Редкоземельные элементы: Неизвестные герои, двигающие вперед технологии будущего

В эту эпоху высокой цифровизации и электрификации многие передовые технологии на самом деле приводятся в движение группой элементов, при упоминании которых можно удивиться: редкоземельными элементами (РЗЭ). От смартфонов и электромобилей до лазеров, дисплеев и высокоскоростного сетевого оборудования — редкоземельные элементы, хотя и не пользуются широкой известностью, незаметно поддерживают каждый уголок современной цивилизации. Они являются не только краеугольным камнем технологического развития, но и ключевым ресурсом в глобальной стратегической конкуренции. Давайте вместе окунемся в мир этих элементов, чтобы раскрыть их уникальные свойства, ценность применения и проблемы,

Что такое редкоземельные элементы? Откроем спрятанное сокровище в химической таблице Менделеева

Несмотря на название «редкоземельные», содержание этих элементов в земной коре не так уж и мало, а некоторые из них даже более распространены, чем золото и серебро. Они называются «редкими» потому, что их месторождения разбросаны, а процесс их извлечения сложен и дорог. Всего существует 17 редкоземельных элементов: 15 лантаноидов (от лантана (La) до лютеция (Lu)) плюс скандий (Sc) и иттрий (Y). Эти элементы очень схожи по своим химическим свойствам и часто встречаются в виде ассоциированных минералов.

В зависимости от атомной массы и сложности извлечения, редкоземельные элементы можно разделить на две категории: «легкие» и «тяжелые». Легкие РЗЭ, такие как неодим (Nd), празеодим (Pr), самарий (Sm), получить легче, в то время как тяжелые РЗЭ, такие как диспрозий (Dy), эрбий (Er), тулий (Tm), более ценны из-за их редкого распространения и высокой стоимости добычи.

Физическая магия редкоземельных элементов: магнетизм, оптика, стабильность

Ценность редкоземельных элементов обусловлена их уникальными и незаменимыми физическими и химическими свойствами:

1. Сверхсильный магнетизм: Повышает эффективность электромобилей и наушников.

Неодим и диспрозий являются ключевыми материалами для высокопроизводительных магнитов, таких как неодим-железо-бор (NdFeB). Тетагональная кристаллическая структура этого магнита обеспечивает ему очень высокую плотность магнитной энергии и коэрцитивную силу, что позволяет ему сохранять магнетизм даже при высоких температурах или в переменных магнитных полях. Эти свойства позволяют двигателям электромобилей генерировать сильный крутящий момент за короткое время, ускоряться быстрее и быть более энергоэффективными; тот же принцип применяется в наушниках, делая движения звуковой катушки более точными, а качество звука более четким и стабильным.

2. Уникальные оптические свойства: Создают яркие дисплеи и высокоскоростную оптическую связь.

Слой 4f-электронов редкоземельных элементов имеет плотные и тонкие энергетические уровни, которые могут поглощать или испускать чистые световые волны на определенных длинах. Например, европий (Eu) излучает ярко-красный свет, используемый в светодиодных экранах и защитных знаках на банкнотах; эрбий (Er) может излучать ближний инфракрасный свет с длиной волны 1550 нанометров, который находится в зоне наименьших потерь в оптоволокне и является ключевым материалом для высокоскоростной оптоволоконной связи; неодим широко используется в лазерах Nd:YAG, становясь важным источником света для промышленной резки и медицинских операций.

3. Стабильность и высокая устойчивость: Идеальный выбор для экстремальных условий.

Редкоземельные элементы, такие как иттрий (Y), обладают высокой температурой плавления и коррозионной стойкостью, поэтому их часто используют для изготовления жаропрочных сплавов и керамики, которые незаменимы в аэрокосмической, ядерной и военной областях.

4. Выдающаяся каталитическая активность: Основные материалы для чистой энергии и защиты окружающей среды.

Редкоземельные элементы, такие как лантан (La) и церий (Ce), обладают превосходными каталитическими свойствами и широко используются в процессах крекинга нефти и обработки автомобильных выхлопных газов. Оксид церия является ключевым компонентом автомобильных каталитических нейтрализаторов, который может эффективно разлагать оксид углерода и оксиды азота, эффективно снижая вредные выбросы и играя важную роль в борьбе с загрязнением воздуха и защите окружающей среды.

