Vo svete, ktorý je čoraz viac závislý od technológií, prvky známe ako vzácne zeminy Objavili sa ako kľúčové nerasty, nové „zlato“ 21. storočia a boli zdrojom konfliktov medzi krajinami a budú aj naďalej. Tieto prvky sú napriek svojmu názvu životne dôležité a tu sa dozviete, prečo sú také dôležité a aké sú tieto prvky REE (prvky vzácnych zemín).
Aké sú vzácne krajiny?
L vzácne zeminy, v angličtine REE (Rare-Earth Elements), Ide o súbor minerálov, medzi ktorými je 15 prvkov hojne zastúpených v periodickej tabuľke, známej ako séria lantanoidov. Tieto prvky sú základom pre technológie, ktoré sa snažia znížiť emisie, spotrebu energie a zlepšiť účinnosť, výkon, rýchlosť, odolnosť a tepelnú stabilitu. Sú tiež kľúčovým komponentom v technológiách, ktoré sa snažia robiť produkty ľahšie a menšie. Preto základ súčasnej technológie, teda jej dôležitosť.
Toto ich robí nepostrádateľný a nenahraditeľný v mnohých elektrických, optických, magnetických a katalytických aplikáciácha keďže nie sú hojné, viedlo to ku konfliktom, vojnám a napätiu medzi krajinami, ako uvidíme neskôr. No, aj keď sú prvky vzácnych zemín v zemskej kôre pomerne hojné, vďaka svojim geochemickým vlastnostiam sú zvyčajne značne rozptýlené. To znamená, že sa často nenachádzajú v koncentráciách, ktoré ich robia životaschopnými pre ťažbu. Práve tento nedostatok viedol k tomu, že sa im hovorilo vzácne zeminy.
Medzi 17 prvkov z REE sú:
- Scandium (SC)
- Ytrium (Y)
- Lantán (The)
- cér (Ce)
- Prazeodym (Pr)
- neodým (Nd)
- Promethium (Pm)
- Samárium (Sm)
- európium (Eú)
- gadolínium (Gd)
- Terbium (Tb)
- dysprosium (Dy)
- Holmium (Ho)
- Erbium (Er)
- túlium
- Ytterbium (Yb)
- lutécium (Lu)
Vlastnosti vzácnych zemín
Týkajúce sa vlastnosti Zo vzácnych zemín, alebo skôr ich prvkov, stojí za to zdôrazniť:
- magnetické vlastnosti: Neodym, dysprosium a samárium sú cenené pre svoje magnetické vlastnosti. Môžu uchovávať veľké množstvo magnetickej energie, vďaka čomu sú užitočné vo veterných turbínach, elektromotoroch, navádzacích systémoch, reproduktoroch a pevných diskoch atď.
- Luminiscenčné vlastnosti: európium, ytrium, erbium a neodým majú luminiscenčné vlastnosti, čo znamená, že pri stimulácii elektromagnetickým žiarením vyžarujú svetlo. Používajú sa v efektívnych svetelných zdrojoch, displejoch, zosilňovaní signálu v optických linkách a laseroch.
- elektrické vlastnosti: Cér, lantán, neodým a prazeodým sa používajú v nikel-metal hydridových (NiMH) batériách kvôli ich elektrickým vlastnostiam. Poskytujú batérii vyššiu hustotu energie a lepšiu retenčnú kapacitu po mnohých cykloch vybitia a dobitia.
- Katalytické vlastnosti: Cer a lantán sa vďaka svojej elektronickej štruktúre používajú ako katalyzátory chemických reakcií. Sú hojnejšie a lacnejšie ako iné vzácne zeminy, čo z nich robí primárnu voľbu pre katalytické aplikácie.
História
Vzácne zeminy sú prítomné už od vzniku Zeme, Objavil ich až v 18. storočí poručík švédskej armády Carl Axel Arrhenius.. A izolácia prvkov týchto krajín je ešte novšia, niektoré by prišli až v 20. storočí.
Počas 160 rokov objavovania (1787-1947) Separácia a čistenie prvkov vzácnych zemín bol náročný a zdĺhavý proces. Mnohí vedci zasvätili celý svoj život získavaniu týchto čistých prvkov. Napokon, keďže sa zistilo, že prvky vzácnych zemín sú štiepnymi produktmi atómu uránu, Komisia pre atómovú energiu USA vynaložila veľké úsilie na vývoj nových separačných metód. V roku 1947 boli publikované výsledky ukazujúce, že procesy iónovej výmeny ponúkajú lepší spôsob separácie prvkov vzácnych zemín na výrobu použitých prvkov.
