¿Qué son los elementos de tierras raras?
Elementos de tierras raras son el nombre general del grupo de elementos de tierras raras de la serie de los lantánidos, incluidos el escandio Sc, el itrio Y y el lantano La, el cerio Ce, el praseodimio Pr, el neodimio Nd, el prometio Pm y el samario. Sm, Europio Eu, gadolinio Gd, terbio Tb, disprosio Dy, holmio Ho, erbio Er, tulio Tm, iterbio Yb, lutecio Lu, ***17 elementos.
El término "tierras raras" es un nombre que se utiliza desde el siglo XVIII porque los minerales utilizados para extraer estos elementos eran relativamente escasos en aquella época, y los óxidos obtenidos eran difíciles de fundir, disolver en agua, y eran muy difíciles de disolver. Es difícil de separar y su apariencia se asemeja a la "tierra", por eso se le llama tierra rara. Los elementos de tierras raras se dividen en "elementos de tierras raras ligeros" y "elementos de tierras raras pesados":
Los "elementos de tierras raras ligeros" se refieren al escandio Sc, itrio Y y lantano La, cerio Ce, praseodimio Pr, y neodimio con números atómicos más pequeños Nd, prometio Pm, samario Sm, europio Eu.
Los "elementos pesados de tierras raras" incluyen gadolinio Gd, terbio Tb, disprosio Dy, holmio Ho, erbio Er, tulio Tm, iterbio Yb y lutecio Lu con números atómicos relativamente grandes.
2. Recursos de tierras raras y estatus de reserva
Debido a la naturaleza activa de los elementos de tierras raras, se convierten en elementos litófilos. No se ha encontrado ningún metal natural anhidro o sulfuro en la corteza terrestre. Se encuentra comúnmente en forma de óxidos complejos, silicatos hidratados o anhidros, fosfatos hidratados o anhidros, fosfosilicatos, fluorocarbonatos y fluoruros. Dado que los radios iónicos y los estados de oxidación de las tierras raras son similares a los de todos los demás elementos, a menudo se encuentran junto con otros elementos en los minerales.
Los recursos de tierras raras de mi país representan el 80% de los recursos de tierras raras del mundo, alcanzando 36 millones de toneladas en términos de óxido (REO), y las reservas potenciales son en realidad de 100 millones de toneladas.
Los recursos de tierras raras de mi país se dividen en dos partes: norte y sur.
——Norte: Los recursos ligeros de tierras raras se concentran en Baotou Bayan Obot y otros lugares, y luego fueron descubiertos en Mianning, Sichuan. Contiene principalmente lantano, cerio, praseodimio, neodimio y una pequeña cantidad de samario, europio, gadolinio y otros elementos;
——Sur: recursos de tierras raras medianas y pesadas, distribuidos en Jiangxi, Guangdong, Guangxi, Fujian. , Hunan y otras provincias Las raras apariciones iónicas y las capas de granito erosionadas contienen principalmente elementos como samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, holmio, erbio, tulio, iterbio, lutecio, itrio, lantano y neodimio.
La industria de tierras raras de mi país también se divide en dos sistemas de producción principales: el norte y el sur.
——El norte, con Baotou Rare Earth Hi-Tech Company y Gansu Rare Earth Company como eje, ha formado un sistema de producción de productos ligeros de tierras raras con los recursos de tierras raras de Baotou como pilar y los recursos de Sichuan como el suplemento. Las empresas clave incluyen la fábrica Nuclear Industry 202, Baotou Lu Sirona Rare Earth Co., Ltd., Baotou Hefa Rare Earth Factory, Baotou Rare Earth Smelting Plant, Harbin Rare Earth Materials Factory, Sichuan Rare Earth Materials Factory, Sichuan Shifang Ji Chemical Plant y Planta de fundición de tierras raras de Anning River, espere. Los principales productos incluyen concentrados de tierras raras, aleaciones de ferrosilicio de tierras raras, compuestos mixtos de tierras raras, concentrados, metales mixtos, etc. La capacidad de producción de concentrado de tierras raras y la capacidad de manipulación y procesamiento alcanzan las 50.000 toneladas (cálculo de óxido REO).
——El Sur, con Shanghai Yuelong Nonferrous Metals Co., Ltd. como líder, ha formado un sistema de producción de tierras raras medianas y pesadas basado en recursos iónicos de tierras raras en las provincias de Jiangxi y Guangdong. Las empresas clave incluyen la planta de fundición de Guangzhou Zhujiang, la planta de tierras raras de Guangdong Yangjiang, el grupo Jiangsu Xinwei, la planta general de tierras raras del fundador de Jiangsu Liyang, la planta de fundición de tierras raras de Jiangyin Jiahua, la planta de fundición de tierras raras de Jiangsu Jiangfei, la compañía de tierras raras Jiangxi Longnan y la tierra rara de Jiangxi Xunwu Compañía, Jiangxi Rare Earth Company, Mina Jiangxi Nuclear Industry 713, etc. Los productos principales son diversos compuestos y metales, concentrados, metales mixtos y aleaciones de tierras raras de alta pureza. La escala total de separación ha superado las 10.000 toneladas y ha comenzado el procesamiento y separación a gran escala de materias primas de tierras raras de Northern Light.
