Maailmassa, joka on yhä riippuvaisempia teknologiasta, harvinaiset maametallit tunnetut alkuaineet Niistä on tullut tärkeitä mineraaleja, 2000-luvun uutta "kultaa", ja ne ovat aiheuttaneet konflikteja maiden välillä ja tulevat olemaan jatkossakin. Nämä elementit ovat nimestään huolimatta tärkeitä, ja täältä voit oppia, miksi ne ovat niin tärkeitä ja mitä nämä REE-elementit (Rare Earth Elements) ovat.
Mitä ovat harvinaiset maat?
Las harvinaiset maametallit, englanniksi REE (Rare-Earth Elements), Ne ovat joukko mineraaleja, joista 15 alkuainetta on runsaasti jaksollisessa taulukossa, joka tunnetaan nimellä lantanidisarja. Nämä elementit ovat olennaisia teknologioissa, joilla pyritään vähentämään päästöjä, energiankulutusta ja parantamaan tehokkuutta, suorituskykyä, nopeutta, kestävyyttä ja lämpöstabiilisuutta. Ne ovat myös keskeinen osa teknologioita, joilla pyritään tekemään tuotteista kevyempiä ja pienempiä. Siksi nykytekniikan perusta ja siksi sen merkitys.
Tämä tekee niistä välttämätön ja korvaamaton monissa sähköisissä, optisissa, magneettisissa ja katalyyttisissa sovelluksissa, ja koska niitä ei ole runsaasti, tämä on johtanut konflikteihin, sotiin ja jännitteisiin maiden välillä, kuten tulemme näkemään myöhemmin. No, vaikka harvinaisten maametallien alkuaineita on suhteellisen runsaasti maankuoressa, ne ovat geokemiallisten ominaisuuksiensa vuoksi yleensä laajalle levinneitä. Tämä tarkoittaa, että niitä ei usein löydy pitoisuuksina, jotka tekevät niistä elinkelpoisia kaivostoiminnassa. Juuri tämä niukkuus sai niitä kutsumaan harvinaisiksi maametalliksi.
Välillä 17 elementtiä REE:stä ovat:
- Scandium (Sc)
- yttrium (Y)
- Lantaani (The)
- Cerium (Ce)
- Praseodyymi (Pr)
- Neodyymi (Nd)
- Promethium (Pm)
- Samarium (Sm)
- Europium (EU)
- Gadoliini (Gd)
- Terbium (Tb)
- Dysprosium (Dy)
- Holmium (Ho)
- Erbium (Er)
- Tulio
- Ytterbium (Yb)
- Lutetium (Lu)
Harvinaisten maametallien ominaisuudet
Suhteen ominaisuudet Harvinaisista maametallista tai pikemminkin niiden elementeistä on syytä korostaa:
- magneettiset ominaisuudet: Neodyymi, dysprosium ja samarium arvostetaan niiden magneettisten ominaisuuksien vuoksi. Ne voivat varastoida suuria määriä magneettista energiaa, mikä tekee niistä hyödyllisiä tuuliturbiineissa, sähkömoottoreissa, ohjausjärjestelmissä, kaiuttimissa ja kiintolevyissä jne.
- Luminesoivat ominaisuudet: Europiumilla, yttriumilla, erbiumilla ja neodyymeillä on luminoivia ominaisuuksia, mikä tarkoittaa, että ne lähettävät valoa sähkömagneettisen säteilyn stimuloituessa. Niitä käytetään tehokkaissa valonlähteissä, näytöissä, signaalinvahvistuksessa kuituoptisissa linjoissa ja lasereissa.
- sähköiset ominaisuudet: Ceriumia, lantaania, neodyymiä ja praseodyymiä käytetään nikkelimetallihydridiakuissa (NiMH) niiden sähköisten ominaisuuksien vuoksi. Ne tarjoavat akulle suuremman energiatiheyden ja paremman säilytyskapasiteetin useiden purkaus- ja latausjaksojen jälkeen.
