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稀土元素鐠及其應用

發布時間:2023-03-27人氣:65

鐠在化學元素周期表中位居鑭系元素的第三位,在地殼中的豐度為9.5ppm,僅低于鈰、釔、鑭、鈧,是稀土中第五大富存元素.但正如他的名字一樣,鐠是個樸素無華,個性似乎不太突出的稀土家族成員。

   鐠作為用量較大的稀土元素,很大一部分是以混合稀土的形式被利用,比如用作金屬材料的凈化變質劑、化工催化劑、農用稀土等等。鐠釹是稀土中性質最為相似又最難分離的一對元素,用化學法很難將其分離,工業生產通常采用萃取法和離子交換法。如果把他們成雙入對地以鐠釹富集物形式使用,可以充分發揮其共性作用,價格也比單一元素產品便宜。鐠釹合金(鐠釹金屬)已成為獨立產品,既可用于永磁材料,也可作為有色金屬合金改性添加劑。以鐠釹富集物的形式加入Y型沸石分子篩中制備石油裂化催化劑,可提高催化劑的活性、選擇性和穩定性。作為塑料改性添加劑,在聚四氟乙烯(PTFE)中加入鐠釹富集物,可明顯提高PTFE的耐磨性能。

  稀土永磁材料是當今最熱門的稀土應用領域。鐠單獨用作永磁材料性能并不突出,但他卻是一個能改善磁性能的優秀協同元素。無論是第一代稀土永磁材料釤鈷永磁合金(SmCo5),還是第三代稀土永磁材料釹鐵硼(Nd2Fe17B),加入適量的鐠都能有效地提高和改善永磁材料性能。如在SmCo5中加入部分Pr取代Sm可以提高永磁材料的磁能積,兩者的比例一般為80%Sm—20%Pr,若鐠加入過多反而會降低材料的矯頑力和穩定性。在第三代稀土永磁材料釹鐵硼中,添加鐠可以提高材料的矯頑力,德國、日本等國在生產高矯頑力釹鐵硼磁體時,均加入部分鐠。鐠的加入量為5%~8%,最高達10%,可取代1/3的釹。磁性材料對鐠質量要求較高,至少應達到釹的同等質量。加入鐠還能提高磁體抗氧化性能(耐空氣腐蝕)和機械性能,已被廣泛應用于各類電子器件和馬達上。另外,在釤鐵氮新型稀土粘結永磁材料(Sm)2Fe17N9中加Pr也能改善性能,這將進一步擴大鐠的應用。因此,隨著鐠在永磁材料的應用發展,鐠的用量和價格不斷攀升,已成為稀土產品中的“新寵”。

  鐠還可用于研磨和拋光材料。眾所周知,純鈰基拋光粉通常為淡黃色,是光學玻璃的優質拋光材料,已取代拋光效率低又污染生產環境的氧化鐵紅粉。但人們發現,氧化釹對拋光作用不大,但鐠卻有良好的拋光性能。含鐠的稀土拋光粉會呈紅褐色,也被稱作“紅粉”,但這種紅不是氧化鐵紅,而是由于含有氧化鐠使稀土拋光粉顏色變深。鐠還被用新型磨削材料,制成含鐠剛玉砂輪。與白剛玉相比,在磨削碳素結構鋼、不銹鋼、高溫合金時,效率和耐用性可提高30%以上。為了降低成本,過去多用鐠釹富集物為原料,故稱鐠釹剛玉砂輪。

  鐠在光纖領域的用途也越來越廣,已開發出在1300~1360nm譜區起放大作用的摻鐠光纖放大器(PDFA),技術日趨成熟。PDFA以其優異的性能價格比,對我國當前大量鋪設的1550nm的CATV系統光纖有線電視的興建改造與系統升級有著重大的實際意義。PDFA將從根本上改變現有的1550nmCATV的網絡格局,使1310nmCATV系統在HFC系統改造中成為替代1550nm系統的理想選擇。

鐠鹽(草酸或碳酸鹽)經高溫灼燒,可形成棕黑色的氧化物Pr6O11,其構成就如同4個PrO2和1個Pr2O3的組合,表明鐠有很強的呈正4價傾向。將氧化鐠加入硅酸鋯中會呈亮黃色,可用作陶瓷顏料——鐠黃。鐠黃(Zr02—Pr6Oll—Si02)被認為是最好的黃色陶瓷色料,在高達1000℃仍保持穩定,可用于一次性或重燒工藝。

  鐠還被用作玻璃著色劑,色彩豐富,也有很大的潛在市場??芍频镁哂絮r亮韭綠和蔥綠色彩的“鐠綠”玻璃制品,既可制作綠色濾光片,又可用于工藝美術玻璃。在世界聞名的意大利威尼斯和捷克的水晶玻璃中都會看到鐠的亮綠色彩。在玻璃中加入氧化鐠和氧化鈰,可用作電焊用的護目鏡玻璃。硫化鐠還有望成為實用的綠色塑料著色劑。


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