Tb)
- Düsproosium (Dy)
- holmium (ho)
- Erbium (Er)
- Tulio
- ütterbium (Yb)
- Luteetsium (Lu)
Haruldaste muldmetallide omadused
Kohta omadused Haruldasetest muldmetallidest või pigem nende elementidest tasub esile tõsta:
- Magnetilised omadused: Neodüümi, düsproosiumi ja samariumi hinnatakse nende magnetiliste omaduste poolest. Need võivad salvestada suures koguses magnetenergiat, muutes need kasulikuks tuuleturbiinides, elektrimootorites, juhtimissüsteemides, kõlarites ja kõvaketastes jne.
- Luminestsentsomadused: euroopiumil, ütriumil, erbiumil ja neodüümil on luminestseeruvad omadused, mis tähendab, et nad kiirgavad valgust, kui neid stimuleerib elektromagnetiline kiirgus. Neid kasutatakse tõhusates valgusallikates, kuvarites, signaali võimendamiseks fiiberoptilistes liinides ja laserites.
- elektrilised omadused: Nikkelmetallhüdriid (NiMH) akudes kasutatakse nende elektriliste omaduste tõttu tseeriumi, lantaani, neodüümi ja praseodüümi. Need tagavad akule suurema energiatiheduse ja parema säilivusvõime pärast paljusid tühjenemis- ja taaslaadimistsükleid.
- Katalüütilised omadused: Tseeriumi ja lantaani kasutatakse nende elektroonilise struktuuri tõttu keemiliste reaktsioonide katalüsaatoritena. Neid on teistest haruldastest muldmetallidest rohkem ja need on odavamad, mistõttu on need katalüütiliste rakenduste jaoks esmane valik.
ajalugu
Haruldased muldmetallid on olnud olemas alates Maa tekkimisest, kuid Need avastas alles 18. sajandil Rootsi armee leitnant Carl Axel Arrhenius.. Ja nende maade elementide eraldatus on veelgi uuem, mõned jõuavad kohale alles 20. sajandil.
160 avastamisaasta jooksul (1787–1947) tehti Haruldaste muldmetallide eraldamine ja puhastamine oli keeruline ja pikk protsess. Paljud teadlased pühendasid kogu oma elu nende puhaste elementide hankimisele. Lõpuks, kuna haruldaste muldmetallide elemendid leiti olevat uraani aatomi lõhustumisproduktid, tegi USA aatomienergia komisjon suuri jõupingutusi uute eraldusmeetodite väljatöötamiseks. 1947. aastal avaldati tulemused, mis näitasid, et ioonivahetusprotsessid pakkusid paremat viisi haruldaste muldmetallide elementide eraldamiseks kasutatud elementide tootmiseks.
Haruldased muldmetallid, välja arvatud skandium, on rauast raskemad ja neid toodavad supernoovade nukleosüntees või s-protsess tähtedes hiiglaslikust asümptootilisest harust. Looduses tekib uraan-238 spontaansel lõhustumisel väikeses koguses radioaktiivset prometiumi, kuid suurem osa promeetiumist toodetakse sünteetiliselt tuumareaktorites.
Maailma haruldaste muldmetallide varud
The kõige olulisemad haruldaste muldmetallide varud Maailmas leidub neid järgmistes riikides:
- Hiina: Sellel on maailma suurimad varud, umbes 44 miljonit tonni. Lisaks on see suurim haruldaste muldmetallide tootja.
- Vietnam: See on koduks tohututele haruldaste muldmetallide varudele, eriti piki Hiina loodepiiri ja piki idarannikut, 22 miljonit tonni.
- Brasiilia ja Venemaa: mõlema riigi varu on 21 MT.
- India: varusid on 6,9 miljonit tonni.
- Austraalia: varusid on 4,2 miljonit tonni.
- Ameerika Ühendriikide: selle varud ulatuvad 2,3 miljoni tonnini.
- Gröönimaa: See on arvutatud umbes 1,5 MT.
Oluline on mainida, et kuigi mõnel riigil on suured varud, võib nende toodang olla erinevatel põhjustel madal...
