Trong một thế giới ngày càng phụ thuộc vào công nghệ, các nguyên tố được gọi là đất hiếm Chúng đã nổi lên như những khoáng sản quan trọng, một loại “vàng” mới của thế kỷ 21, đồng thời là nguồn gốc xung đột giữa các quốc gia và sẽ tiếp tục như vậy. Những nguyên tố này, mặc dù có tên như vậy, nhưng rất quan trọng và tại đây bạn có thể tìm hiểu lý do tại sao chúng lại quan trọng đến vậy cũng như những nguyên tố REE (Các nguyên tố đất hiếm) này là gì.
¿Những vùng đất hiếm là gì?
các đất hiếm, bằng tiếng Anh REE (Các nguyên tố đất hiếm), Chúng là một tập hợp các khoáng chất trong đó có 15 nguyên tố có nhiều trong bảng tuần hoàn, được gọi là chuỗi lanthanide. Những yếu tố này là nền tảng cho các công nghệ nhằm giảm lượng khí thải, tiêu thụ năng lượng và cải thiện hiệu quả, hiệu suất, tốc độ, độ bền và độ ổn định nhiệt. Chúng cũng là thành phần quan trọng trong các công nghệ nhằm làm cho sản phẩm nhẹ hơn và nhỏ hơn. Vì vậy, nền tảng của công nghệ hiện tại, do đó tầm quan trọng của nó.
Điều này làm cho họ không thể thiếu và không thể thay thế trong nhiều ứng dụng điện, quang, từ và xúc tác, và vì chúng không dồi dào nên đã dẫn đến xung đột, chiến tranh và căng thẳng giữa các quốc gia, như chúng ta sẽ thấy sau. Vâng, mặc dù các nguyên tố đất hiếm tương đối dồi dào trong lớp vỏ Trái đất, nhưng do đặc tính địa hóa nên chúng thường phân bố rộng rãi. Điều này có nghĩa là chúng không thường được tìm thấy ở nồng độ đủ để có thể khai thác được. Chính sự khan hiếm này đã khiến chúng được gọi là đất hiếm.
Giữa 17 yếu tố của REE là:
- Vụ bê bối (Sc)
- Yttri (Y)
- Lanthanum (The)
- Xeri (Ce)
- Praseodymium (Pr)
- Neođim (Nd)
- Promethi (Pm)
- Sa-ma-ri (Sm)
- Europi (Eu)
- Gadolinium (Gd)
- Terbi (Tb)
- Dysprosi (Dy)
- Holmi (Ho)
- Erbi (Er)
- Tulio
- Ytterbi (Yb)
- Luteti (Lu)
Đặc tính đất hiếm
Về các thuộc tính Trong số các loại đất hiếm, hay đúng hơn là các nguyên tố của chúng, điều đáng chú ý là:
- Tính hấp dẫn: Neodymium, dysprosium và samarium có giá trị nhờ đặc tính từ tính của chúng. Chúng có thể lưu trữ một lượng lớn năng lượng từ trường, khiến chúng trở nên hữu ích trong tua bin gió, động cơ điện, hệ thống hướng dẫn, loa và ổ cứng, v.v.
- Tính chất phát quang: Europium, yttrium, erbium và neodymium có đặc tính phát quang, nghĩa là chúng phát ra ánh sáng khi bị kích thích bởi bức xạ điện từ. Chúng được sử dụng trong các nguồn sáng, màn hình hiển thị, khuếch đại tín hiệu hiệu quả trong các đường cáp quang và laser.
- tính chất điện: Xeri, lanthanum, neodymium và praseodymium được sử dụng trong pin niken-kim loại hydrua (NiMH) do đặc tính điện của chúng. Chúng cung cấp cho pin mật độ năng lượng cao hơn và khả năng lưu giữ tốt hơn sau nhiều chu kỳ xả-nạp lại.
- Tính chất xúc tác: Xeri và lanthanum được sử dụng làm chất xúc tác cho các phản ứng hóa học do cấu trúc điện tử của chúng. Chúng dồi dào hơn và rẻ hơn so với các loại đất hiếm khác, khiến chúng trở thành lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng xúc tác.
lịch sử
Tuy nhiên, đất hiếm đã có mặt từ khi hình thành Trái đất. Chúng không được phát hiện cho đến thế kỷ 18 bởi trung úy quân đội Thụy Điển Carl Axel Arrhenius.. Và sự cô lập của các yếu tố của những vùng đất này thậm chí còn xuất hiện gần đây hơn, một số phải đến thế kỷ 20 mới xuất hiện.
Trong suốt 160 năm phát hiện (1787-1947), Việc tách và tinh chế các nguyên tố đất hiếm là một quá trình khó khăn và kéo dài. Nhiều nhà khoa học đã cống hiến cả cuộc đời mình để thu được những nguyên tố tinh khiết này. Cuối cùng, vì các nguyên tố đất hiếm được phát hiện là sản phẩm phân hạch của nguyên tử uranium, Ủy ban Năng lượng Nguyên tử Hoa Kỳ đã nỗ lực rất nhiều để phát triển các phương pháp phân tách mới. Năm 1947, các kết quả được công bố cho thấy các quá trình trao đổi ion mang lại phương pháp tốt hơn để tách các nguyên tố đất hiếm nhằm tạo ra các nguyên tố được sử dụng.