4. Ámbito de aplicación de los elementos de tierras raras
En la actualidad, la aplicación de los elementos de tierras raras está en auge y se ha expandido a todos los aspectos de la ciencia y la tecnología, especialmente el desarrollo y la aplicación de Algunos materiales funcionales nuevos y modernos los elementos de tierras raras se han convertido en materias primas indispensables.
1. Aplicación de elementos de tierras raras en campos industriales tradicionales
-Campo agrícola: actualmente, agronomía de tierras raras, ciencia del suelo de tierras raras, fisiología de plantas de tierras raras, toxicología de la salud de tierras raras y Se desarrollan trazas de tierras raras Analítica y otras disciplinas.
Como reguladores fisiológicos y del crecimiento de las plantas, las tierras raras tienen las tres características principales: aumentar el rendimiento de los cultivos, mejorar la calidad y la resistencia al estrés. Al mismo tiempo, las tierras raras son sustancias poco tóxicas, inofensivas para los humanos y los animales y no contaminan el medio ambiente; medio ambiente; el uso racional de tierras raras puede mejorar la resistencia de los cultivos a la sequía, el anegamiento y el acame. En la actualidad, el área de aplicación de tierras raras en las tierras agrícolas de mi país alcanza entre 50 y 70 millones de acres por año, lo que ha aumentado la producción de cereales, algodón, frijoles, aceite, azúcar, etc. del país entre 600 y 800 millones de kilogramos. El beneficio económico directo es de 1.100 a 1.500 millones de yuanes, y el consumo anual de tierras raras es de 1.100 a 1.200 toneladas.
——Industria metalúrgica: las tierras raras se utilizan ampliamente en la industria metalúrgica y representan aproximadamente 1/3 del uso total de tierras raras. Los elementos de tierras raras reaccionan fácilmente con el oxígeno y el azufre para formar óxidos, sulfuros y oxicompuestos de azufre con altos puntos de fusión y poca plasticidad a altas temperaturas. La adición de elementos de tierras raras al acero fundido puede desulfurar y desoxidar las inclusiones y mejorar las propiedades a temperatura normal y baja. del acero, resistencia a la fractura, reduciendo la fragilidad en caliente de algunos aceros y mejorando la trabajabilidad por calentamiento y la firmeza de las piezas soldadas.
Las tierras raras se utilizan en el hierro fundido como agentes nodularizantes del grafito, agentes nucleantes y agentes de control de elementos nocivos para mejorar la calidad de las piezas fundidas y mejorar en gran medida las propiedades mecánicas de las piezas fundidas. Se utilizan principalmente en lingotes de acero. moldes, laminadores, Cuatro aspectos: tubos fundidos y piezas de formas especiales.
Se utiliza en aleaciones no ferrosas y tiene un buen efecto sobre diversas aleaciones basadas en metales no ferrosos, mejorando las propiedades físicas y mecánicas de las aleaciones. Las tres series más utilizadas son el aluminio, el magnesio y el cobre.
——Industria petroquímica: las tierras raras se utilizan como catalizadores de craqueo por tamiz molecular de tierras raras en la industria del craqueo del petróleo. Se caracterizan por su alta actividad, buena selectividad y alta productividad de la gasolina. En esta zona se utilizan grandes cantidades de tierras raras.
——Industria del vidrio: Las tierras raras tienen tres aplicaciones en la industria del vidrio: coloración del vidrio, decoloración del vidrio y preparación de vidrio con propiedades especiales. Los óxidos de tierras raras utilizados para colorear el vidrio incluyen el neodimio (rosa con brillo púrpura), el vidrio de praseodimio es verde (para hacer filtros), etc. El dióxido de cerio puede oxidar el hierro divalente de color amarillo verdoso en el vidrio a trivalente. Para la decoloración, la toxicidad del arsénico se pueden evitar los óxidos utilizados en el pasado. También se puede agregar óxido de neodimio para la decoloración física de vidrios especiales de tierras raras, como vidrio de cerio (vidrio de protección radiológica) y vidrio de lantano (vidrio óptico).
——Industria cerámica: se pueden agregar tierras raras a la cerámica y los esmaltes para reducir los vidriados y las grietas y hacerlos brillantes. Los elementos de tierras raras se utilizan principalmente como pigmentos para cerámica. Dado que los elementos de tierras raras tienen electrones 4f vacíos, pueden absorber o emitir luz de diferentes longitudes de onda desde regiones de luz ultravioleta, visible a infrarroja. El rango de cada región de luz emitida es pequeño, lo que resulta en. una cerámica más colorida. Suave, pura, de tonos novedosos y buen acabado. Como amarillo, violeta, verde, rosa, naranja, marrón, negro, etc. Los óxidos de tierras raras pueden producir cerámicas transparentes resistentes a altas temperaturas (utilizadas en láser y otros campos) y crisoles resistentes a altas temperaturas (metalurgia).