- Katalyyttiset ominaisuudet: Ceriumia ja lantaania käytetään kemiallisten reaktioiden katalyytteinä niiden elektronisen rakenteen vuoksi. Ne ovat runsaampia ja halvempia kuin muut harvinaiset maametallit, joten ne ovat ensisijainen valinta katalyyttisiin sovelluksiin.
Historia
Harvinaiset maametallit ovat kuitenkin olleet läsnä Maan muodostumisesta lähtien, Ruotsin armeijan luutnantti Carl Axel Arrhenius löysi ne vasta 1700-luvulla.. Ja näiden maiden elementtien eristäminen on vielä tuoreempaa, jotkut saapuisivat vasta 1900-luvulla.
Löytöjen 160 vuoden aikana (1787-1947) Harvinaisten maametallien erottaminen ja puhdistaminen oli vaikea ja pitkä prosessi. Monet tiedemiehet omistavat koko elämänsä näiden puhtaiden alkuaineiden hankkimiseen. Lopuksi, koska harvinaisten maametallien todettiin olevan uraaniatomin fissiotuotteita, Yhdysvaltain atomienergiakomissio teki suuria ponnisteluja uusien erotusmenetelmien kehittämiseksi. Vuonna 1947 julkaistiin tuloksia, jotka osoittivat, että ioninvaihtoprosessit tarjosivat paremman tavan erottaa harvinaiset maametallit käytettyjen alkuaineiden tuottamiseksi.
Harvinaiset maametallit skandiumia lukuun ottamatta ovat raskaampia kuin rauta, ja niitä tuottaa supernovien nukleosynteesi tai tähtien s-prosessi jättimäisen asymptoottisen haaran. Luonnossa uraani-238:n spontaani fissio tuottaa pieniä määriä radioaktiivista prometiumia, mutta suurin osa prometiumista tuotetaan synteettisesti ydinreaktoreissa.
Maailman harvinaisten maametallien varannot
Las tärkeimmät harvinaisten maametallien varannot Maailmassa niitä löytyy seuraavista maista:
- Kiina: Sillä on maailman suurimmat varannot, noin 44 miljoonaa tonnia. Lisäksi se on suurin harvinaisten maametallien tuottaja.
- Vietnam: Siellä on valtavia harvinaisten maametallien varantoja, erityisesti Kiinan luoteisrajalla ja itärannikolla, 22 miljoonaa tonnia.
- Brasilia ja Venäjä: Molemmilla mailla on 21 MT reservi.
- Intia: varannot ovat 6,9 miljoonaa tonnia.
- Australia: varannot ovat 4,2 miljoonaa tonnia.
- USA: Sen varastot ovat 2,3 miljoonaa tonnia.
- Grönlanti: Se on laskettu noin 1,5 MT.
On tärkeää mainita, että vaikka joillakin mailla on suuria varantoja, niiden tuotanto voi olla alhainen useista syistä...
Ja Eurooppa?
Euroopassa harvinaisten maametallien varastot ovat niukat, ja niitä löytyy pääasiassa seuraavista paikoista:
- Suecia: Sillä uskotaan olevan Euroopan suurin harvinaisten maametallien reservi. Ruotsin valtion kaivosyhtiö LKAB on tunnistanut maan pohjoisosassa sijaitsevan Kiirunan kaupungin läheltä esiintymän, joka sisältää yli miljoona tonnia harvinaisia maametallia.
- Suomi ja Portugali: Näissä maissa on myös tunnistettu hyväksikäyttökohteita.
