¿Cuál es la diferencia entre metales raros y metales de tierras raras? ¿Qué metales están incluidos?
Metales de tierras raras:
1. Los elementos de tierras raras son el término general para los 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, neodimio nd y prometio Pm, samario Sm, europio Eu, gadolinio Gd, terbio Tb, disprosio Dy, holmio Ho, erbio Er, itrio.
El término “tierras raras” es un nombre que se utiliza desde el siglo XVIII porque los minerales utilizados para extraer estos elementos eran muy escasos en aquella época, y los óxidos resultantes eran difíciles de fundir, disolver en agua, y separarse Su apariencia se parecía a "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, lantano La, cerio Ce, praseodimio Pr, Neodimio Nd, prometio Pm, samario Sm, europio Eu.
Los "elementos pesados de tierras raras" son el gadolinio Gd, el terbio Tb, el disprosio Dy, el holmio Ho, el erbio Er, el tulio Tm, el iterbio Yb y el lutecio Lu con números atómicos mayores.
Dos. Recursos y reservas de tierras raras
Debido a la actividad de las tierras raras, se convierte en un elemento litófilo, y su metal natural anhidro o sulfuro aún no se ha encontrado en la corteza terrestre. Las formas más comunes son óxidos complejos, silicatos hidratados o anhidros, fosfatos hidratados o anhidros, fosfosilicatos, fluorocarbonos y fluoruros. Debido a que los elementos de tierras raras tienen radios iónicos y estados de oxidación similares a todos los demás elementos, a menudo se encuentran junto con otros elementos en los minerales.
Los recursos de tierras raras de China representan el 80% de los recursos de tierras raras del mundo, alcanzando los 36 millones de toneladas en términos de óxidos (REO), y las reservas potenciales son en realidad 654,38 mil millones de toneladas.
Los recursos de tierras raras de China se dividen en 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 existen estados iónicos raros en la corteza erosionada del granito, que contienen principalmente samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, holmio, erbio, tulio e iterbio.
La industria de tierras raras de China también se divide en dos grandes sistemas de producción: el norte y el sur.
——En el norte, con Baotou Rare Earth Hi-Tech Company y Gansu Rare Earth Company como eje, se ha formado un sistema de producción de productos ligeros de tierras raras con los recursos de tierras raras de Baotou como pilar y Sichuan. recursos como complemento. Las empresas clave incluyen la fábrica Nuclear Industry 202, Baotou Lusilona Rare Earth Co., Ltd., la planta de tierras raras Baotou Hefa, la planta de fundición de tierras raras de Baotou, la planta de materiales de tierras raras de Harbin, la planta de materiales de tierras raras de Sichuan, la planta química Shifang Ji de Sichuan y Anning. Planta de fundición de tierras raras del río. Los principales productos son concentrados de tierras raras, aleaciones de ferrosilicio de tierras raras, compuestos mixtos de tierras raras, concentrados y metales mixtos. La capacidad de producción, procesamiento y procesamiento de concentrado de tierras raras alcanza las 50.000 toneladas (calculadas como óxido de alcance).
——Shanghai Yuelong Nonferrous Metals Co., Ltd. es líder en el sur y constituye el sistema de producción de tierras raras medias y pesadas en las provincias de Jiangxi y Guangdong basado en recursos iónicos de tierras raras. 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 Company, Los principales productos de Jiangxi Rare Earth Company y Jiangxi Nuclear Industry 713 Mine son varios compuestos y metales de tierras raras individuales de alta pureza, concentrados, metales mixtos y aleaciones. La escala de separación total 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.
IV. 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 extendido a todos los aspectos de la ciencia y la tecnología, especialmente el desarrollo y aplicación de Algunas aplicaciones modernas de nuevos materiales funcionales, los elementos de tierras raras se han convertido en materias primas indispensables.
1. Aplicación de elementos de tierras raras en industrias tradicionales
-Agricultura: actualmente existen agronomía de tierras raras, ciencia de suelos de tierras raras, fisiología de plantas de tierras raras, toxicología de la salud de tierras raras y Análisis de trazas de tierras raras. Como reguladores fisiológicos y del crecimiento de las plantas, las tierras raras tienen tres propiedades principales: aumentar el rendimiento, mejorar la calidad y resistir el estrés. Al mismo tiempo, las tierras raras son sustancias poco tóxicas, inofensivas para los humanos y los animales y no contaminan el medio ambiente; el uso racional de las 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 es de 50 a 70 millones de acres por año, lo que representa entre 600 y 800 millones de kilogramos de cereales, algodón, frijoles, aceite y azúcar. El beneficio económico directo es de 1.000 a 1.500 millones de yuanes y el consumo anual de tierras raras es de 1.100 a 120 yuanes.
-Industria metalúrgica: Las tierras raras se utilizan ampliamente en la industria metalúrgica, representando aproximadamente 1/3 del total de tierras raras. Los elementos de tierras raras reaccionan fácilmente con el oxígeno y el azufre a altas temperaturas para formar óxidos, sulfuros y compuestos de azufre y oxígeno, con altos puntos de fusión y baja plasticidad. Agregar tierras raras al acero fundido puede desulfurarlo y desoxidarlo, cambiar la forma de las inclusiones, mejorar la tenacidad y la fractura del acero a temperaturas normales y bajas, reducir la fragilidad térmica de algunos aceros y mejorar la procesabilidad del calentamiento y la firmeza de las piezas soldadas. .
Las tierras raras se utilizan como agente nodulizante y agente nucleante del grafito para inhibir elementos nocivos en el hierro fundido, mejorar la calidad de las piezas fundidas y mejorar en gran medida las propiedades mecánicas de las piezas fundidas. Se utiliza principalmente en cuatro aspectos: lingoteras, rodillos, tubos fundidos y piezas de formas especiales.