Prvky vzácnych zemín, okrem skandia, sú ťažšie ako železo a vyrábajú sa o nukleosyntézou supernov alebo s-procesom vo hviezdach obrovskej asymptotickej vetvy. V prírode spontánne štiepenie uránu-238 produkuje malé množstvo rádioaktívneho prométia, ale väčšina prométia sa vyrába synteticky v jadrových reaktoroch.
Svetové zásoby vzácnych zemín
L najvýznamnejšie zásoby vzácnych zemín Vo svete sa nachádzajú v nasledujúcich krajinách:
- Čína: Má najväčšie zásoby na svete s približne 44 miliónmi ton. Okrem toho je najväčším producentom vzácnych zemín.
- Vietnam: Je domovom obrovských zásob vzácnych zemín, najmä pozdĺž severozápadnej hranice s Čínou a pozdĺž východného pobrežia, v množstve 22 miliónov ton.
- Brazília a Rusko: Obe krajiny majú rezervy 21 MT.
- india: má zásoby 6,9 milióna ton.
- Austrália: má zásoby 4,2 milióna ton.
- Spojené štáty: Jeho zásoby dosahujú 2,3 milióna ton.
- Grónsko: Počíta sa okolo 1,5 MT.
Je dôležité spomenúť, že hoci niektoré krajiny majú veľké rezervy, ich produkcia môže byť z rôznych dôvodov nízka...
A Európa?
V Európe sú zásoby vzácnych zemín vzácnea nachádzajú sa najmä na nasledujúcich miestach:
- Švédsko: Predpokladá sa, že má najväčšiu rezervu vzácnych zemín v Európe. Švédska štátna ťažobná spoločnosť LKAB identifikovala ložisko neďaleko mesta Kiruna na severe krajiny, ktoré obsahuje viac ako milión ton vzácnych zemín.
- Fínsko a Portugalsko: V týchto krajinách boli tiež identifikované miesta ťažby.
Čo sa týka Španielska, je známe, že existujú rezervy vzácnych zemín, hoci neboli dôkladne preskúmané. Vynikajú napríklad Campo de Montiel (Ciudad Real), Monte Galiñeiro (Pontevedra) a v poslednom čase sa veľa hovorí o morskom dne v porovnaní s vecami na Kanárskych ostrovoch. Niektoré z týchto miest ešte neboli využité a existujúce zásoby nie sú známe. V prípade galícijskej rezervácie bola jej ťažba zamietnutá z ekologických dôvodov a v prípade Kanárskych ostrovov Maroko udržiava napätie, aby prevzal tieto vykorisťovania...
Spracovanie a separácia
Vzácne zeminy sa získavajú najmä prostredníctvom priemyselná povrchová ťažba., v niektorých prípadoch vzniká produkcia vzácnych zemín ako vedľajší produkt ťažby železa. Minerály obsahujúce vzácne zeminy sa vyskytujú ako oxidy, preto sa musia spracovať, aby sa získali prvky:
- Ťažba vzácnych zemín prebieha v otvorených baniach, pomocou detonácií a ťažkej techniky.
- Po extrakcii sa minerál drví alebo melie na správne spracovanie.
- Na oddelenie rudy na oxidy možno použiť metódy lúhovania, zrážania a kryštalizácie.
- Pomocou fyzikálno-chemických metód sa uskutočňuje rafinácia oxidov vzácnych zemín v kovoch s rôznou úrovňou čistoty.
- Legovanie kovov vzácnych zemín chemickými procesmi.
- Transformácia zliatin vzácnych zemín na komponenty používané v komerčných aplikáciách.
Druhy vzácnych zemín
V prvom rade treba povedať, že existujú ľahké vzácne zeminy a ťažké vzácne zeminy. Svetlé, alebo LREE, sú hojnejšie a sú zložené z lantánu, céru, prazeodýmu, neodýmu, prométia, samária, európia a skandia. V prípade ťažkých alebo HREE nie sú zvyčajne také hojné a majú koncentrácie gadolínia, terbia, dysprózia, holmia, erbia, túlia, ytterbia, lutécia a ytria.
aplikácie
Nakoniec je dôležité vedieť aké sú potenciálne aplikácie vzácnych zemín, aby ste pochopili ich súčasný význam:
- Katalyzátory a magnety: Globálne sa väčšina prvkov vzácnych zemín používa na vysokovýkonné katalyzátory a magnety (neodym), ako aj na vytváranie špeciálnych keramických materiálov, skiel a na leštenie. Napríklad cér a lantán sú dôležité katalyzátory a používajú sa pri rafinácii ropy a ako prísady do nafty. Na druhej strane, keď hovoríme o magnetoch, nemáme na mysli len konvenčné magnety, ale tie sa používajú na aplikácie, ako sú elektromotory v hybridných a elektrických vozidlách, generátory v niektorých veterných turbínach, pevné disky, prenosná elektronika, mikrofóny a iné. reproduktory.
