Magiskt sällsynt jordartsmetall: "Permanentmagneternas kung" - Neodym

bastnasit

Neodym, atomnummer 60, atomvikt 144,24, med en halt på 0,00239 % i jordskorpan, förekommer huvudsakligen i monazit och bastnesit. Det finns sju isotoper av neodym i naturen: neodym 142, 143, 144, 145, 146, 148 och 150, bland vilka neodym 142 har den högsta halten. Med praseodyms födelse uppstod neodym. Neodymets ankomst aktiverade sällsynta jordartsmetallfältet och spelade en viktig roll i det och påverkar marknaden för sällsynta jordartsmetaller.

Upptäckten av neodym

Karl Orvon Welsbach (1858-1929), upptäckaren av neodym

År 1885 upptäckte den österrikiske kemisten Carl Orvon Welsbach neodym i Wien. Han separerade neodym och praseodym från symmetriska neodymmaterial genom att separera och kristallisera ammoniumnitrattetrahydrat från salpetersyra, och samtidigt separerade genom spektralanalys, men det separerades inte i relativt ren form förrän 1925.

Sedan 1950-talet har högrent neodym (över 99 %) huvudsakligen erhållits genom jonbytesprocess av monazit. Själva metallen erhålls genom elektrolys av dess halogenidsalt. För närvarande extraheras det mesta neodym från (Ce,La,Nd,Pr)CO3F i basta nathanit och renas genom lösningsmedelsextraktion. Jonbytesrening använder den högsta renheten (vanligtvis > 99,99 %) för framställning. Eftersom det är svårt att ta bort det sista spåret av praseodym i den tid då tillverkningen var beroende av stegkristallisationsteknik, har det tidiga neodymglaset som tillverkades på 1930-talet en renare lila färg och en mer röd eller orange färgton än den moderna versionen.

Neodymmetall

Metalliskt neodym har en ljus silverfärgad metallisk lyster, smältpunkt på 1024°C, densitet på 7,004 g/cm och paramagnetism. Neodym är en av de mest aktiva sällsynta jordartsmetallerna, som snabbt oxiderar och mörknar i luften, sedan bildar ett oxidskikt och sedan skalas av, vilket utsätter metallen för ytterligare oxidation. Därför oxideras neodymprovet med en storlek på en centimeter fullständigt inom ett år. Det reagerar långsamt i kallt vatten och snabbt i varmt vatten.

Neodym elektronisk konfiguration

Elektronisk konfiguration:

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

Neodyms laserprestanda orsakas av övergången av 4f orbitalelektroner mellan olika energinivåer. Detta lasermaterial används ofta inom kommunikation, informationslagring, medicinsk behandling, bearbetning etc. Bland dessa används yttriumaluminiumgranat Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd) flitigt med utmärkt prestanda, och Nd-dopad gadoliniumskandiumgalliumgranat med högre effektivitet.

Användning av neodym

Den största användaren av neodym är NdFeB-permanentmagnetmaterialet. NdFeB-magneten kallas "permanentmagneternas kung" på grund av dess höga magnetiska energiprodukt. Den används ofta inom elektronik, maskiner och andra industrier för sin utmärkta prestanda. Francis Wall, professor i tillämpad gruvdrift vid Cumberland School of Mining, University of Exeter, Storbritannien, sa: "När det gäller magneter finns det egentligen ingenting som kan konkurrera med neodym. Den framgångsrika utvecklingen av Alpha Magnetic Spectrometer indikerar att de magnetiska egenskaperna hos NdFeB-magneter i Kina har nått världsklassnivå."

Neodymmagnet på hårddisk

Neodym kan användas för att tillverka keramik, klarlila glas, artificiell rubin i laser och specialglas som kan filtrera infraröda strålar. Används tillsammans med praseodym för att tillverka skyddsglasögon för glasblåsare.

Att tillsätta 1,5 % ~ 2,5 % nano-neodymoxid i magnesium- eller aluminiumlegering kan förbättra legeringens högtemperaturprestanda, lufttäthet och korrosionsbeständighet, och den används ofta som flyg- och rymdmaterial.

Nano-yttriumaluminiumgranat dopad med nano-neodymoxid producerar en kortvågig laserstråle, som används ofta för svetsning och skärning av tunna material med en tjocklek under 10 mm inom industrin.

Nd:YAG-laserstav

Vid medicinsk behandling används nano-yttriumaluminiumgranatlaserdopad med nano-neodymoxid för att ta bort kirurgiska sår eller desinficera sår istället för kirurgiska knivar.

Neodymglas tillverkas genom att neodymoxid tillsätts till smält glassmälta. Lavendel syns vanligtvis i neodymglas i solljus eller glödlampor, men ljusblått syns i lysrör. Neodym kan användas för att färga ömtåliga nyanser av glas som ren violett, vinrött och varmt grått.

neodymglas

Med utvecklingen av vetenskap och teknik och expansionen och utvidgningen av vetenskap och teknik inom sällsynta jordartsmetaller kommer neodym att ha ett bredare användningsutrymme.