Töfrajarðarefni: „Konungur varanlegrar segulmagnaðrar“ - Neodymium

bastnasít

Neodymium, með sætistölu 60 og sætisþyngd 144,24, inniheldur 0,00239% í jarðskorpunni, aðallega í mónasíti og bastnesíti. Í náttúrunni eru sjö samsætur neodymiums: neodymium 142, 143, 144, 145, 146, 148 og 150, og meðal þeirra er neodymium 142 með hæsta innihaldið. Með tilkomu praseodymiums varð neodymium til. Tilkoma neodymiums virkjaði sviði sjaldgæfra jarðmálma og gegndi mikilvægu hlutverki þar og hefur áhrif á markaðinn fyrir sjaldgæfa jarðmálma.

Uppgötvun neodymiums

Karl Orvon Welsbach (1858-1929), uppgötvunarmaður neodymiums

Árið 1885 uppgötvaði austurríski efnafræðingurinn Carl Orvon Welsbach neodymium í Vín. Hann aðgreindi neodymium og praseodymium úr samhverfum neodymium efnum með því að aðskilja og kristalla ammoníumnítrattetrahýdrat frá saltpéturssýru og aðskilja það um leið með litrófsgreiningu, en það var ekki aðskilið í tiltölulega hreinu formi fyrr en árið 1925.

Frá sjötta áratugnum hefur mjög hreint neodymium (yfir 99%) aðallega verið unnið með jónaskiptaferli mónazíts. Málmurinn sjálfur er fenginn með rafgreiningu á halíðsaltinu. Sem stendur er megnið af neodymium unnið úr (Ce,La,Nd,Pr)CO3F í basta nataníti og hreinsað með leysiefnaútdrætti. Jónaskiptahreinsun notar þann hæsta hreinleika (venjulega > 99,99%) til framleiðslu. Þar sem erfitt er að fjarlægja síðustu leifar af praseódymium á þeim tíma þegar framleiðsla byggist á stigskiptu kristöllunartækni, hefur snemmbúna neodymiumglerið sem framleitt var á fjórða áratugnum hreinni fjólubláan lit og rauðari eða appelsínugular litbrigði en nútímaútgáfan.

Neodymium málmur

Neodymium málmkenndur hefur bjartan silfurgljáa, bræðslumark 1024°C, eðlisþyngd 7,004 g/cm3 og paramagnetísk áhrif. Neodymium er einn virkasti sjaldgæfi jarðmálmurinn, sem oxast hratt og dökknar í loftinu, myndar síðan oxíðlag og flagnar síðan af, sem veldur frekari oxun á málminum. Þess vegna oxast neodymium sýni, sem er einn sentimetri að stærð, alveg innan eins árs. Það hvarfast hægt í köldu vatni og hratt í heitu vatni.

Rafræn stilling neodymiums

Rafræn stilling:

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

Leysigeislavirkni neodymiums stafar af umskiptum 4f svigrúmsrafeinda milli mismunandi orkustiga. Þetta leysigeislaefni er mikið notað í samskiptum, upplýsingageymslu, læknismeðferð, vinnslu o.s.frv. Meðal þeirra er yttríum ál granat Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd) mikið notað með framúrskarandi afköstum og Nd-dópað gadólíníum skandíum gallíum granat með meiri skilvirkni.

Notkun neodymiums

Stærsti notandi neodymiums er NdFeB varanleg segulefni. NdFeB segullinn er kallaður „konungur varanlegra segla“ vegna mikillar segulorku sinnar. Hann er mikið notaður í rafeindatækni, vélum og öðrum atvinnugreinum fyrir framúrskarandi frammistöðu sína. Francis Wall, prófessor í hagnýtri námuvinnslu við Cumberland School of Mining, University of Exeter, Bretlandi, sagði: „Hvað varðar segla, þá er í raun ekkert sem getur keppt við neodymium. Vel heppnuð þróun Alpha Magnetic Spectrometer bendir til þess að segulmagnaðir eiginleikar NdFeB segla í Kína hafi náð heimsklassa.“

Neodymium segull á harða diski

Neodymium er hægt að nota til að búa til keramik, skærfjólublátt gler, gervirúbin í leysigeislum og sérstakt gler sem getur síað innrauða geisla. Notað ásamt praseodymium til að búa til hlífðargleraugu fyrir glerblásara.

Að bæta 1,5% ~ 2,5% nanó neodymium oxíði við magnesíum eða ál málmblöndu getur bætt háhitaþol, loftþéttleika og tæringarþol málmblöndunnar og hún er mikið notuð sem geimferðaefni fyrir flug.

Nanó-yttríum ál granat blandað með nanó-neódýmíum oxíði framleiðir stuttbylgju leysigeisla, sem er mikið notaður til að suða og skera þunn efni með þykkt undir 10 mm í iðnaði.

Nd:YAG leysirstöng

Í læknismeðferð er nanó-yttríum ál granat leysir, dopað með nanó-neódýmíumoxíði, notaður til að fjarlægja skurðsár eða sótthreinsa sár í stað skurðhnífa.

Neodymium gler er búið til með því að bæta neodymium oxíði út í bráðið gler. Lavender birtist venjulega í neodymium gleri undir sólarljósi eða glóperu, en ljósblátt birtist undir lýsingu flúrperu. Neodymium er hægt að nota til að lita viðkvæma glerliti eins og hreinan fjólubláan, vínrauðan og hlýjan gráan.

neodymium gler

Með þróun vísinda og tækni og útbreiðslu og útvíkkun vísinda og tækni sjaldgæfra jarðefna mun neodymium hafa víðtækara nýtingarrými.