- Výroba zliatin a výroba palivových článkov a nikel-metal hydridových batérií: Cér, lantán a neodým sú dôležité pri výrobe zliatin a pri výrobe palivových článkov a nikel-metal hydridových batérií.
- elektronika: Cér, gálium a neodým sú dôležité v elektronike a používajú sa pri výrobe LCD a plazmových displejov, vláknovej optiky a laserov a v medicínskom zobrazovaní.
- Lekárske aplikácie, hnojivá a úprava vody: Používajú sa ako značkovacie látky v medicínskych aplikáciách, hnojivách a pri úprave vody.
- poľnohospodárstva: boli používané v poľnohospodárstve na zvýšenie rastu rastlín, produktivity a odolnosti voči stresu zjavne bez negatívnych účinkov na ľudskú a živočíšnu spotrebu. Prvky vzácnych zemín sú navyše prísadami do krmiva pre hospodárske zvieratá, čo má za následok zvýšenú produkciu, ako sú väčšie zvieratá a zvýšená produkcia vajec a mliečnych výrobkov.
- viac: Využitie je veľmi rozsiahle, napríklad sa dajú použiť aj na datovanie fosílií, keďže koncentrácie vzácnych zemín v horninách sa geochemickými procesmi menia len pomaly, a preto sú užitočné na datovanie. Ďalšie príklady sú:
- Scandium sa používa na výrobu svetiel s vysokou intenzitou a ako sledovacie činidlo pre ropné rafinérie.
- Ytrium sa môže pridať do množstva kovových zliatin na zlepšenie ich vlastností.
- Lantán sa používa ako katalyzátor krakovania ropy a ako prísada na výrobu tvárnej liatiny.
- Cer môže byť použitý v rôznych priemyselných odvetviach, od katalyzátorov na zníženie znečistenia až po výfukové plyny vozidiel, čistiace prostriedky a pigmenty.
- Prazeodým je možné legovať s inými kovmi a vytvárať tak magnety pre elektronické zariadenia, ale aj ako katalyzátor.
- Neodym je široko používaný na výrobu veľmi silných magnetov s aplikáciami ako v priemysle elektrických motorov, hoci sa používa aj pre kamery, optiku s lasermi atď.
- Promethium využívajú hrúbkomery ako beta zdroj, tiež ako pulzná batéria, možno ho prerobiť na prenosný röntgenový zdroj atď.
- Samarium sa tiež používa na výrobu vysokovýkonných permanentných magnetov, pre špeciálne šošovky a materiálov absorbujúcich neutróny pre jadrové reaktory.
- Europium je najreaktívnejší z kovov vzácnych zemín a v praktických aplikáciách nie je bežné.
- Gadolínium sa používa v medicíne, na zobrazovanie magnetickou rezonanciou, ako aj v mikrovlnkách, farebných televízoroch, zosilňovačoch a profesionálnych audio systémoch.
- Terbium sa používa na falšovanie určitých komponentov, na výrobu elektronických zariadení atď.
- Dysprosium sa používa v magnetových zliatinách na báze neodýmu, aby boli odolnejšie voči demagnetizácii pri vysokých teplotách. Používa sa aj v halogenidových výbojkách.
- Holmium pre elektronické zariadenia, plazmové obrazovky, ortuťové výbojky atď.
- Herbium používané na zliatiny, elektronické zosilňovače, lasery atď.
- Thulium sa používa pre röntgenové jednotky, lasery s vysokým dosahom, keramicko-magnetické materiály atď.
- Ytterbium, bežné v metalurgickom priemysle pre zliatiny so železom a oceľou, katalyzátory, lasery a vláknovú optiku. Aj v nukleárnej medicíne na liečbu niektorých chorôb a rádioterapiu.
- Lutécium, používané ako katalyzátor pri krakovaní uhľovodíkov v petrochemickom priemysle, pri liečbe rakoviny atď.
Ako vidíte, zásadné najmä pre elektronický priemysel na výrobu keramických kondenzátorov že ich nájdete v mnohých PCB...