Το μέταλλο Dysprosium είναι ένα μαλακό, λαμπερό ασήμι στοιχείο σπάνιας γης (REE) που χρησιμοποιείται σε μόνιμους μαγνήτες λόγω της παραμαγνητικής του αντοχής και της αντοχής σε υψηλή θερμοκρασία.
Ιδιότητες
- Ατομικό σύμβολο: Dy
- Ατομικός αριθμός: 66
- Κατηγορία στοιχείου: Μέταλλο Lanthanide
- Ατομικό βάρος: 162,50
- Σημείο τήξεως: 1412 ° C
- Σημείο βρασμού: 2567 ° C
- Πυκνότητα: 8,551g / cm3
- Σκληρότητα Vickers: 540 MPa
Χαρακτηριστικά
Αν και είναι σχετικά σταθερό στον αέρα σε θερμοκρασίες περιβάλλοντος, το μέταλλο dysprosium αντιδρά με κρύο νερό και διαλύεται γρήγορα σε επαφή με οξέα. Στο υδροφθορικό οξύ, ωστόσο, το βαρύ μέταλλο σπάνιων γαιών θα σχηματίσει ένα προστατευτικό στρώμα φθοριούχου δυσπροσίου (DyF3).
Η κύρια εφαρμογή του μαλακού, ασημί χρώματος μετάλλου είναι σε μόνιμους μαγνήτες. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το καθαρό dysprosium είναι έντονα παραμαγνητικό πάνω από -93°Γ (-136°F), που σημαίνει ότι προσελκύεται μαγνητικός πεδία σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών.
Μαζί με το holmium, το dysprosium έχει επίσης την υψηλότερη μαγνητική ροπή (τη δύναμη και την κατεύθυνση έλξης που επηρεάζεται από ένα μαγνητικό πεδίο) οποιουδήποτε στοιχείου.
Η υψηλή θερμοκρασία τήξης του Dysprosium και η διατομή απορρόφησης νετρονίων το επιτρέπουν επίσης να χρησιμοποιηθεί σε πυρηνικές ράβδους ελέγχου.
Ενώ το dysprosium θα λειτουργήσει χωρίς σπινθήρα, δεν χρησιμοποιείται στο εμπόριο ως καθαρό μέταλλο ή σε δομικό κράματα.
Όπως και άλλα στοιχεία της λανθανίδης (ή της σπάνιας γης), το dysprosium συνήθως συσχετίζεται φυσικά σε σώματα μεταλλεύματος με άλλα στοιχεία σπάνιων γαιών.
Ιστορία
Ο Γάλλος χημικός Paul-Emile Lecoq de Boisbadran αναγνώρισε για πρώτη φορά το dysprosium ως ανεξάρτητο στοιχείο το 1886 ενώ αναλύει το οξείδιο του erbium.
Αντανακλώντας την οικεία φύση των REEs, ο de Boisbaudran ερεύνησε αρχικά το ακάθαρτο οξείδιο του υττρίου, από το οποίο αντλούσε erbium και terbium χρησιμοποιώντας οξύ και αμμωνία. Το οξείδιο του Erbium, το ίδιο, βρέθηκε να φιλοξενεί δύο άλλα στοιχεία, το holmium και το thulium.
Καθώς ο de Boisbaudran εργάστηκε μακριά στο σπίτι του, τα στοιχεία άρχισαν να αποκαλύπτονται σαν ρωσικές κούκλες και μετά 32 αλληλουχίες οξέων και 26 κατακρημνίσεις αμμωνίας, ο de Boisbaudran κατάφερε να αναγνωρίσει το dysprosium ως ένα μοναδικό στοιχείο. Ονόμασε το νέο στοιχείο με την ελληνική λέξη δυσπρόθεση, που σημαίνει «δύσκολο να το πάρετε».
Πιο καθαρές μορφές του στοιχείου προετοιμάστηκαν το 1906 από τον Georges Urbain, ενώ μια καθαρή μορφή (από σήμερα πρότυπα) του στοιχείου δεν παράχθηκε μέχρι το 1950, μετά την ανάπτυξη του διαχωρισμού ανταλλαγής και μεταλλογραφικός τεχνικές μείωσης από τον Frank Harold Spedding, πρωτοπόρο στην έρευνα σπάνιων γαιών και την ομάδα του στο Ames Laboratory.
Το Ames Laboratory, μαζί με το Naval Ordnance Laboratory, ήταν επίσης κεντρικό στην ανάπτυξη μιας από τις πρώτες σημαντικές χρήσεις για το dysprosium, το Terfenol-D. Το μαγνητοσυσταλτικό υλικό ερευνήθηκε κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1970 και εμπορευματοποιήθηκε τη δεκαετία του 1980 για χρήση σε ναυτικά σόναρ, μαγνητο-μηχανικούς αισθητήρες, ενεργοποιητές και μετατροπείς.
Η χρήση του Dysprosium σε μόνιμους μαγνήτες αυξήθηκε επίσης με τη δημιουργία νεοδυμίου-σίδερο-βόριο (NdFeB) μαγνήτες τη δεκαετία του 1980. Η έρευνα των General Motors και Sumitomo Special Metals οδήγησε στη δημιουργία αυτών των ισχυρότερων, φθηνότερων εκδόσεων του πρώτου μόνιμου (samarium-κοβάλτιο) μαγνήτες, οι οποίοι είχαν αναπτυχθεί 20 χρόνια νωρίτερα.
