Magisch zeldzaam aarde-element: “Koning van de permanente magneet”-Neodymium

bastnasiet

Neodymium, atoomnummer 60, atoomgewicht 144,24, met een gehalte van 0,00239% in de korst, komt voornamelijk voor in monaziet en bastnaesiet. Er zijn zeven isotopen van neodymium in de natuur: neodymium 142, 143, 144, 145, 146, 148 en 150, waarvan neodymium 142 het hoogste gehalte heeft. Met de geboorte van praseodymium ontstond neodymium. De komst van neodymium activeerde het zeldzame aardenveld en speelde daarin een belangrijke rol. En beïnvloedt de zeldzame aardenmarkt.

Ontdekking van Neodymium

Karl Orvon Welsbach (1858-1929), de ontdekker van neodymium

In 1885 ontdekte de Oostenrijkse chemicus Carl Orvon Welsbach Carl Auer von Welsbach neodymium in Wenen. Hij scheidde neodymium en praseodymium van symmetrische neodymiummaterialen door ammoniumnitraattetrahydraat te scheiden en te kristalliseren uit salpeterzuur, en tegelijkertijd te scheiden door spectrale analyse, maar het werd pas in 1925 in relatief zuivere vorm gescheiden.

Sinds de jaren vijftig werd neodymium met hoge zuiverheid (meer dan 99%) voornamelijk verkregen door het ionenuitwisselingsproces van monaziet. Het metaal zelf wordt verkregen door het halogenidezout ervan te elektrolyseren. Momenteel wordt het meeste neodymium gewonnen uit (Ce,La,Nd,Pr)CO3F in basta-nathaniet en gezuiverd door oplosmiddelextractie. Ionenuitwisselingszuivering reserveert de hoogste zuiverheid (meestal > 99,99%) voor bereiding. Omdat het moeilijk is om het laatste spoor van praseodymium te verwijderen in een tijdperk waarin de productie afhankelijk is van stapkristallisatietechnologie, heeft het vroege neodymiumglas vervaardigd in de jaren dertig een zuiverdere paarse kleur en een meer rode of oranje kleurtoon dan de moderne versie.

Neodymium metaal

Metaalneodymium heeft een heldere zilvermetaalglans, een smeltpunt van 1024°C, een dichtheid van 7,004 g/cm2 en paramagnetisme. Neodymium is een van de meest actieve zeldzame aardmetalen, die snel oxideert en donker wordt in de lucht, vervolgens een oxidelaag vormt en vervolgens loslaat, waardoor het metaal aan verdere oxidatie wordt blootgesteld. Daarom is het neodymiummonster met een grootte van één centimeter binnen één jaar volledig geoxideerd. Het reageert langzaam in koud water en snel in warm water.

Neodymium elektronische configuratie

Elektronische configuratie:

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

De laserprestaties van neodymium worden veroorzaakt door de overgang van 4f orbitale elektronen tussen verschillende energieniveaus. Dit lasermateriaal wordt veel gebruikt in communicatie, informatieopslag, medische behandeling, machinale bewerking, enz. Onder hen wordt yttriumaluminiumgranaat Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd) veel gebruikt met uitstekende prestaties, en Nd-gedoteerde gadoliniumscandiumgalliumgranaat met hogere efficiëntie.

Toepassing van Neodymium

De grootste gebruiker van neodymium is NdFeB permanent magneetmateriaal. De NdFeB-magneet wordt "de koning onder de permanente magneten" genoemd vanwege zijn hoge magnetische energieproduct. Het wordt veel gebruikt in de elektronica, machines en andere industrieën vanwege zijn uitstekende prestaties. Francis Wall, hoogleraar toegepaste mijnbouw aan de Cumberland School of Mining, Universiteit van Exeter, VK, zei: “Op het gebied van magneten is er werkelijk niets dat kan concurreren met neodymium. De succesvolle ontwikkeling van de Alpha Magnetic Spectrometer geeft aan dat de magnetische eigenschappen van NdFeB-magneten in China hebben het niveau van wereldklasse bereikt.

Neodymiummagneet op harde schijf

Neodymium kan worden gebruikt voor het maken van keramiek, helder paars glas, kunstmatige robijn in laser en speciaal glas dat infraroodstralen kan filteren. Wordt samen met praseodymium gebruikt om veiligheidsbrillen voor glasblazers te maken.

Het toevoegen van 1,5% ~ 2,5% nano-neodymiumoxide aan magnesium- of aluminiumlegeringen kan de prestaties bij hoge temperaturen, de luchtdichtheid en de corrosieweerstand van de legering verbeteren, en het wordt veel gebruikt als ruimtevaartmateriaal voor de luchtvaart.

Nano-yttrium aluminium granaat gedoteerd met nano-neodymiumoxide produceert een kortegolflaserstraal, die veel wordt gebruikt voor het lassen en snijden van dunne materialen met een dikte van minder dan 10 mm in de industrie.

Nd: YAG-laserstaaf

Bij medische behandelingen wordt nano-yttrium-aluminium-granaatlaser, gedoteerd met nano-neodymiumoxide, gebruikt om chirurgische wonden te verwijderen of wonden te desinfecteren in plaats van chirurgische messen.

Neodymiumglas wordt gemaakt door neodymiumoxide toe te voegen aan glassmelt. Lavendel verschijnt meestal in neodymiumglas onder zonlicht of een gloeilamp, maar lichtblauw verschijnt onder verlichting van fluorescentielampen. Neodymium kan worden gebruikt voor het kleuren van delicate glastinten zoals puur violet, wijnrood en warm grijs.

neodymium glas

Met de ontwikkeling van wetenschap en technologie en de uitbreiding en uitbreiding van de wetenschap en technologie op het gebied van zeldzame aardmetalen zal neodymium een ​​bredere gebruiksruimte krijgen.