Varázslatos ritkaföldfém: „Az állandó mágnesek királya” – neodímium

bastnazit

A neodímium, rendszáma 60, rendtömege 144,24, a kéregben 0,00239% tartalommal, főként monacitban és bastnaezitben fordul elő. A természetben a neodímium hét izotópja létezik: a neodímium-142, 143, 144, 145, 146, 148 és 150, amelyek közül a neodímium-142 rendelkezik a legmagasabb tartalommal. A prazeodímium születésével létrejött a neodímium. A neodímium megjelenése aktiválta a ritkaföldfém-mezőt, és fontos szerepet játszott benne, valamint befolyásolta a ritkaföldfém-piacot.

A neodímium felfedezése

Karl Orvon Welsbach (1858-1929), a neodímium felfedezője

1885-ben Carl Orvon Welsbach osztrák kémikus, Carl Auer von Welsbach Bécsben fedezte fel a neodímiumot. A salétromsavból ammónium-nitrát-tetrahidrát elválasztásával és kristályosításával, valamint spektrális analízissel elválasztotta a neodímiumot és a prazeodímiumot, de viszonylag tiszta formában csak 1925-ben sikerült elválasztania.

Az 1950-es évek óta a nagy tisztaságú (99%-nál nagyobb) neodímiumot főként monacit ioncserélő eljárással állították elő. Magát a fémet a halogenid sójának elektrolízisével nyerik. Jelenleg a neodímiumot nagyrészt a basta-nathanitban található (Ce,La,Nd,Pr)CO3F-ből vonják ki, és oldószeres extrakcióval tisztítják. Az ioncserélő tisztítás biztosítja ezt a legmagasabb tisztaságot (általában > 99,99%) az előállításhoz. Mivel abban a korszakban, amikor a gyártás a lépcsőzetes kristályosítási technológiától függött, nehéz volt eltávolítani a prazeodímium utolsó nyomait is, az 1930-as években gyártott korai neodímium üveg tisztább lila színű és vörösebb vagy narancssárgább színárnyalatú, mint a modern változat.

Neodímium fém

A fém neodímium fényes ezüstfém csillogással, 1024°C olvadásponttal, 7,004 g/cm³ sűrűséggel és paramágnesességgel rendelkezik. A neodímium az egyik legaktívabb ritkaföldfém, amely a levegőn gyorsan oxidálódik és megsötétedik, majd oxidréteget képez, és leválik, további oxidációnak kitéve a fémet. Ezért az egy centiméter méretű neodímium minta egy éven belül teljesen oxidálódik. Hideg vízben lassan, forró vízben gyorsan reagál.

Neodímium elektronikus konfiguráció

Elektronikus konfiguráció:

1p2 2p2 2p6 3p2 3p6 4p2 3d10 4p6 5p2 4d10 5p6 6p2 4f4

A neodímium lézerteljesítményét a 4f pályájú elektronok különböző energiaszintek közötti átmenete okozza. Ezt a lézeranyagot széles körben használják kommunikációban, információtárolásban, orvosi kezelésben, megmunkálásban stb. Közülük az ittrium-alumínium gránát Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd) széles körben elterjedt kiváló teljesítménnyel, míg a Nd-vel adalékolt gadolínium-szkandium-gallium gránát nagyobb hatékonysággal működik.

Neodímium alkalmazása

A neodímium legnagyobb felhasználója az NdFeB permanens mágnes. Az NdFeB mágnest nagy mágneses energiaszorzata miatt az „permanens mágnesek királyának” nevezik. Kiváló teljesítménye miatt széles körben használják az elektronikában, a gépiparban és más iparágakban. Francis Wall, az alkalmazott bányászat professzora a Cumberland Bányászati ​​Iskolában, az Exeteri Egyetemen, az Egyesült Királyságban, elmondta: „A mágnesek tekintetében semmi sem veheti fel a versenyt a neodímiummal. Az alfa mágneses spektrométer sikeres fejlesztése azt jelzi, hogy a NdFeB mágnesek mágneses tulajdonságai Kínában világszínvonalúak lettek.”

Neodímium mágnes a merevlemezen

A neodímiumot kerámiák, élénklila üveg, mesterséges rubin lézerekben és infravörös sugarakat szűrni képes speciális üvegek előállítására használják. Prazeodímiummal együtt üvegfúvók védőszemüvegeinek gyártására használják.

A magnézium- vagy alumíniumötvözethez 1,5%~2,5% nano-neodímium-oxid hozzáadása javíthatja az ötvözet magas hőmérsékleti teljesítményét, légtömörségét és korrózióállóságát, és széles körben használják repülőgépipari anyagként a repülésben.

A nano-neodímium-oxiddal adalékolt nano-ittrium-alumínium gránát rövidhullámú lézersugarat állít elő, amelyet széles körben használnak az iparban 10 mm-nél vastagabb vékony anyagok hegesztésére és vágására.

Nd:YAG lézerrúd

Az orvosi kezelésben a nano-neodímium-oxiddal adalékolt nano-ittrium-alumínium gránátlézert sebészeti kések helyett használják sebészeti sebek eltávolítására vagy fertőtlenítésére.

A neodímium üveget neodímium-oxid üvegolvadékhoz adásával állítják elő. Napfény vagy izzólámpa alatt általában levendula szín jelenik meg a neodímium üvegben, de fénycső megvilágítása alatt világoskék színt kap. A neodímium felhasználható az üveg finom árnyalatainak, például a tiszta ibolya, a borvörös és a meleg szürke színezésére.

neodímium üveg

A tudomány és a technológia fejlődésével, valamint a ritkaföldfém-tudomány és -technológia bővülésével és kiterjesztésével a neodímium szélesebb körű felhasználási teret kap.