Η προσθήκη μεταξύ 3 έως 6 τοις εκατό δυσπροίου (κατά βάρος) στο μαγνητικό κράμα NdFeB αυξάνει το Curie του μαγνήτη σημείο και καταναγκασμός, βελτιώνοντας έτσι τη σταθερότητα και την απόδοση σε υψηλές θερμοκρασίες ενώ ταυτόχρονα μειώνεται απομαγνήτιση.
Οι μαγνήτες NdFeB είναι πλέον το πρότυπο σε ηλεκτρονικές εφαρμογές και υβριδικά ηλεκτρικά οχήματα.
Οι REE, συμπεριλαμβανομένου του dysprosium, εισήχθησαν στο παγκόσμιο προσκήνιο των μέσων ενημέρωσης το 2009 μετά από όρια στις κινεζικές εξαγωγές των στοιχείων που οδήγησαν σε ανεπάρκεια εφοδιασμού και το ενδιαφέρον των επενδυτών για τα μέταλλα. Αυτό, με τη σειρά του, οδήγησε σε ταχέως αυξανόμενες τιμές και σημαντικές επενδύσεις στην ανάπτυξη εναλλακτικών πηγών.
Παραγωγή
Η πρόσφατη προσοχή των μέσων ενημέρωσης που εξετάζει την παγκόσμια εξάρτηση από την κινεζική παραγωγή REE τονίζει συχνά το γεγονός ότι η χώρα αντιπροσωπεύει περίπου το 90% της παγκόσμιας παραγωγής REE.
Ενώ ένας αριθμός τύπων μεταλλεύματος, συμπεριλαμβανομένου του monazite και του bastnasite, μπορεί να περιέχει dysprosium, οι πηγές με την υψηλότερη το ποσοστό του περιεχόμενου δυσπροσίου είναι οι άργιλοι προσρόφησης ιόντων της επαρχίας Jiangxi, της Κίνας και των μεταλλευμάτων ξενοτιμής στη Νότια Κίνα και Μαλαισία.
Ανάλογα με τον τύπο του μεταλλεύματος, πρέπει να χρησιμοποιηθεί μια ποικιλία υδρομεταλλουργικών τεχνικών για την εξαγωγή μεμονωμένων REE. Ψεκασμός και ψήσιμο αφρού τα συμπυκνώματα είναι η πιο συνηθισμένη μέθοδος εξαγωγής θειικού σπάνιων γαιών, μιας πρόδρομης ένωσης που μπορεί κατά συνέπεια να υποστεί επεξεργασία μέσω ανταλλαγής ιόντων μετατόπιση. Τα προκύπτοντα ιόντα δυσπροσίου στη συνέχεια σταθεροποιούνται με φθόριο για να σχηματίσουν φθοριούχο dysprosium.
Το φθόριο Dysprosium μπορεί να αναχθεί σε μεταλλικές πλινθώματα με θέρμανση με ασβέστιο σε υψηλές θερμοκρασίες σε χωνευτήρια τανταλίου.
Η παγκόσμια παραγωγή του dysprosium περιορίζεται σε περίπου 1800 μετρικούς τόνους (περιλαμβανόμενο dysprosium) ετησίως. Αυτό αντιπροσωπεύει μόνο περίπου το 1 τοις εκατό όλων των σπάνιων γαιών που καθαρίζονται κάθε χρόνο.
Οι μεγαλύτεροι παραγωγοί σπάνιων γαιών περιλαμβάνουν την Baotou Steel Rare Earth Hi-Tech Co., την China Minmetals Corp. και την Aluminium Corp. της Κίνας (CHALCO).
Εφαρμογές
Μέχρι στιγμής, ο μεγαλύτερος καταναλωτής του dysprosium είναι η βιομηχανία μόνιμων μαγνητών. Τέτοιοι μαγνήτες κυριαρχούν στην αγορά κινητήρων έλξης υψηλής απόδοσης που χρησιμοποιούνται σε υβριδικά και ηλεκτρικά οχήματα, γεννήτριες ανεμογεννητριών και σκληρούς δίσκους.
Κάντε κλικ ΕΔΩ για να διαβάσετε περισσότερα σχετικά με τις εφαρμογές του dysprosium.
Πηγές:
Emsley, Τζον. Τα δομικά στοιχεία της φύσης: Ένας οδηγός A-Z για τα στοιχεία.
Πανεπιστημιακός Τύπος της Οξφόρδης; Έκδοση νέας έκδοσης (Σεπτέμβριος 14 2011)
Arnold Magnetic Technologies. Ο σημαντικός ρόλος του δυσπροσίου στους σύγχρονους μόνιμους μαγνήτες. 17 Ιανουαρίου 2012.
Βρετανική Γεωλογική Έρευνα. Στοιχεία σπάνιας γης. Νοέμβριος 2011.
Διεύθυνση URL: www.mineralsuk.com
Kingsnorth, καθηγητής Ντάντλι. «Μπορεί να επιβιώσει η δυναστεία των σπάνιων γαιών της Κίνας». Διάσκεψη βιομηχανικών ορυκτών και αγορών της Κίνας. Παρουσίαση: 24 Σεπτεμβρίου 2013.
Ακολουθήστε τον Terence Google+