Element màgic de terres rares: "Rei dels imants permanents": neodimi

bastnasita

El neodimi, nombre atòmic 60, pes atòmic 144,24, amb un contingut del 0,00239% a l'escorça, existeix principalment a la monazita i la bastnaesita. Hi ha set isòtops de neodimi a la natura: neodimi 142, 143, 144, 145, 146, 148 i 150, entre els quals el neodimi 142 té el contingut més alt. Amb el naixement del praseodimi, va néixer el neodimi. L'arribada del neodimi va activar el camp de les terres rares i hi va tenir un paper important. I influeix en el mercat de les terres rares.

Descobriment del neodimi

Karl Orvon Welsbach (1858-1929), el descobridor del neodimi

El 1885, el químic austríac Carl Orvon Welsbach va descobrir el neodimi a Viena. Va separar el neodimi i el praseodimi de materials de neodimi simètrics separant i cristal·litzant el nitrat d'amoni tetrahidratat de l'àcid nítric, i alhora el va separar mitjançant anàlisi espectral, però no es va separar en una forma relativament pura fins al 1925.

Des de la dècada del 1950, el neodimi d'alta puresa (més del 99%) s'ha obtingut principalment mitjançant el procés d'intercanvi iònic de la monazita. El metall en si s'obté electrolitzant la seva sal d'halur. Actualment, la major part del neodimi s'extreu de (Ce,La,Nd,Pr)CO3F en natanita i es purifica mitjançant extracció amb dissolvent. La purificació per intercanvi iònic reserva aquesta puresa més alta (normalment > 99,99%) per a la preparació. Com que és difícil eliminar l'últim rastre de praseodimi en l'època en què la fabricació depenia de la tecnologia de cristal·lització per etapes, el vidre de neodimi primerenc fabricat a la dècada del 1930 tenia un color porpra més pur i un to de color més vermell o taronja que la versió moderna.

Neodimi metall

El neodimi metàl·lic té una brillantor metàl·lica platejada brillant, un punt de fusió de 1024 °C, una densitat de 7,004 g/cm i paramagnetisme. El neodimi és un dels metalls de terres rares més actius, que s'oxida i s'enfosqueix ràpidament a l'aire, després forma una capa d'òxid i es desprèn, exposant el metall a una major oxidació. Per tant, la mostra de neodimi amb una mida d'un centímetre s'oxida completament en un any. Reacciona lentament en aigua freda i ràpidament en aigua calenta.

Configuració electrònica del neodimi

Configuració electrònica:

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

El rendiment làser del neodimi és causat per la transició dels electrons orbitals 4f entre diferents nivells d'energia. Aquest material làser s'utilitza àmpliament en la comunicació, l'emmagatzematge d'informació, el tractament mèdic, el mecanitzat, etc. Entre ells, el granat d'itri i alumini Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd) s'utilitza àmpliament amb un rendiment excel·lent, i el granat de gadolini, escandi i gal·li dopat amb Nd amb una eficiència més alta.

Aplicació del neodimi

El major usuari de neodimi és el material magnètic permanent NdFeB. L'imant NdFeB s'anomena "el rei dels imants permanents" a causa del seu alt producte d'energia magnètica. S'utilitza àmpliament en electrònica, maquinària i altres indústries pel seu excel·lent rendiment. Francis Wall, professor de mineria aplicada a la Cumberland School of Mining de la Universitat d'Exeter, Regne Unit, va dir: "Pel que fa als imants, realment no hi ha res que pugui competir amb el neodimi. El desenvolupament reeixit de l'espectròmetre magnètic alfa indica que les propietats magnètiques dels imants NdFeB a la Xina han arribat al nivell de classe mundial.

Imant de neodimi en un disc dur

El neodimi es pot utilitzar per fer ceràmica, vidre porpra brillant, robí artificial en làser i vidre especial que pot filtrar els raigs infrarojos. S'utilitza juntament amb el praseodimi per fer ulleres per a bufadors de vidre.

L'addició d'òxid de nanoneodimi d'1,5% a 2,5% a l'aliatge de magnesi o alumini pot millorar el rendiment a altes temperatures, l'estanquitat i la resistència a la corrosió de l'aliatge, i s'utilitza àmpliament com a material aeroespacial per a l'aviació.

El granat d'alumini de nanoitri dopat amb òxid de nano-neodimi produeix un feix làser d'ona curta, que s'utilitza àmpliament per soldar i tallar materials prims amb un gruix inferior a 10 mm a la indústria.

barra làser Nd:YAG

En el tractament mèdic, el làser de granat d'alumini itri nano dopat amb òxid de neodimi nano s'utilitza per eliminar ferides quirúrgiques o desinfectar ferides en lloc de ganivets quirúrgics.

El vidre de neodimi es fabrica afegint òxid de neodimi al vidre fos. La lavanda sol aparèixer en el vidre de neodimi sota la llum solar o una làmpada incandescent, però el blau clar apareix sota la il·luminació d'una làmpada fluorescent. El neodimi es pot utilitzar per acolorir tons delicats del vidre com el violeta pur, el vermell vi i el gris càlid.

vidre de neodimi

Amb el desenvolupament de la ciència i la tecnologia i l'expansió i extensió de la ciència i la tecnologia de terres rares, el neodimi tindrà un espai d'utilització més ampli.