Повсюду используемые сценарии: следы редкоземельных элементов в нашей жизни

Редкоземельные элементы уже давно незаметно проникли в нашу повседневную жизнь и передовые отрасли:

• Электромобили и ветрогенераторы: Магниты NdFeB повышают эффективность двигателей, делая электромобили быстрее и с большим запасом хода, а также обеспечивают стабильное преобразование энергии ветра в электричество.
• Умные устройства и дисплеи: Европий делает цвета экрана яркими, магниты из неодима обеспечивают сильный звук динамиков, и даже в стекле экрана может содержаться полировальный порошок из редкоземельных элементов.
• Медицинские технологии: Гадолиний является важным компонентом контрастного вещества для МРТ, помогая четко визуализировать ткани человека; некоторые редкоземельные элементы также изучаются для использования в лечении рака.
• Оборонные технологии: Высокопроизводительные радары, системы наведения ракет и технологии «стелс» нуждаются в поддержке редкоземельных элементов.
• Разнообразные промышленные применения: Широко используются в нефтехимии, металлургии, производстве стекла и керамики, а также в сельском хозяйстве, поэтому влияние редкоземельных элементов не ограничивается высокотехнологичными областями, но также глубоко укоренилось в традиционных производственных цепочках. В процессах нефтехимии и металлургии редкоземельные элементы могут повысить каталитическую эффективность и улучшить свойства материалов; в производстве стекла и керамики они могут повысить прозрачность, блеск и цветопередачу.

Глобальный стратегический ресурс: от технологического материала до геополитического оружия

Поскольку глобальная «зеленая» трансформация и цифровая волна набирают обороты, важность редкоземельных элементов возросла с отраслевого уровня до уровня национальной безопасности и дипломатии. В настоящее время Китай контролирует более 60% мирового производства редкоземельных элементов и большую часть мощностей по их переработке, став доминирующим игроком в глобальной цепочке поставок. Эта концентрация ресурсов превратила редкоземельные элементы в потенциальное «геополитическое оружие».

Чтобы снизить риски, страны приняли ряд мер для обеспечения безопасности цепочки поставок:

• Соединенные Штаты перезапустили рудник Маунтин-Пасс в Калифорнии.
• Австралия и Канада активно разрабатывают местные месторождения.
• Япония и Европа инвестируют в технологии переработки редкоземельных элементов и разработку альтернативных материалов, например, извлекая неодим, эрбий и другие элементы из электронных отходов.

«Зеленые» проблемы: размышления об экологии в эпоху высоких технологий

Хотя редкоземельные элементы полезны, их добыча и переработка могут привести к загрязнению воды тяжелыми металлами, закислению почвы и даже к радиоактивным остаткам. Например, в прошлом Китай заплатил серьезную экологическую цену за интенсивную добычу, что привело к ограничению экспорта и усилению природоохранной политики.

Чтобы улучшить эту ситуацию, мир движется в следующих направлениях:

• Разработка «зеленых» технологий переработки: Например, биовыщелачивание, электрохимическая переработка, чтобы сократить использование химических реагентов.
• Продвижение циркулярной экономики: Например, переработка редкоземельных элементов из старых мобильных телефонов, старых двигателей и использованного оптоволокна, чтобы повысить эффективность использования ресурсов.
• Создание рамок международного сотрудничества: Обмен технологиями и информацией для продвижения прозрачного и устойчивого глобального управления редкоземельными элементами.

заключение

Редкоземельные элементы больше не являются нишевым термином в лабораториях, а являются невидимыми героями, которые движут вперед электромобили, делают экраны красочными, обеспечивают высокоскоростную передачу данных по сети и точное медицинское лечение. Именно из-за их высокой незаменимости и неравномерного глобального распределения редкоземельные элементы стали точкой пересечения технологической конкуренции и геополитики нового века. Совместить технологическое развитие с экологической устойчивостью, позволить редкоземельным элементам работать с максимальной эффективностью и при этом минимизировать издержки — это глобальная задача и общая ответственность.

Что касается измельчения, мы предлагаем индивидуальные настройки и можем регулировать соотношение в соответствии с требованиями обработки для достижения максимальной эффективности.

Добро пожаловать, свяжитесь с нами, у нас есть кто-то, кто ответит на ваши вопросы.

Если вам нужна индивидуальная расценка, пожалуйста, свяжитесь с нами.

Часы работы службы поддержки клиентов: с понедельника по пятницу с 09:00 до 18:00.

Тел: 07 223 1058

Если у вас есть какие-либо вопросы или вопросы, на которые вы не смогли ответить по телефону, пожалуйста, отправьте мне личное сообщение на Facebook~~

Фейсбук Хоневэй: https://www.facebook.com/honwaygroup

Вас также может заинтересовать…