V svetu, ki je vse bolj odvisen od tehnologije, elementov, znanih kot redke zemlje Postali so ključni minerali, novo »zlato« 21. stoletja, bili so vir sporov med državami in bodo še naprej. Ti elementi so kljub svojemu imenu življenjskega pomena in tukaj lahko izveste zakaj so tako pomembni in kaj so ti elementi REE (elementi redkih zemelj).
¿Katere so redke dežele?
The redke zemlje, v angleščini REE (Rare-Earth Elements), So niz mineralov, med katerimi je v periodnem sistemu veliko 15 elementov, znanih kot serija lantanidov. Ti elementi so temeljni za tehnologije, ki si prizadevajo zmanjšati emisije, porabo energije in izboljšati učinkovitost, zmogljivost, hitrost, vzdržljivost in toplotno stabilnost. So tudi ključna komponenta v tehnologijah, ki si prizadevajo narediti izdelke lažje in manjše. Zato je osnova trenutne tehnologije, zato njen pomen.
To jih naredi nepogrešljiv in nenadomestljiv v mnogih električnih, optičnih, magnetnih in katalitičnih aplikacijah, in ker jih ni v izobilju, je to privedlo do konfliktov, vojn in napetosti med državami, kot bomo videli kasneje. No, čeprav je elementov redkih zemelj v zemeljski skorji relativno veliko, so zaradi svojih geokemičnih lastnosti običajno zelo razpršeni. To pomeni, da jih pogosto ne najdemo v koncentracijah, zaradi katerih bi bile primerne za rudarjenje. Ravno zaradi tega pomanjkanja so jih poimenovali redke zemlje.
Med 17 elementov REE so:
- skandij (Sc)
- Itrij (Y)
- Lantan (The)
- Cerij (Ce)
- prazeodim (Pr)
- Neodim (Nd)
- Prometij (Pm)
- Samarij (Sm)
- Europij (Eu)
- gadolinij (Gd)
- Terbij (Tb)
- disprozij (Dy)
- Holmij (Ho)
- erbij (Er)
- Tulio
- iterbij (Yb)
- lutecij (Lu)
Lastnosti redkih zemelj
V zvezi lastnosti Od redkih zemelj, oziroma njihovih elementov, velja izpostaviti:
- Magnetne lastnosti: Neodim, disprozij in samarij so cenjeni zaradi svojih magnetnih lastnosti. Shranjujejo lahko velike količine magnetne energije, zaradi česar so uporabni v vetrnih turbinah, električnih motorjih, sistemih za vodenje, zvočnikih in trdih diskih itd.
- Luminescentne lastnosti: Europij, itrij, erbij in neodim imajo luminiscenčne lastnosti, kar pomeni, da oddajajo svetlobo, ko jih stimulira elektromagnetno sevanje. Uporabljajo se v učinkovitih virih svetlobe, zaslonih, ojačanju signala v linijah z optičnimi vlakni in laserjih.
- električne lastnosti: Cerij, lantan, neodim in prazeodim se zaradi svojih električnih lastnosti uporabljajo v nikelj-metal-hidridnih (NiMH) baterijah. Zagotavljajo bateriji večjo energijsko gostoto in boljšo zadrževalno sposobnost po številnih ciklih praznjenja in polnjenja.
- Katalitske lastnosti: Cerij in lantan se zaradi svoje elektronske strukture uporabljata kot katalizatorja za kemične reakcije. Več jih je in so cenejši od drugih redkih zemelj, zaradi česar so primarna izbira za katalitične aplikacije.
zgodovina
Redke zemlje so prisotne že od nastanka Zemlje, vendar Odkril jih je šele v 18. stoletju poročnik švedske vojske Carl Axel Arrhenius.. In izolacija elementov teh dežel je še novejša, nekateri bi prišli šele v 20. stoletju.
V 160 letih odkritja (1787-1947) je Ločevanje in čiščenje elementov redkih zemelj je bil težak in dolgotrajen proces. Mnogi znanstveniki so vse svoje življenje posvetili pridobivanju teh čistih elementov. Nazadnje, ker je bilo ugotovljeno, da so redki zemeljski elementi cepitveni produkti atoma urana, je Komisija ZDA za atomsko energijo vložila veliko truda v razvoj novih metod ločevanja. Leta 1947 so bili objavljeni rezultati, ki so pokazali, da procesi ionske izmenjave ponujajo boljši način za ločevanje elementov redkih zemelj za proizvodnjo uporabljenih elementov.
