Неодимов метал: свойства, производство и приложение

Неодимът е химичен елемент със символ Nd и атомно число 60. Той е мек сребрист метал, който избледнява във въздуха. Открита е през 1885 г. от австрийския химик Карл Ауер фон Уелсбах. Веществото присъства в значителни количества в отлагания на монацитен пясък и минерали като бастенит.

история

Неръждаемият метал от неодим е открит от австрийския химик Барон Карл Ауер фон Уелбах във Виена през 1885 г. Учените посочват ново вещество (както и елемент на празеодимия) от материал, известен като didyme, чрез фракционна кристализация на амониев нитрат тетрахидрат от азотна киселина след отделяне чрез спектроскопски анализ. До 1925 г. обаче не е било възможно да се получи елемент в чиста форма.

До края на 1940 г. основният търговски начин на производство на метали има двойна кристализация на нитратите. Методът е неефективен и количеството на полученото вещество е малко. Lindsay Chemical Division е първият, който започва да произвежда неодим в голям мащаб чрез йонообменния метод. От 50-те години насам високо пречистеният (над 99%) елемент се получава главно в резултат на йонообменния процес от монацит, богат на редкоземни елементи, чрез електролиза на неговите халидни соли.

Понастоящем повечето метални неодими се извличат от бастенит. Разработването на технологии и разработването на подобрени методи за почистване позволиха широкото му използване в промишлеността.

описание

Химическият елемент не се среща естествено в метална форма, той се отделя от веществото дидиум, в което се смесва с други лантаниди (по-специално с празеодим). Въпреки че неодимът се класифицира като редкоземни метали, той е доста общ елемент, настъпващ най-малко кобалт, никел или мед, и е широко разпространен в земната кора. По-голямата част от въпроса се добива в Китай.

Неодимовите съединения се използват за първи път като стъклени бои през 1927 г. и те остават популярно допълнение към лещите за зрелищни стъкла. Цветът на неодимовите съединения, дължащи се на присъствието на Nd йони³⁺ често има червеникаво-виолетов оттенък, но варира в зависимост от вида осветление.

приложение

Лещите, легирани с неодим, се използват при лазери, излъчващи инфрачервено лъчение с дължина на вълната от 1047 до 1062 нанометра. Те се използват в системи с изключително висока мощност, например при експерименти с инерционен обем.

Неодимовият метал се използва и с други кристали (като например итриев алуминиев гранат) в лазерите от серията Nd: YAG. Тази инсталация обикновено излъчва инфрачервени лъчи с дължина на вълната от около 1064 nm. Това е един от най-често използваните твърдотелни лазери.

Друга важна употреба на метален неодим е като усилващ компонент в сплавите, използвани за производството на мощни постоянни магнити с висока якост. Те се използват широко в продукти като микрофони, професионални високоговорители, слушалки за поставяне в ушите, високопроизводителни DC мотори, компютърни твърди дискове - където е необходима малка магнитна маса или силни магнитни полета.

Големите неодимови магнити се използват при електрически мотори с висока мощност и тегло (например в хибридни автомобили) и генератори (например електрически генератори на самолети и вятърни електроцентрали). Също така елементът се използва за втвърдяване на определени сплави. Например титанът става един и половина пъти по-силен след добавяне само на 1,5% от това вещество.

Физични свойства

Металният неодим присъства в класическия неметал (сплав от елементи от редкоземни елементи), където концентрацията му обикновено е около 18%. В чиста си форма елементът има ярък сребристо-златист метален блясък, но бързо се окислява в обикновен въздух. Слоят от оксидни форми, който ексфолира, излага метала на по-нататъшно окисляване. По този начин, една сантиметър проба от веществото е напълно оксидирана в рамките на една година.

Неодимият обикновено съществува в две алотропни форми с преобразуване от двойна шестоъгълна кубична структура от центъра на центъра. Топенето започва при 1024 ° С и кипи при 3074 ° С. Плътността на материята в твърдата фаза е 7.01 g / cm³, в течно състояние - 6.89 g / cm³.

Атомни свойства:

• Оксидиращо състояние: +4, +3, +2 (основен оксид).
• Електронегонактивност: 1,14 (според скалата за гласуване).
• Топлопроводимост: 16,5 W / (mmdot-K).
• Йонизационната енергия е 1: 533.1 kJ / mol, 2: 1040 kJ / mol, 3: 2130 kJ / mol.
• Радиус на атома: 181 пиктометъра.

Химични свойства

Медилният неодим бавно избледнява във въздуха и леко изгаря при температура около 150 ° С, за да образува неодимов (III) оксид:

4Nd + 3O₂ → 2Nd₂О₃

Това е електропозитивен елемент. Той реагира бавно със студена вода, но скоро - с горещ, образуващ неодимов (III) хидроксид:

2д (и) + 6Н₂О (1) -> 2Nd (OH)₃ (aq) + ЗН₂(G)

Металът реагира енергично с всички халогени, разтваря се лесно в разредена сярна киселина, за да се получат разтвори, които съдържат виолетовия Nd (III) йон.

производство

Недимовият метал никога не се среща в природата като свободен елемент. Извлича се от такива руди, като бастенит и моназит, в които се свързва с други лантаниди и други елементи. Основните минни площи за тези минерали са в Китай, САЩ, Бразилия, Индия, Шри Ланка и Австралия. Малки депозити се изследват в Русия.

Резервите на неодим се оценяват на около 8 милиона тона. Неговата концентрация в земната кора е около 38 mg / kg, което е втората по големина сред редкоземните елементи след церий. Световното производство на метал е около 7000 тона. По-голямата част от продукцията принадлежи на Китай. Правителството на КНР неотдавна признава елемента като стратегически важен и наложи ограничения върху износа си, предизвиквайки известни опасения в потребителските страни и предизвиквайки рязко покачване на цените на неодимовия продукт на 500 долара. Днес средната цена на килограм чист метал варира в диапазона от $ 300-350, неодимовите оксиди са по-евтини: $ 70-130.

Има случаи, когато цената на метала падна до 40 щ.д. поради незаконната търговия, заобикаляйки ограниченията на китайското правителство. Несигурността при ценообразуването и наличността прави японските компании да развиват постоянни магнити и свързани електрически мотори с по-малко редкоземни елементи или без тях.