Čarobni element redkih zemelj: "Kralj trajnega magneta" - neodim

bastnasit

Neodim, atomsko število 60, atomska masa 144,24, z vsebnostjo 0,00239 % v skorji, obstaja predvsem v monazitu in bastnezitu. V naravi obstaja sedem izotopov neodina: neodim 142, 143, 144, 145, 146, 148 in 150, med katerimi je največ neodima 142. Z rojstvom prazeodimija je nastal neodim. Prihod neodija je aktiviral področje redkih zemelj in imel v njem pomembno vlogo. In vpliva na trg redkih zemelj.

Odkritje neodija

Karl Orvon Welsbach (1858-1929), odkritelj neodija

Leta 1885 je avstrijski kemik Carl Orvon Welsbach Carl Auer von Welsbach na Dunaju odkril neodim. Ločil je neodim in prazeodim od simetričnih neodimovih materialov tako, da je ločil in kristaliziral amonijev nitrat tetrahidrat iz dušikove kisline in ga hkrati ločil s spektralno analizo, vendar je bil v relativno čisti obliki ločen šele leta 1925.

Od leta 1950 je bil neodim visoke čistosti (več kot 99 %) večinoma pridobljen s postopkom ionske izmenjave monacita. Sama kovina se pridobiva z elektrolizo njene halogenidne soli. Trenutno se večina neodija ekstrahira iz (Ce,La,Nd,Pr)CO3F v basta natanitu in prečisti z ekstrakcijo s topilom. Čiščenje z ionsko izmenjavo rezervira tisto najvišjo čistost (običajno > 99,99 %) za pripravo. Ker je težko odstraniti zadnjo sled prazeodimija v dobi, ko je proizvodnja odvisna od tehnologije postopne kristalizacije, ima zgodnje neodimovo steklo, izdelano v tridesetih letih prejšnjega stoletja, čistejšo vijolično barvo in bolj rdeč ali oranžen barvni ton kot sodobna različica.

Neodim kovina

Kovinski neodim ima svetlo srebrn kovinski lesk, tališče 1024 °C, gostoto 7,004 g/cm in paramagnetizem. Neodim je ena izmed najbolj aktivnih redkih zemeljskih kovin, ki na zraku hitro oksidira in potemni, nato tvori oksidno plast in se nato odlušči, pri čemer je kovina izpostavljena nadaljnji oksidaciji. Zato vzorec neodija velikosti en centimeter popolnoma oksidira v enem letu. V hladni vodi reagira počasi, v vroči vodi pa hitro.

Elektronska konfiguracija iz neodima

Elektronska konfiguracija:

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

Lasersko delovanje neodija je posledica prehoda 4f orbitalnih elektronov med različnimi energijskimi nivoji. Ta laserski material se pogosto uporablja v komunikaciji, shranjevanju informacij, zdravljenju, strojni obdelavi itd. Med njimi se pogosto uporablja itrijev aluminijev granat Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd) z odlično zmogljivostjo in z Nd dopiran gadolinijev skandijev galijev granat z višjo učinkovitost.

Uporaba neodima

Največji uporabnik neodija je trajni magnet NdFeB. Magnet NdFeB imenujejo "kralj trajnih magnetov" zaradi produkta visoke magnetne energije. Zaradi svoje odlične zmogljivosti se pogosto uporablja v elektroniki, strojih in drugih industrijah. Francis Wall, profesor uporabnega rudarstva na Cumberland School of Mining, Univerza v Exeterju, Združeno kraljestvo, je dejal: »Glede magnetov ni ničesar, kar bi se lahko kosalo z neodimom. Uspešen razvoj alfa magnetnega spektrometra kaže, da magnetne lastnosti NdFeB magnetov na Kitajskem so dosegli svetovno raven.

Neodim magnet na trdem disku

Neodim se lahko uporablja za izdelavo keramike, svetlo vijoličnega stekla, umetnega rubina v laserju in posebnega stekla, ki lahko filtrira infrardeče žarke. Uporablja se skupaj s prazeodimom za izdelavo očal za pihalnike stekla.

Dodajanje 1,5 % ~ 2,5 % nano neodimijevega oksida v magnezijevo ali aluminijevo zlitino lahko izboljša visokotemperaturno delovanje, zrakotesnost in korozijsko odpornost zlitine, poleg tega se pogosto uporablja kot vesoljski material za letalstvo.

Nano-itrijev aluminijev granat, dopiran z nano-neodimovim oksidom, proizvaja kratkovalovni laserski žarek, ki se pogosto uporablja za varjenje in rezanje tankih materialov z debelino pod 10 mm v industriji.

Nd:YAG laserska palica

Pri zdravljenju se za odstranjevanje kirurških ran ali razkuževanje ran namesto kirurških nožev uporablja nano itrijevo-aluminijev granatni laser, dopiran z nano neodimovim oksidom.

Neodimovo steklo je izdelano z dodajanjem neodimovega oksida v stekleno talino. Sivka se običajno pojavi v neodimovem steklu pod sončno svetlobo ali žarnico z žarilno nitko, svetlo modra pa se pojavi pri osvetlitvi s fluorescenčno sijalko. Neodim lahko uporabite za barvanje nežnih odtenkov stekla, kot so čista vijolična, vinsko rdeča in topla siva.

neodim steklo

Z razvojem znanosti in tehnologije ter širjenjem in razširitvijo znanosti in tehnologije redkih zemelj bo imel neodim širši prostor uporabe