Elementi redkih zemelj, razen skandij, so težji od železa in jih proizvaja nukleosintezo supernov ali s-procesom v zvezdah velikanske asimptotske veje. V naravi spontana cepitev urana-238 proizvaja majhne količine radioaktivnega prometija, vendar se večina prometija proizvaja sintetično v jedrskih reaktorjih.
Svetovne zaloge redkih zemelj
The najpomembnejše zaloge redkih zemelj V svetu jih najdemo v naslednjih državah:
- Kitajska: Ima največje rezerve na svetu, s približno 44 milijoni ton. Poleg tega je največji proizvajalec redkih zemelj.
- Vietnam: To je dom ogromnih zalog redkih zemelj, zlasti ob severozahodni meji s Kitajsko in vzdolž vzhodne obale, 22 milijonov ton.
- Brazilija in Rusija: Obe državi imata rezerve 21 ton.
- Indija: ima zaloge 6,9 milijona ton.
- Avstralija: ima zaloge 4,2 milijona ton.
- ZDA: Njegove zaloge znašajo 2,3 milijona ton.
- Grenlandija: Izračunano je okoli 1,5 ton.
Pomembno je omeniti, da čeprav imajo nekatere države velike zaloge, je lahko njihova proizvodnja nizka zaradi različnih razlogov ...
In Evropa?
V Evropi so zaloge redkih zemelj redkein jih najdemo predvsem na naslednjih mestih:
- Švedska: Menijo, da ima največje rezerve redkih zemelj v Evropi. Švedska državna rudarska družba LKAB je v bližini mesta Kiruna na severu države identificirala nahajališče, ki vsebuje več kot milijon ton redkih zemelj.
- Finska in Portugalska: V teh državah so bila ugotovljena tudi območja izkoriščanja.
Glede Španije, znano je, da obstajajo zaloge redkih zemelj, čeprav niso bile temeljito raziskane. Izstopajo na primer Campo de Montiel (Ciudad Real), Monte Galiñeiro (Pontevedra), zadnje čase pa se veliko govori o morskem dnu v primerjavi s stvarmi na Kanarskih otokih. Nekatera od teh območij še niso bila izkoriščena in obstoječe rezerve niso znane.V primeru galicijskega rezervata je bilo njegovo izkoriščanje zavrnjeno zaradi okoljskih razlogov, v primeru Kanarskih otokov pa Maroko ohranja napetosti glede prevzema ta izkoriščanja...
Obdelava in ločevanje
Redke zemlje pridobivajo predvsem s industrijsko odprto rudarjenje., v nekaterih primerih pride do proizvodnje redkih zemelj kot stranskega produkta rudarjenja železa. Minerali, ki vsebujejo redke zemlje, se pojavljajo kot oksidi, zato jih je treba predelati, da dobimo elemente:
- Pridobivanje redkih zemelj poteka v odprtih rudnikih z uporabo detonacij in težkih strojev.
- Po ekstrakciji se mineral zdrobi ali zmelje za ustrezno predelavo.
- Za ločevanje rude na okside lahko uporabimo metode luženja, obarjanja in kristalizacije.
- S fizikalno-kemijskimi metodami se izvaja rafiniranje oksidov redkih zemelj v kovinah z različnimi stopnjami čistosti.
- Legiranje redkih zemeljskih kovin s kemičnimi postopki.
- Pretvorba zlitin redkih zemelj v komponente, ki se uporabljajo v komercialne namene.
Vrste redkih zemelj
Najprej je treba povedati, da obstajajo lahke redke zemlje in težke redke zemlje. Lahkih ali LREE je več in jih sestavljajo lantan, cerij, prazeodim, neodim, prometij, samarij, evropij in skandij. V primeru težkih ali HREE jih običajno ni tako veliko in imajo koncentracije gadolinija, terbija, disprozija, holmija, erbija, tulija, iterbija, lutecija in itrija.
aplikacije
Nazadnje je pomembno vedeti kakšne so možne aplikacije redkih zemelj, da bi razumeli njihov trenutni pomen:
- Katalizatorji in magneti: Globalno se večina elementov redkih zemelj uporablja za visoko zmogljive katalizatorje in magnete (neodim), kot tudi za ustvarjanje posebnih keramičnih materialov, stekel in za poliranje. Na primer, cerij in lantan sta pomembna katalizatorja in se uporabljata pri rafiniranju nafte in kot dodatka dizelskemu gorivu. Po drugi strani pa, ko govorimo o magnetih, ne mislimo samo na običajne magnete, ampak se ti uporabljajo za aplikacije, kot so električni motorji v hibridnih in električnih vozilih, generatorji v nekaterih vetrnih turbinah, trdi diski, prenosna elektronika, mikrofoni in zvočniki.
