Nguyên tố đất hiếm kỳ diệu: “Vua nam châm vĩnh cửu”-Neodymium

bastnasit

Neodymium, số nguyên tử 60, trọng lượng nguyên tử 144,24, với hàm lượng 0,00239% trong lớp vỏ, chủ yếu tồn tại ở monazit và bastnaesit. Trong tự nhiên, neodymium có bảy đồng vị: neodymium 142, 143, 144, 145, 146, 148 và 150, trong đó neodymium 142 có hàm lượng cao nhất. Với sự ra đời của praseodymium, neodymium ra đời. Sự xuất hiện của neodymium đã kích hoạt trường đất hiếm và đóng một vai trò quan trọng trong đó. Và ảnh hưởng đến thị trường đất hiếm.

Khám phá Neodymium

Karl Orvon Welsbach (1858-1929), người phát hiện ra neodymium

Năm 1885, nhà hóa học người Áo Carl Orvon Welsbach Carl Auer von Welsbach đã phát hiện ra neodymium ở Vienna. Ông đã tách neodymium và praseodymium khỏi vật liệu neodymium đối xứng bằng cách tách và kết tinh amoni nitrat tetrahydrat khỏi axit nitric, đồng thời tách ra bằng phân tích quang phổ, nhưng nó không được tách ra ở dạng tương đối tinh khiết cho đến năm 1925.

Từ những năm 1950, neodymium có độ tinh khiết cao (trên 99%) chủ yếu thu được bằng quá trình trao đổi ion monazite. Bản thân kim loại thu được bằng cách điện phân muối halogenua của nó. Hiện nay, hầu hết neodymium được chiết xuất từ ​​(Ce,La,Nd,Pr)CO3F trong basta Nathanite và được tinh chế bằng phương pháp chiết bằng dung môi. Tinh chế trao đổi ion dự trữ độ tinh khiết cao nhất (thường > 99,99%) để pha chế. Vì rất khó để loại bỏ dấu vết cuối cùng của praseodymium trong thời đại mà việc sản xuất phụ thuộc vào công nghệ kết tinh từng bước nên thủy tinh neodymium đời đầu được sản xuất vào những năm 1930 có màu tím tinh khiết hơn và tông màu đỏ hoặc cam đậm hơn phiên bản hiện đại.

Kim loại neodymium

Neodymium kim loại có ánh kim loại màu bạc sáng, nhiệt độ nóng chảy 1024°C, mật độ 7,004 g/cm3 và tính thuận từ. Neodymium là một trong những kim loại đất hiếm hoạt động mạnh nhất, nhanh chóng bị oxy hóa và sẫm màu trong không khí, sau đó tạo thành một lớp oxit rồi bong ra, khiến kim loại tiếp tục bị oxy hóa. Do đó, mẫu neodymium có kích thước 1 cm sẽ bị oxy hóa hoàn toàn trong vòng một năm. Nó phản ứng chậm trong nước lạnh và nhanh trong nước nóng.

Cấu hình điện tử Neodymium

Cấu hình điện tử:

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

Hiệu suất laser của neodymium là do sự chuyển đổi của các electron quỹ đạo 4f giữa các mức năng lượng khác nhau. Vật liệu laser này được sử dụng rộng rãi trong truyền thông, lưu trữ thông tin, điều trị y tế, gia công, v.v. Trong số đó, ngọc hồng lựu yttrium nhôm Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd) được sử dụng rộng rãi với hiệu suất tuyệt vời, và ngọc hồng lựu gadolinium scandium gallium pha tạp Nd có hiệu suất cao hơn hiệu quả.

Ứng dụng của Neodymium

Ứng dụng lớn nhất của neodymium là vật liệu nam châm vĩnh cửu NdFeB. Nam châm NdFeB được mệnh danh là “vua nam châm vĩnh cửu” vì sản phẩm có năng lượng từ tính cao. Nó được sử dụng rộng rãi trong điện tử, máy móc và các ngành công nghiệp khác vì hiệu suất tuyệt vời của nó. Francis Wall, giáo sư khai thác ứng dụng tại Trường Khai thác mỏ Cumberland, Đại học Exeter, Anh, cho biết: “Về mặt nam châm, thực sự không có gì có thể cạnh tranh được với neodymium. Sự phát triển thành công của Máy quang phổ từ tính Alpha cho thấy tính chất từ ​​tính nam châm NdFeB ở Trung Quốc đã bước vào đẳng cấp thế giới.

Nam châm neodymium trên đĩa cứng

Neodymium có thể được sử dụng để chế tạo gốm sứ, thủy tinh màu tím sáng, hồng ngọc nhân tạo trong tia laser và thủy tinh đặc biệt có thể lọc tia hồng ngoại. Dùng cùng với praseodymium để làm kính cho máy thổi thủy tinh.

Thêm oxit neodymium nano 1,5% ~ 2,5% vào hợp kim magiê hoặc nhôm có thể cải thiện hiệu suất nhiệt độ cao, độ kín khí và khả năng chống ăn mòn của hợp kim và nó được sử dụng rộng rãi làm vật liệu hàng không vũ trụ cho ngành hàng không.

Garnet nhôm nano-yttrium pha tạp oxit nano-neodymium tạo ra chùm tia laser sóng ngắn, được sử dụng rộng rãi để hàn và cắt các vật liệu mỏng có độ dày dưới 10mm trong công nghiệp.

Thanh laser Nd:YAG

Trong điều trị y tế, tia laser garnet nano yttrium nhôm pha tạp oxit nano neodymium được sử dụng để cắt bỏ vết thương phẫu thuật hoặc khử trùng vết thương thay cho dao phẫu thuật.

Thủy tinh neodymium được tạo ra bằng cách thêm oxit neodymium vào thủy tinh nóng chảy. Hoa oải hương thường xuất hiện trong thủy tinh neodymium dưới ánh sáng mặt trời hoặc đèn sợi đốt, nhưng màu xanh nhạt xuất hiện dưới ánh sáng đèn huỳnh quang. Neodymium có thể được sử dụng để tạo màu cho các sắc thái tinh tế của thủy tinh như tím thuần khiết, đỏ rượu vang và xám ấm.

kính neodymium

Với sự phát triển của khoa học và công nghệ cũng như sự mở rộng và mở rộng của khoa học và công nghệ đất hiếm, neodymium sẽ có không gian sử dụng rộng rãi hơn