Maaginen harvinainen maametalli: ”Kestomagneettien kuningas” - neodyymi

bastnasiitti

Neodyymi, jonka järjestysluku on 60 ja atomipaino 144,24, esiintyy pääasiassa monatsiitissa ja bastnesiitissa. Luonnossa esiintyy seitsemän neodyymin isotooppia: neodyymi 142, 143, 144, 145, 146, 148 ja 150, joista neodyymi 142:lla on korkein pitoisuus. Praseodyymin syntymisen myötä syntyi neodyymi. Neodyymin saapuminen aktivoi harvinaisten maametallien alan ja sillä oli siinä tärkeä rooli. Se vaikutti myös harvinaisten maametallien markkinoihin.

Neodyymin löytäminen

Karl Orvon Welsbach (1858-1929), neodyymin löytäjä

Vuonna 1885 itävaltalainen kemisti Carl Orvon Welsbach löysi neodyymin Wienissä. Hän erotti neodyymin ja praseodyymin symmetrisistä neodyymimateriaaleista erottamalla ja kiteyttämällä ammoniumnitraattitetrahydraatin typpihaposta ja samalla erottamalla ne spektrianalyysillä, mutta se erotettiin suhteellisen puhtaassa muodossa vasta vuonna 1925.

1950-luvulta lähtien erittäin puhdasta neodyymiä (yli 99 %) on saatu pääasiassa monatsiitin ioninvaihtoprosessilla. Itse metalli saadaan elektrolysoimalla sen halogenidisuolaa. Nykyään suurin osa neodyymistä uutetaan basta-nataniitissa olevasta (Ce,La,Nd,Pr)CO3F:stä ja puhdistetaan liuotinuutolla. Ioninvaihtopuhdistus säilyttää korkeimman puhtauden (yleensä > 99,99 %) valmistusta varten. Koska praseodyymin viimeistenkin jälkien poistaminen on vaikeaa aikakaudella, jolloin valmistus perustui porrastettuun kiteytystekniikkaan, 1930-luvulla valmistetulla varhaisella neodyymilasilla on puhtaampi violetti väri ja punaisempi tai oranssimpi sävy kuin nykyisellä versiolla.

Neodyymimetalli

Metallisen neodyymin kiilto on kirkas hopeanhohtoinen, sulamispiste on 1024 °C, tiheys 7,004 g/cm³ ja se on paramagnetistinen. Neodyymi on yksi aktiivisimmista harvinaisista maametalleista, joka hapettuu ja tummuu nopeasti ilmassa, muodostaa sitten oksidikerroksen ja irtoaa, jolloin metalli hapettuu edelleen. Siksi yhden senttimetrin kokoinen neodyyminäyte hapettuu kokonaan vuoden kuluessa. Se reagoi hitaasti kylmässä vedessä ja nopeasti kuumassa vedessä.

Neodyymin elektroninen kokoonpano

Elektroninen kokoonpano:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f4

Neodyymin laserin suorituskyky johtuu 4f-orbitaalielektronien siirtymisestä eri energiatasojen välillä. Tätä lasermateriaalia käytetään laajalti viestinnässä, tiedon tallennuksessa, lääketieteellisessä hoidossa, koneistuksessa jne. Näistä yttriumalumiinigranaatti Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd) on laajalti käytetty erinomaisella suorituskyvyllä, ja Nd-dopattu gadoliniumskandiumgalliumgranaatti on tehokkaampi.

Neodyymin käyttö

Neodyymin suurin käyttäjä on NdFeB-kestomagneettimateriaali. NdFeB-magneettia kutsutaan "kestomagneettien kuninkaaksi" sen korkean magneettisen energiatulon vuoksi. Sitä käytetään laajalti elektroniikassa, koneissa ja muilla teollisuudenaloilla sen erinomaisen suorituskyvyn ansiosta. Francis Wall, sovelletun kaivostoiminnan professori Cumberland School of Miningissa, Exeterin yliopistossa, Isossa-Britanniassa, sanoi: "Magneettien suhteen ei oikeastaan ​​ole mitään, mikä voisi kilpailla neodyymin kanssa. Alfa-magneettispektrometrin onnistunut kehitys osoittaa, että NdFeB-magneettien magneettiset ominaisuudet Kiinassa ovat saavuttaneet maailmanluokan tason."

Neodyymimagneetti kiintolevyllä

Neodyymiä voidaan käyttää keramiikan, kirkkaan violetin lasin, laserkeinotekoisen rubiinin ja infrapunasäteitä suodattavan erikoislasin valmistukseen. Sitä käytetään yhdessä praseodyymin kanssa lasinpuhalttajien suojalasien valmistukseen.

1,5–2,5 % nanoneodyymioksidin lisääminen magnesium- tai alumiiniseokseen voi parantaa seoksen korkeiden lämpötilojen suorituskykyä, ilmatiiviyttä ja korroosionkestävyyttä, ja sitä käytetään laajalti ilmailu- ja avaruusmateriaalina ilmailussa.

Nano-yttrium-alumiinigranaatti, johon on seostettu nano-neodyymioksidia, tuottaa lyhytaaltoisen lasersäteen, jota käytetään laajalti alle 10 mm paksujen ohuiden materiaalien hitsaukseen ja leikkaamiseen teollisuudessa.

Nd:YAG-lasersauva

Lääketieteellisessä hoidossa nanoyttrium-alumiinigranaattilaseria, johon on seostettu nano-neodyymioksidia, käytetään kirurgisten haavojen poistamiseen tai desinfiointiin kirurgisten veitsien sijaan.

Neodyymilasi valmistetaan lisäämällä neodyymioksidia lasisulaan. Laventeli näkyy yleensä neodyymilasissa auringonvalossa tai hehkulampussa, mutta vaaleansininen loisteputkivalaistuksessa. Neodyymiä voidaan käyttää värjäämään lasin herkkiä sävyjä, kuten puhtaan violetin, viininpunaisen ja lämpimän harmaan.

neodyymilasi

Tieteen ja teknologian kehityksen sekä harvinaisten maametallien tieteen ja teknologian laajentumisen ja leviämisen myötä neodyymillä on laajempi käyttöalue.