Các nguyên tố đất hiếm, ngoại trừ scandium, nặng hơn sắt và được tạo ra bởi quá trình tổng hợp hạt nhân của siêu tân tinh hoặc bằng quá trình s trong các ngôi sao của nhánh tiệm cận khổng lồ. Trong tự nhiên, sự phân hạch tự phát của uranium-238 tạo ra một lượng nhỏ promethium phóng xạ, nhưng hầu hết promethium được sản xuất tổng hợp trong các lò phản ứng hạt nhân.
Dự trữ đất hiếm thế giới
các trữ lượng đất hiếm quan trọng nhất Trên thế giới chúng được tìm thấy ở các quốc gia sau:
- Trung Quốc: Nó có trữ lượng lớn nhất thế giới, với khoảng 44 triệu tấn. Ngoài ra, đây còn là nhà sản xuất đất hiếm lớn nhất.
- Việt Nam: Đây là nơi có trữ lượng đất hiếm khổng lồ, đặc biệt dọc biên giới Tây Bắc với Trung Quốc và dọc bờ biển phía Đông, ở mức 22 triệu tấn.
- Brazil và Nga: Cả hai nước đều có trữ lượng 21 tấn.
- Ấn Độ: có trữ lượng 6,9 triệu tấn.
- Châu Úc: có trữ lượng 4,2 triệu tấn.
- Hoa Kỳ: Trữ lượng của nó lên tới 2,3 triệu tấn.
- Greenland: Nó được tính toán khoảng 1,5MT.
Điều quan trọng cần đề cập là, mặc dù một số quốc gia có trữ lượng lớn nhưng sản lượng của họ có thể thấp vì nhiều lý do...
Và Châu Âu?
Ở châu Âu, trữ lượng đất hiếm đang khan hiếm, và chủ yếu được tìm thấy ở những nơi sau:
- Thụy Điển: Người ta tin rằng nơi đây có trữ lượng đất hiếm lớn nhất châu Âu. Công ty khai thác mỏ nhà nước Thụy Điển LKAB đã xác định được một mỏ gần thành phố Kiruna, phía bắc đất nước, có chứa hơn một triệu tấn đất hiếm.
- Phần Lan và Bồ Đào Nha: Các địa điểm khai thác cũng đã được xác định ở các quốc gia này.
Về phía Tây Ban Nha, trữ lượng đất hiếm được biết là có tồn tại, mặc dù chúng chưa được điều tra kỹ lưỡng. Ví dụ như Campo de Montiel (Ciudad Real), Monte Galiñeiro (Pontevedra) nổi bật và gần đây người ta bàn tán rất nhiều về đáy biển so với những thứ ở Quần đảo Canary. Một số nơi trong số này vẫn chưa được khai thác và trữ lượng tồn tại chưa được biết đến. Trong trường hợp khu bảo tồn Galicia, việc khai thác đã bị từ chối vì lý do môi trường, và trong trường hợp Quần đảo Canary, Maroc vẫn duy trì căng thẳng để tiếp quản những sự bóc lột này…
Xử lý và tách
Đất hiếm thu được chủ yếu thông qua khai thác lộ thiên công nghiệp., trong một số trường hợp, việc sản xuất đất hiếm xảy ra như một sản phẩm phụ của quá trình khai thác sắt. Khoáng chất chứa đất hiếm tồn tại dưới dạng oxit nên chúng phải được xử lý để thu được các nguyên tố:
- Việc khai thác đất hiếm diễn ra ở các mỏ lộ thiên, sử dụng thiết bị nổ và máy móc hạng nặng.
- Sau khi khai thác, khoáng chất được nghiền hoặc nghiền để chế biến thích hợp.
- Để tách quặng thành các oxit, có thể sử dụng các phương pháp lọc, kết tủa và kết tinh.
- Sử dụng các phương pháp hóa lý, việc tinh chế các oxit đất hiếm trong kim loại với các mức độ tinh khiết khác nhau được thực hiện.
- Hợp kim kim loại đất hiếm thông qua các quá trình hóa học.
- Chuyển đổi hợp kim đất hiếm thành các thành phần được sử dụng trong các ứng dụng thương mại.
Các loại đất hiếm
Trước hết phải nói rằng có đất hiếm nhẹ và đất hiếm nặng. Những chất nhẹ, hay LREE, có nhiều hơn và bao gồm lanthanum, xeri, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium và scandium. Trong trường hợp những chất nặng, hay HREE, chúng thường không quá dồi dào và có nồng độ gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium và yttrium.