Espanjan suhteen, harvinaisten maametallien tiedetään olevan olemassa, vaikka niitä ei olekaan tutkittu perusteellisesti. Esimerkiksi Campo de Montiel (Ciudad Real), Monte Galiñeiro (Pontevedra) erottuvat joukosta, ja viime aikoina on puhuttu paljon merenpohjasta verrattuna Kanariansaarten asioihin. Joitakin näistä paikoista ei ole vielä hyödynnetty, eikä olemassa olevia luonnonvaroja tunneta. Galician luonnonsuojelualueen osalta sen hyödyntäminen hylättiin ympäristösyistä, ja Kanariansaarten osalta Marokolla on jännitteitä ottaa haltuunsa. nämä hyväksikäytöt...
Käsittely ja erottelu
Harvinaiset maametallit saadaan pääasiassa kautta teollinen avolouhinta., joissakin tapauksissa harvinaisten maametallien tuotanto tapahtuu raudan louhinnan sivutuotteena. Harvinaisia maametallia sisältävät mineraalit esiintyvät oksideina, joten ne on käsiteltävä alkuaineiden saamiseksi:
- Harvinaisten maametallien louhinta tapahtuu avokaivoksissa, joissa käytetään räjäytyksiä ja raskaita koneita.
- Uuton jälkeen mineraali murskataan tai jauhetaan asianmukaista käsittelyä varten.
- Malmin erottamiseen oksideiksi voidaan käyttää liuotus-, saostus- ja kiteytysmenetelmiä.
- Fysikaalis-kemiallisilla menetelmillä jalostetaan harvinaisten maametallien oksideja eri puhtausasteissa olevissa metalleissa.
- Harvinaisten maametallien seostus kemiallisilla prosesseilla.
- Harvinaisten maametallien metalliseosten muuntaminen kaupallisissa sovelluksissa käytettäviksi komponenteiksi.
Harvinaisten maametallien tyypit
Ensinnäkin on sanottava, että niitä on kevyet harvinaiset maametallit ja raskaat harvinaiset maametallit. Vaaleat, eli LREE, ovat runsaampia ja koostuvat lantaanista, ceriumista, praseodyymistä, neodyymistä, prometiumista, samariumista, europiumista ja skandiumista. Raskaiden eli HREE:n tapauksessa ne eivät yleensä ole niin runsaita, ja niissä on pitoisuudet gadoliniumia, terbiumia, dysprosiumia, holmiumia, erbiumia, tuliumia, ytterbiumia, lutetiumia ja yttriumia.
sovellukset
Lopuksi on tärkeää tietää mitkä ovat mahdolliset sovellukset harvinaisten maametallien nykyisen merkityksen ymmärtämiseksi:
- Katalyytit ja magneetit: Maailmanlaajuisesti useimpia harvinaisten maametallien alkuaineita käytetään korkean suorituskyvyn katalyytteihin ja magneetteihin (neodyymi), sekä erikoiskeraamisten materiaalien, lasien ja kiillotukseen. Esimerkiksi cerium ja lantaani ovat tärkeitä katalyyttejä, ja niitä käytetään öljynjalostuksessa ja dieselin lisäaineina. Toisaalta, kun puhumme magneeteista, emme tarkoita vain tavanomaisia magneetteja, vaan niitä käytetään esimerkiksi sähkömoottoreissa hybridi- ja sähköajoneuvoissa, joidenkin tuuliturbiinien generaattoreissa, kiintolevyissä, kannettavassa elektroniikassa, mikrofoneissa ja kaiuttimet.
- Polttokennojen ja nikkelimetallihydridiakkujen metalliseosten valmistus ja tuotanto: Cerium, lantaani ja neodyymi ovat tärkeitä metalliseosten valmistuksessa sekä polttokennojen ja nikkelimetallihydridiakkujen tuotannossa.
- Elektroniikka: Cerium, gallium ja neodyymi ovat tärkeitä elektroniikassa, ja niitä käytetään LCD- ja plasmanäyttöjen, kuituoptiikan ja lasereiden valmistuksessa sekä lääketieteellisessä kuvantamisessa.
