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稀土元素釤及其應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間:2023-04-03人氣:186

          1879年,法國(guó)化學(xué)家波依斯包德朗(P.? Lecoq de Boisbaudran)從鈮釔礦得到的“鐠釹”即“迪迪姆”(Didymium)中發(fā)現(xiàn)了新的稀土元素“釤”。釤屬于輕稀土(鈰組稀土),在自然界中的豐度為7.9,名列第七,其豐度比錫(Sn 2.2)要高,比起鎢(W 1.0)和鉬(Mo 1.5)更是高的多,在全部元素地殼中的豐度排行榜中位列40,也算是比較豐富的元素。

  第一代稀土永磁材料釤鈷磁體的誕生,曾經(jīng)使釤在上個(gè)世紀(jì)70年代成為稀土家族中“紅級(jí)一時(shí)”的成員。先是SmCo5于1969年問世。20世紀(jì)70年代末又出現(xiàn)第二代稀土永磁材料Sm2Co17,其最大磁能積達(dá)到30兆高奧(240千焦耳/米3)。由于釤鈷永磁不但磁性強(qiáng),而且具有很高的矯頑力(抗反磁場(chǎng)性能)和優(yōu)異的高溫使用性能,成為當(dāng)時(shí)電子工業(yè)和軍工特殊用途的新寵。1969年7月20日,美國(guó)載人宇宙飛船“阿波羅11號(hào)”首次成功登上月球,實(shí)現(xiàn)了人類登月夢(mèng)想,是人類研究宇宙、探索宇宙的一個(gè)里程碑。在阿波羅多次登月計(jì)劃的順利實(shí)現(xiàn)中,導(dǎo)航系統(tǒng)上采用了釤鈷永磁體,也保證了以后一系列航天計(jì)劃的順利實(shí)施。釤鈷永磁材料在阿波羅上的應(yīng)用被看作稀土用于尖端技術(shù)的典范。由此也使金屬釤在當(dāng)時(shí)一時(shí)“洛陽紙貴”,身價(jià)倍增。我國(guó)稀土科學(xué)家緊跟世界步伐,當(dāng)時(shí)研制的釤鈷永磁材料性能就已達(dá)到世界先進(jìn)水平。20世紀(jì)70年代后期,為滿足市場(chǎng)需求,我國(guó)建立了小型生產(chǎn)線,總年生產(chǎn)能力達(dá)到幾噸,其產(chǎn)品主要滿足軍工和特殊需要,已廣泛用在如風(fēng)云氣象衛(wèi)星、航空航天工程等重大項(xiàng)目中。

  20世紀(jì)80年代,出現(xiàn)了磁性更強(qiáng)的第三代稀土永磁材料釹鐵硼。由于釹、鐵比釤、鈷資源豐富,價(jià)格也低得多,自然具有更強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。因此也取代了許多釤鈷永磁材料的市場(chǎng)。但釤鈷磁體在高熱使用穩(wěn)定性和抗腐蝕等性能方面一直優(yōu)于釹鐵硼磁體,目前仍然是某些工業(yè)特別是軍事和航空等領(lǐng)域的首選材料,這方面的潛在市場(chǎng)依然比較大。目前全世界釤鈷永磁體的產(chǎn)量在500噸左右,主要集中在日本,我國(guó)釤鈷磁體的產(chǎn)量較低,僅100多噸。我國(guó)燒結(jié)釹鐵硼磁體的產(chǎn)量已超過日本,但釤鈷磁體仍落后于日本。但氧化釤和金屬釤的生產(chǎn)主要集中在我國(guó)。所以國(guó)內(nèi)釤鈷磁體的生產(chǎn)潛力很大,也被國(guó)際市場(chǎng)看好。

  釤在永磁材料中的另一大用途是制備新型粘結(jié)磁體。20世紀(jì)90年代初期研制開發(fā)的新型磁性材料釤鐵氮磁體已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化。釤鐵氮磁體中的稀土含量比釹鐵硼磁體低,而氧化釤的價(jià)格低于氧化釹,因此成本可能比釹鐵硼磁體低,而釤鐵氮磁體的某些性能(耐熱性和耐蝕性)優(yōu)于釹鐵硼磁體。釤還可用做釤基巨磁致伸縮材料。這些都將成為是釤的潛在市場(chǎng),或許有朝一日,釤會(huì)因?yàn)檎业叫碌膽?yīng)用大戶而再次走俏。

  由于銪的需求擴(kuò)大,造成了釤和釓的積壓,但提取銪之后的釤釓富集物可用來制備釤釓復(fù)合物高性能隔熱陶瓷材料,可用于航空、汽車等領(lǐng)域。

  納米氧化釤可應(yīng)用于陶瓷電容器和催化劑方面。甲烷通過氧化釤催化可轉(zhuǎn)變成乙烷和乙烯。二碘化釤可選擇性地將乙醛還原成乙醇。釤催化劑在甲烷轉(zhuǎn)化時(shí)具有很高的活性、穩(wěn)定性和選擇性。

  釤具有中子俘獲截面積大(5500靶)的特殊核性質(zhì),可用作原子能反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)材料,屏敝材料和控制材料,如用作快中子增強(qiáng)反應(yīng)堆的中子吸收劑,使核裂變產(chǎn)生巨大的能量得以安全利用。釤還可用作石榴石的摻雜劑,也可用于特種的玻璃濾光器中,例如紅外線濾光器。釤還被用于生物研究和醫(yī)療。 


 


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