ứng dụng
Cuối cùng, điều quan trọng là phải biết các ứng dụng tiềm năng là gì của đất hiếm để hiểu tầm quan trọng hiện tại của chúng:
- Chất xúc tác và nam châm: Trên toàn cầu, hầu hết các nguyên tố đất hiếm được sử dụng làm chất xúc tác và nam châm hiệu suất cao (neodymium), cũng như để tạo ra các vật liệu gốm đặc biệt, thủy tinh và để đánh bóng. Ví dụ, xeri và lanthanum là những chất xúc tác quan trọng và được sử dụng trong lọc dầu và làm phụ gia diesel. Mặt khác, khi nói về nam châm, chúng ta không chỉ đề cập đến nam châm thông thường mà chúng còn được sử dụng cho các ứng dụng như động cơ điện trong xe hybrid và xe điện, máy phát điện trong một số tua bin gió, ổ cứng, thiết bị điện tử cầm tay, micro và diễn giả.
- Sản xuất hợp kim và sản xuất pin nhiên liệu, pin niken-hydrua kim loại: Xeri, lanthanum và neodymium rất quan trọng trong sản xuất hợp kim và sản xuất pin nhiên liệu và pin hydrua kim loại niken.
- Điện tử: Cerium, gallium và neodymium rất quan trọng trong điện tử và được sử dụng trong sản xuất màn hình LCD và plasma, sợi quang và laser, cũng như trong hình ảnh y tế.
- Ứng dụng y tế, phân bón và xử lý nước: Chúng được sử dụng làm chất đánh dấu trong các ứng dụng y tế, phân bón và xử lý nước.
- Nông nghiệp: đã được sử dụng trong nông nghiệp để tăng cường sự phát triển của cây trồng, năng suất và khả năng chống lại căng thẳng mà dường như không có tác động tiêu cực đến tiêu dùng của con người và động vật. Ngoài ra, các nguyên tố đất hiếm là chất phụ gia cho thức ăn chăn nuôi, dẫn đến tăng sản lượng, chẳng hạn như gia súc lớn hơn và tăng sản lượng trứng và các sản phẩm từ sữa.
- hơn: Công dụng rất rộng rãi, chẳng hạn, chúng cũng có thể được sử dụng để xác định niên đại các hóa thạch, vì nồng độ đất hiếm trong đá chỉ thay đổi chậm theo các quá trình địa hóa và điều này khiến chúng trở nên hữu ích cho việc xác định niên đại. Các ví dụ khác là:
- Scandium được sử dụng để chế tạo đèn cường độ cao và làm chất theo dõi cho các nhà máy lọc dầu.
- Yttri có thể được thêm vào vô số hợp kim kim loại để cải thiện tính chất của chúng.
- Lanthanum được sử dụng làm chất xúc tác Cracking dầu mỏ và làm chất phụ gia để sản xuất gang dạng nốt.
- Xeri có thể được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, từ chất xúc tác để giảm ô nhiễm, khí thải xe cộ, cho đến sản phẩm tẩy rửa và bột màu.
- Praseodymium có thể được tạo hợp kim với các kim loại khác để tạo ra nam châm cho các thiết bị điện tử nhưng cũng có thể dùng làm chất xúc tác.
- Neodymium được sử dụng rộng rãi để sản xuất nam châm rất mạnh, với các ứng dụng như trong ngành công nghiệp động cơ điện, mặc dù nó cũng được sử dụng trong máy ảnh, quang học với tia laser, v.v.
- Promethium được máy đo độ dày sử dụng làm nguồn beta, cũng như pin xung, nó có thể được chuyển đổi thành nguồn tia X di động, v.v.
- Samarium còn được sử dụng để sản xuất nam châm vĩnh cửu công suất cao, làm thấu kính đặc biệt và vật liệu hấp thụ neutron cho lò phản ứng hạt nhân.
- Europium là kim loại đất hiếm có hoạt tính mạnh nhất và không phổ biến trong các ứng dụng thực tế.
- Gadolinium được sử dụng trong y học, chụp ảnh cộng hưởng từ, cũng như trong lò vi sóng, tivi màu, bộ khuếch đại và hệ thống âm thanh chuyên nghiệp.
- Terbium được sử dụng để làm giả một số thành phần nhất định, để chế tạo các thiết bị điện tử, v.v.
- Dysprosium được sử dụng trong các hợp kim nam châm gốc neodymium để làm cho chúng có khả năng chống khử từ cao hơn ở nhiệt độ cao. Nó cũng được sử dụng trong đèn phóng điện halogenua.
- Holmium dùng cho các thiết bị điện tử, màn hình plasma, đèn thủy ngân, v.v.
- Herbium được sử dụng làm hợp kim, bộ khuếch đại điện tử, laser, v.v.
- Thulium được sử dụng cho các thiết bị tia X, laser tầm cao, vật liệu gốm từ tính, v.v.
- Ytterbium, phổ biến trong ngành luyện kim cho hợp kim với sắt và thép, chất xúc tác, tia laser và sợi quang. Cũng trong y học hạt nhân để điều trị một số bệnh và xạ trị.
- Lutetium, được sử dụng làm chất xúc tác trong quá trình crackinh hydrocacbon trong ngành hóa dầu, trị liệu ung thư, v.v.
Như bạn có thể thấy, nền tảng cho ngành công nghiệp điện tử, đặc biệt là sản xuất tụ gốm rằng bạn sẽ tìm thấy chúng trong nhiều PCB…