- Lääketieteelliset sovellukset, lannoitteet ja vedenkäsittely: Niitä käytetään merkkiaineina lääketieteellisissä sovelluksissa, lannoitteissa ja vedenkäsittelyssä.
- Maanviljely: on käytetty maataloudessa lisäämään kasvien kasvua, tuottavuutta ja stressinsietokykyä ilmeisesti ilman kielteisiä vaikutuksia ihmisten ja eläinten ravinnoksi. Lisäksi harvinaiset maametallit ovat lisäaineita karjan rehuun, mikä on lisännyt tuotantoa, kuten suurempia eläimiä sekä kananmunien ja maitotuotteiden tuotantoa.
- lisää: Käyttökohteet ovat erittäin laajat, niitä voidaan käyttää myös fossiilien ajoittamiseen, koska harvinaisten maametallien pitoisuudet kivissä muuttuvat vain hitaasti geokemiallisten prosessien vaikutuksesta, mikä tekee niistä hyödyllisiä ajoittamiseen. Muita esimerkkejä ovat:
- Scandiumia käytetään voimakkaiden valojen valmistukseen ja öljynjalostamoiden seuranta-aineena.
- Yttriumia voidaan lisätä moniin metalliseoksiin niiden ominaisuuksien parantamiseksi.
- Lantaania käytetään öljykrakkauksen katalyyttinä ja lisäaineena nodulaarisessa valuraudassa.
- Ceriumia voidaan käyttää eri teollisuudenaloilla saastumista vähentävistä katalyyteistä ajoneuvojen pakokaasuihin, puhdistustuotteisiin ja pigmentteihin.
- Praseodyymi voidaan seostaa muiden metallien kanssa magneettien luomiseksi elektronisiin laitteisiin, mutta myös katalysaattorina.
- Neodyymiä käytetään laajalti erittäin tehokkaiden magneettien valmistukseen esimerkiksi sähkömoottoriteollisuudessa, vaikka sitä käytetään myös kameroissa, laseroptiikassa jne.
- Prometiumia käytetään paksuusmittareissa beetalähteenä, myös pulssiakkuna, se voidaan muuntaa kannettavaksi röntgenlähteeksi jne.
- Samariumista valmistetaan myös suuritehoisia kestomagneetteja, erikoislinssejä ja neutroneja absorboivia materiaaleja ydinreaktoreihin.
- Europium on harvinaisista maametalleista reaktiivisin, eikä se ole yleinen käytännön sovelluksissa.
- Gadoliniumia käytetään lääketieteessä, magneettikuvauksessa sekä mikroaaltouuneissa, väritelevisioissa, vahvistimissa ja ammattiäänijärjestelmissä.
- Terbiumia käytetään tiettyjen komponenttien väärentämiseen, elektronisten laitteiden valmistukseen jne.
- Dysprosiumia käytetään neodyymipohjaisissa magneettiseoksissa, jotta ne kestävät paremmin demagnetoitumista korkeissa lämpötiloissa. Sitä käytetään myös halogenidipurkauslampuissa.
- Holmium elektronisille laitteille, plasmanäytöille, elohopealampuille jne.
- Herbiumia käytetään metalliseoksissa, elektronisissa vahvistimissa, lasereissa jne.
- Tuliumia käytetään röntgenlaitteissa, korkean kantaman lasereissa, keraamis-magneettisissa materiaaleissa jne.
- Ytterbium, yleinen metallurgiateollisuudessa raudan ja teräksen seoksille, katalyyteille, lasereille ja kuituoptiikalle. Myös isotooppilääketieteessä tiettyjen sairauksien hoitoon ja sädehoitoon.
- Lutetium, jota käytetään katalysaattorina hiilivetyjen krakkauksessa petrokemian teollisuudessa, syövän hoidossa jne.
Kuten näette, elektroniikkateollisuuden perustavanlaatuinen asia erityisesti valmistaa keraamisia kondensaattoreita että löydät ne monista PCB-levyistä…