La aplicación en aleaciones no ferrosas tiene buenos efectos en diversas aleaciones basadas en metales no ferrosos y mejora las propiedades físicas y mecánicas de las aleaciones. El aluminio, el magnesio y el cobre son las series más utilizadas.
-Industria petroquímica: el catalizador de craqueo de tamiz molecular de tierras raras utilizado en la industria del craqueo del petróleo se caracteriza por una alta actividad, buena selectividad y alto rendimiento de gasolina. En este sentido, las tierras raras se utilizan en grandes cantidades.
-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 que se utilizan para colorear el vidrio incluyen el neodimio (rosa con un brillo púrpura) y el vidrio de praseodimio (que hace que los filtros) sean verdes. El dióxido de cerio puede oxidar el hierro ferroso de color amarillo verdoso del vidrio a trivalente y decolorarlo, evitando la toxicidad del óxido de arsénico en el pasado. También se puede agregar óxido de neodimio para la decoloración física. Vidrio de cerio (vidrio de protección radiológica), vidrio de lantano (vidrio óptico) y otros vidrios especiales de tierras raras.
-Industria cerámica: Se pueden añadir tierras raras a las cerámicas y esmaltes para reducir las grietas del esmalte y hacerlos brillantes. Las tierras raras se utilizan principalmente como pigmentos en cerámica. Dado que los elementos de tierras raras tienen electrones 4f vacíos, pueden absorber o emitir luz de diferentes longitudes de onda en las regiones ultravioleta e infrarroja visible, y el rango de emisión en cada región de luz es menor, lo que resulta en cerámicas con colores más suaves y puros, tonos novedosos, y buena suavidad. Como amarillo, morado, verde, rosa, naranja, marrón, negro, etc. Los óxidos de tierras raras se pueden utilizar para fabricar cerámicas transparentes resistentes a altas temperaturas (utilizadas en láser y otros campos) y crisoles resistentes a altas temperaturas (metalurgia).
——Industria de fuentes de luz eléctrica: como material luminiscente de las lámparas fluorescentes, las tierras raras son una fuente de luz que ahorra energía y se caracteriza por una buena eficiencia lumínica, un buen color de luz y una larga vida útil. En comparación con las lámparas incandescentes, puede ahorrar entre un 75 y un 80 % de electricidad.
2. Aplicación de elementos de tierras raras en industrias de alta tecnología
-Materiales emisores de luz para pantallas: el itrio y el europio, entre los elementos de tierras raras, son las principales materias primas para el fósforo rojo y Se utilizan ampliamente en televisores en color, computadoras 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 monitores de computadora es de 50 a 100 toneladas, para satisfacer la demanda interna de 35 millones de tubos de imagen en color y casi un millón de monitores.
Materiales magnéticos: neodimio, samario, praseodimio, disprosio, etc. Es la principal materia prima para la fabricación de materiales magnéticos superpermanentes modernos. Sus propiedades magnéticas son entre 4 y 10 veces superiores a las de los materiales magnéticos permanentes ordinarios y se utilizan ampliamente en campos de alta tecnología como televisores, electroacústica, equipos médicos, trenes maglev y la industria militar. Los expertos predicen que a finales de este siglo el valor de producción de este tipo de material alcanzará los 3.500 millones de dólares. 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 actualmente se está industrializando en cooperación con el Grupo Jianda.
——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 hidruro metálico de níquel. 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 no hay contaminación por cadmio. La Universidad de Nankai en nuestra ciudad tiene grandes ventajas en la investigación y desarrollo de materiales de almacenamiento de hidrógeno. A través del proyecto 863, Heping Bay Company inició la industrialización de baterías de hidruro metálico de níquel.
-Materiales láser: Los iones de tierras raras son los activadores más importantes para materiales láser sólidos y materiales láser líquidos inorgánicos, entre los cuales los materiales láser dopados con Nd3+ son los más estudiados. Además de sustratos como el vidrio de granate de itrio y aluminio (YAG) y de aluminato de itrio (YAP), los materiales láser con altas concentraciones de tierras raras pueden denominarse materiales de aplicación especiales.
-Cerámica de precisión: La púa estabilizada con óxido de itrio es una cerámica estructural con excelente rendimiento y puede usarse para fabricar cuchillos y tijeras para diversos fines especiales; puede usarse para fabricar motores de automóviles porque tiene una alta temperatura térmica; conductividad, bajo coeficiente de expansión, buena estabilidad térmica, gran potencia del motor, ahorro de combustible y otras ventajas, y no reduce la intensidad del trabajo a 65438±0650℃.
-Catalizadores: Además de para fabricar catalizadores de craqueo de petróleo, las tierras raras se utilizan mucho en muchas reacciones químicas. Por ejemplo, los óxidos de tierras raras LaO3, Nd2O3 y Sm2O3 se utilizan para la deshidrogenación del ciclohexano para producir benceno, y el LnCoO3 reemplaza al platino para catalizar la oxidación del amoníaco para producir ácido nítrico. También se utiliza como catalizador para la síntesis de caucho de isopreno y caucho de cis-polibutadieno.
Para resolver el actual problema de contaminación del aire urbano, el CH y el CO de los gases de escape de los automóviles deben oxidarse para reducir los NOX. Los elementos de tierras raras son la principal materia prima para los catalizadores de purificación de gases de escape de automóviles. Nuestro Instituto de Investigación Química 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 óxidos de tierras raras mixtos son materias primas importantes para los materiales superconductores de alta temperatura. Una vez que los materiales HTS se pongan en práctica, el mundo entero sufrirá cambios trascendentales. En la actualidad, nuestro país ha logrado importantes avances en la investigación de materiales superconductores de tierras raras.