Ja Euroopa?
Euroopas on haruldaste muldmetallide varusid väheja neid leidub peamiselt järgmistes kohtades:
- Rootsi: Arvatakse, et sellel on Euroopa suurim haruldaste muldmetallide varu. Rootsi riiklik kaevandusettevõte LKAB tuvastas riigi põhjaosas Kiruna linna lähedal maardla, mis sisaldab enam kui miljon tonni haruldasi muldmetalle.
- Soome ja Portugal: Nendes riikides on tuvastatud ka kasutuskohti.
Seoses Hispaaniaga, haruldaste muldmetallide varud on teadaolevalt olemas, kuigi neid pole põhjalikult uuritud. Näiteks paistavad silma Campo de Montiel (Ciudad Real), Monte Galiñeiro (Pontevedra) ja viimasel ajal on palju räägitud merepõhjast võrreldes Kanaari saarte asjadega. Mõnda neist kohtadest ei ole veel kasutatud ja olemasolevaid varusid pole teada.Galicia kaitseala puhul lükati selle kasutamine keskkonnakaalutlustel tagasi ning Kanaari saarte puhul on Marokol pinged üle võtta. need ärakasutamised...
Töötlemine ja eraldamine
Haruldased muldmetallid saadakse peamiselt läbi tööstuslik avakaevandamine., mõnel juhul tekib haruldaste muldmetallide tootmine raua kaevandamise kõrvalsaadusena. Haruldasi muldmetalle sisaldavad mineraalid esinevad oksiididena, seega tuleb neid töödelda elementide saamiseks:
- Haruldaste muldmetallide kaevandamine toimub avatud kaevandustes, kasutades detonatsioone ja raskeid masinaid.
- Pärast ekstraheerimist mineraal purustatakse või jahvatatakse nõuetekohaseks töötlemiseks.
- Maagi eraldamiseks oksiidideks saab kasutada leostus-, sadestamis- ja kristalliseerimismeetodeid.
- Füüsikalis-keemiliste meetodite abil viiakse läbi haruldaste muldmetallide oksiidide rafineerimine erineva puhtusastmega metallides.
- Haruldaste muldmetallide legeerimine keemiliste protsesside abil.
- Haruldaste muldmetallide sulamite muutmine kommertsrakendustes kasutatavateks komponentideks.
Haruldaste muldmetallide tüübid
Kõigepealt tuleb öelda, et neid on kerged haruldased muldmetallid ja rasked haruldased muldmetallid. Kergeid ehk LREE-sid on rohkem ja need koosnevad lantaanist, tseeriumist, praseodüümist, neodüümist, prometiumist, samariumist, euroopiumist ja skandiumist. Raskete ehk HREE puhul ei ole neid tavaliselt nii palju ja neis on gadoliiniumi, terbiumi, düsproosiumi, holmiumi, erbiumi, tuuliumi, ütterbiumi, luteetiumi ja ütriumi kontsentratsioonid.
rakendused
Lõpuks on oluline teada millised on potentsiaalsed rakendused haruldaste muldmetallide kohta, et mõista nende praegust tähtsust:
- Katalüsaatorid ja magnetid: Ülemaailmselt kasutatakse enamikku haruldaste muldmetallide elemente suure jõudlusega katalüsaatorite ja magnetite jaoks (neodüüm), samuti spetsiaalsete keraamiliste materjalide, klaaside ja poleerimiseks. Näiteks tseerium ja lantaan on olulised katalüsaatorid ning neid kasutatakse nafta rafineerimisel ja diislikütuse lisandina. Teisest küljest, kui me räägime magnetitest, ei pea me silmas mitte ainult tavalisi magneteid, vaid neid kasutatakse selliste rakenduste jaoks nagu elektrimootorid hübriid- ja elektrisõidukites, mõnede tuuleturbiinide generaatorid, kõvakettad, kaasaskantav elektroonika, mikrofonid ja kõlarid.
- Kütuseelementide ja nikkel-metallhüdriidakude sulamite tootmine ja tootmine: tseerium, lantaan ja neodüüm on olulised sulamite valmistamisel ning kütuseelementide ja nikkel-metallhüdriidakude tootmisel.