——En el campo de la industria de fuentes de luz eléctrica: como material luminiscente de lámparas fluorescentes, las tierras raras son fuentes de luz que ahorran energía y se caracterizan por una buena eficiencia lumínica, buen color de luz y larga vida útil. Puede ahorrar entre un 75 y un 80 % de electricidad que las lámparas incandescentes.
2. Aplicación de tierras raras en industrias de alta tecnología
- Materiales luminosos para displays: Entre las tierras raras, el itrio y el europio son las principales materias primas del fósforo rojo y son Ampliamente utilizado en televisores en color, máquinas, ordenadores y varios monitores. En la actualidad, la producción anual de polvo rojo para televisores en color de mi país es de 300 a 400 toneladas, y la de polvo rojo para monitores de computadora es de 50 a 100 toneladas, para satisfacer las necesidades de 35 millones de tubos de visualización en color y casi un millón de monitores producidos en el país.
——Materiales magnéticos: el neodimio, el samario, el praseodimio, el disprosio, etc. son las principales materias primas para la fabricación de materiales magnéticos súper permanentes modernos. Sus propiedades magnéticas son de 4 a 10 veces superiores a las de los materiales magnéticos permanentes ordinarios. Se utilizan ampliamente en televisores, campos de alta tecnología como electroacústica, equipos médicos, trenes maglev e industria militar. Los expertos predicen que el valor de producción de dichos materiales alcanzará los 3.500 millones de dólares a finales de este siglo. El material magnético permanente NdFeB con derechos de propiedad intelectual independientes desarrollado por la Universidad de Nankai en nuestra ciudad entra en esta categoría y ahora está cooperando con Kenda Group para su industrialización.
——Materiales de almacenamiento de hidrógeno: MMNi5 (MM es un metal mixto de tierras raras) y LaNi5, compuestos intermetálicos de tierras raras y elementos de transición, son excelentes materiales absorbentes de hidrógeno y se denominan esponjas de hidrógeno. Su aplicación más exitosa es la fabricación de baterías secundarias: baterías de hidruro metálico o baterías de níquel-hidruro metálico.
Su capacidad de carga de volumen equivalente es el doble que la de las baterías de níquel-cadmio actualmente ampliamente utilizadas, y su ciclo de vida de carga-descarga y voltaje de salida son los mismos que los de las baterías de níquel-cadmio, pero sin contaminación por cadmio. La Universidad de Nankai en nuestra ciudad tiene grandes ventajas en la investigación y el desarrollo de materiales de almacenamiento de hidrógeno. A través del proyecto 863, Peace Bay Company ha iniciado la industrialización de baterías de níquel-hidruro metálico.
——Materiales láser: los iones de tierras raras son los activadores más importantes de materiales láser sólidos y materiales láser líquidos inorgánicos. Entre ellos, los materiales láser dopados con Nd3 son los más estudiados, a excepción del granate de itrio y aluminio (YAG). ), Además de matrices como el vidrio de aluminato de itrio (YAP), los materiales láser con altas concentraciones de tierras raras también pueden denominarse materiales para aplicaciones especiales.
——Cerámica de precisión: el óxido de pico parcialmente estabilizado con óxido de itrio es una cerámica estructural con un rendimiento muy excelente. Se puede utilizar para fabricar cuchillos y tijeras para diversos fines especiales y se puede utilizar para fabricar motores de automóviles. debido a su alta conductividad térmica y bajo coeficiente de expansión, buena estabilidad térmica y sin reducción de la intensidad de trabajo a 1650 °C, lo que resulta en una alta potencia del motor y ahorro de combustible.
——Catalizador: además de usarse en la fabricación de catalizadores de craqueo de petróleo, los óxidos de tierras raras se usan ampliamente en muchas reacciones químicas. Por ejemplo, los óxidos de tierras raras LaO3, Nd2O3 y Sm2O3 se usan en. La deshidrogenación del ciclohexano para producir benceno, que es reemplazado por LnCoO3, el platino cataliza la oxidación del amoníaco a ácido nítrico. Y se utiliza como catalizador en la producción de caucho de isopreno sintético y caucho de butadieno.
Los gases de escape de los coches necesitan oxidar el CH y el CO y reducir los NOX para resolver el actual problema de contaminación del aire urbano. Los elementos de tierras raras son la principal materia prima para los catalizadores de purificación de gases de escape de automóviles. El Instituto de Investigación de la Industria Química de nuestra ciudad tiene grandes ventajas a este respecto y puede promover la formación de un producto purificador de gases de escape para automóviles.
——Materiales superconductores de alta temperatura: las investigaciones de los últimos años han demostrado que muchos óxidos de tierras raras individuales y algunos de sus óxidos de tierras raras mixtos son materias primas importantes para los materiales superconductores de alta temperatura. Una vez que los materiales superconductores de alta temperatura se vuelvan prácticos, el mundo entero sufrirá cambios trascendentales. Actualmente, nuestro país ha logrado avances significativos en la investigación sobre la producción de materiales superconductores de tierras raras.