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

bastnasite

Neodymium, số nguyên tử 60, khối lượng nguyên tử 144,24, có hàm lượng 0,00239% trong lớp vỏ, chủ yếu tồn tại trong monazite và bastnaesite. Có bảy đồng vị của neodymium trong tự nhiên: 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 đã ra đời. Sự xuất hiện của neodymium đã kích hoạt lĩnh vực đất hiếm và đóng vai trò quan trọng trong đó. Và ảnh hưởng đến thị trường đất hiếm.

Phát hiện ra 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 tại Vienna. Ông đã tách neodymium và praseodymium khỏi các vật liệu neodymium đối xứng bằng cách tách và kết tinh amoni nitrat tetrahydrat từ axit nitric, đồng thời tách bằng phân tích quang phổ, nhưng không tách được 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 quy trình trao đổi ion của monazite. Bản thân kim loại này thu được bằng cách điện phân muối halide của nó. Hiện nay, hầu hết neodymium được chiết xuất từ ​​(Ce, La, Nd, Pr) CO3F trong basta Nathanite và tinh chế bằng cách chiết dung môi. Quá trình tinh chế trao đổi ion giữ lại độ tinh khiết cao nhất (thường > 99,99%) để chế tạo. Do khó loại bỏ dấu vết cuối cùng của praseodymium trong thời đại mà sản xuất phụ thuộc vào công nghệ kết tinh từng bước, nên thủy tinh neodymium đầu tiên được sản xuất vào những năm 1930 có màu tím tinh khiết hơn và tông màu đỏ hoặc cam hơn so với phiên bản hiện đại.

Kim loại Neodymium

Neodymium kim loại có ánh kim loại màu bạc sáng, nhiệt độ nóng chảy là 1024°C, mật độ là 7,004 g/cm và tính thuận từ. Neodymium là một trong những kim loại đất hiếm hoạt động mạnh nhất, bị oxy hóa nhanh và sẫm màu trong không khí, sau đó tạo thành một lớp oxit và sau đó bong ra, khiến kim loại tiếp tục bị oxy hóa. Do đó, mẫu neodymium có kích thước một centimet 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 của Neodymium

Cấu hình electron:

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, yttri nhôm garnet Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd) được sử dụng rộng rãi với hiệu suất tuyệt vời và gadolinium scandium gallium garnet pha tạp Nd có hiệu suất cao hơn.

Ứng dụng của Neodymium

Người sử dụng neodymium lớn nhất là vật liệu nam châm vĩnh cửu NdFeB. Nam châm NdFeB được gọi là "vua của nam châm vĩnh cửu" vì sản phẩm năng lượng từ cao của nó. 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 Cumberland, Đại học Exeter, Vương quốc Anh, cho biết: "Về mặt nam châm, thực sự không có gì có thể cạnh tranh với neodymium. Sự phát triển thành công của Máy quang phổ từ Alpha cho thấy các tính chất từ ​​của nam châm NdFeB tại Trung Quốc đã đạt đến đẳng cấp thế giới.

Nam châm Neodymium trên ổ cứng

Neodymium có thể được sử dụng để làm đồ gốm, thủy tinh màu tím sáng, hồng ngọc nhân tạo trong laser và thủy tinh đặc biệt có thể lọc tia hồng ngoại. Được sử dụng cùng với praseodymium để làm kính bảo hộ cho thợ thổi thủy tinh.

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

Đá 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, laser nano yttri nhôm garnet pha tạp nano neodymium oxide được sử dụng để loại 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. Màu hoa oải hương thường xuất hiện trong thủy tinh neodymium dưới ánh sáng mặt trời hoặc đèn sợi đốt, nhưng màu xanh lam 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 màu tím tinh khiết, đỏ rượu vang và xám ấm.

kính neodymium

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