- Proizvodnja zlitin in proizvodnja gorivnih celic in nikelj-metal-hidridnih baterij: Cerij, lantan in neodim so pomembni pri proizvodnji zlitin ter pri proizvodnji gorivnih celic in nikelj-metal-hidridnih baterij.
- Elektronika: Cerij, galij in neodim so pomembni v elektroniki in se uporabljajo pri proizvodnji LCD in plazemskih zaslonov, optičnih vlaken in laserjev ter pri slikanju v medicini.
- Medicinske aplikacije, gnojila in obdelava vode: Uporabljajo se kot sledilci v medicini, gnojilih in pri obdelavi vode.
- Kmetijstvo: uporabljali so jih v kmetijstvu za povečanje rasti rastlin, produktivnosti in odpornosti proti stresu, očitno brez negativnih učinkov za prehrano ljudi in živali. Poleg tega so redki zemeljski elementi dodatki krmi za živino, kar je povzročilo povečano proizvodnjo, kot so večje živali in povečano proizvodnjo jajc in mlečnih izdelkov.
- več: Uporabe so zelo obsežne, lahko jih na primer uporabimo tudi za datiranje fosilov, saj se koncentracije redkih zemelj v kamninah le počasi spreminjajo zaradi geokemičnih procesov, zaradi česar so uporabni za datiranje. Drugi primeri so:
- Skandij se uporablja za izdelavo luči visoke intenzivnosti in kot sledilno sredstvo za rafinerije nafte.
- Itrij lahko dodamo številnim kovinskim zlitinam, da izboljšamo njihove lastnosti.
- Lantan se uporablja kot katalizator krekinga nafte in kot dodatek za izdelavo nodularne litine.
- Cerij se lahko uporablja v različnih panogah, od katalizatorjev za zmanjšanje onesnaževanja do izpušnih plinov vozil, za čistila in pigmente.
- Prazeodim je mogoče legirati z drugimi kovinami za ustvarjanje magnetov za elektronske naprave, pa tudi kot katalizator.
- Neodim se široko uporablja za izdelavo zelo močnih magnetov, na primer v industriji električnih motorjev, čeprav se uporablja tudi za kamere, optiko z laserji itd.
- Prometij uporabljajo debelinomeri kot vir beta, tudi kot pulzno baterijo, lahko ga pretvorijo v prenosni vir rentgenskih žarkov itd.
- Samarij se uporablja tudi za izdelavo močnih trajnih magnetov, za posebne leče in materiale za absorpcijo nevtronov za jedrske reaktorje.
- Europij je najbolj reaktivna med redkimi zemeljskimi kovinami in se v praksi ne uporablja pogosto.
- Gadolinij se uporablja v medicini, za slikanje z magnetno resonanco, pa tudi v mikrovalovnih pečicah, barvnih televizorjih, ojačevalcih in profesionalnih avdio sistemih.
- Terbij se uporablja za ponarejanje določenih komponent, izdelavo elektronskih naprav itd.
- Disprozij se uporablja v magnetnih zlitinah na osnovi neodija, da postanejo bolj odporne proti demagnetizaciji pri visokih temperaturah. Uporablja se tudi v halogenih sijalkah.
- Holmij za elektronske naprave, plazemske zaslone, živosrebrne žarnice itd.
- Herbij, ki se uporablja za zlitine, elektronske ojačevalnike, laserje itd.
- Tulij se uporablja za rentgenske naprave, laserje visokega dosega, keramično-magnetne materiale itd.
- Iterbij, običajen v metalurški industriji za zlitine z železom in jeklom, katalizatorje, laserje in optična vlakna. Tudi v nuklearni medicini za zdravljenje nekaterih bolezni in radioterapijo.
- Lutecij, ki se uporablja kot katalizator pri krekingu ogljikovodikov v petrokemični industriji, zdravljenju raka itd.
Kot lahko vidite, bistveno predvsem za elektronsko industrijo za proizvodnjo keramičnih kondenzatorjev da jih boste našli v mnogih PCB-jih ...