- Elektroonika: tseerium, gallium ja neodüüm on olulised elektroonikas ning neid kasutatakse vedelkristall- ja plasmakuvarite, fiiberoptika ja laserite tootmisel ning meditsiinilises pildistamises.
- Meditsiinilised rakendused, väetised ja veetöötlus: Neid kasutatakse märgistusainetena meditsiinilistes rakendustes, väetistes ja veetöötluses.
- Põllumajandus: on kasutatud põllumajanduses, et suurendada taimede kasvu, tootlikkust ja vastupidavust stressile, ilma et see avaldaks negatiivset mõju inimeste ja loomade toidule. Lisaks on haruldased muldmetallid loomasööda lisandid, mis on suurendanud tootmist, nagu suuremad loomad ning suurenenud munade ja piimatoodete tootmine.
- rohkem: Kasutusalad on väga laiaulatuslikud, näiteks saab neid kasutada ka fossiilide dateerimiseks, kuna haruldaste muldmetallide kontsentratsioonid kivimites muutuvad geokeemiliste protsesside toimel vaid aeglaselt ja see muudab need dateerimisel kasulikuks. Muud näited on:
- Skandiumi kasutatakse suure valgustugevusega tulede valmistamiseks ja naftarafineerimistehaste jälgimisainena.
- Ütriumit võib nende omaduste parandamiseks lisada paljudele metallisulamitele.
- Lantaani kasutatakse nafta krakkimise katalüsaatorina ja lisandina mügarmalmi valmistamisel.
- Tseeriumi saab kasutada erinevates tööstusharudes, alates katalüsaatoritest saaste vähendamiseks kuni sõidukite heitgaasideni, puhastusvahendite ja pigmentide jaoks.
- Praseodüümi saab legeerida teiste metallidega, et luua elektroonikaseadmete magneteid, aga ka katalüsaatorina.
- Neodüümi kasutatakse laialdaselt väga võimsate magnetite tootmiseks, näiteks elektrimootoritööstuses, kuigi seda kasutatakse ka kaamerate, laseritega optika jms jaoks.
- Promeetiumi kasutavad paksusmõõturid beetaallikana, ka impulsspatareina, seda saab muuta kaasaskantavaks röntgeniallikaks jne.
- Samariumi kasutatakse ka suure võimsusega püsimagnetite, spetsiaalsete läätsede ja tuumareaktorite neutroneid neelavate materjalide valmistamiseks.
- Euroopium on haruldastest muldmetallidest kõige reaktsioonivõimelisem ja praktilistes rakendustes pole see tavaline.
- Gadoliiniumi kasutatakse meditsiinis, magnetresonantstomograafias, samuti mikrolaineahjudes, värvitelerites, võimendites ja professionaalsetes helisüsteemides.
- Terbiumi kasutatakse teatud komponentide võltsimiseks, elektroonikaseadmete valmistamiseks jne.
- Düsproosiumi kasutatakse neodüümipõhistes magnetsulamites, et muuta need vastupidavamaks demagnetiseerumisele kõrgel temperatuuril. Seda kasutatakse ka halogeniidlahenduslampides.
- Holmium elektroonikaseadmetele, plasmaekraanidele, elavhõbedalampidele jne.
- Herbium, mida kasutatakse sulamite, elektrooniliste võimendite, laserite jms jaoks.
- Tuliumi kasutatakse röntgeniseadmete, kõrgulatusega laserite, keraamilis-magnetiliste materjalide jms jaoks.
- Ytterbium, levinud metallurgiatööstuses raua ja terasega sulamite, katalüsaatorite, laserite ja fiiberoptika jaoks. Samuti tuumameditsiinis teatud haiguste raviks ja kiiritusraviks.
- Luteetium, mida kasutatakse katalüsaatorina süsivesinike krakkimisel naftakeemiatööstuses, vähiravis jne.
Nagu näete, on see eriti oluline elektroonikatööstuse jaoks keraamiliste kondensaatorite valmistamiseks et leiate neid paljudest PCB-dest ...