Мишметалл

Содержание:

В самарий Это химический элемент, принадлежащий к редкоземельным элементам, в частности к лантаноидам, и символом которого является Sm. Его название происходит от минерала самарскит в честь полковника Василия Самарского, русского горного офицера, который пожертвовал образцы этого минерала для изучения. Французский химик Поль Эмиль Лекок получил оксид и некоторые его соли из самарскита в 1879 году, работая в Париже.

Лекоку де Буабодрану часто приписывают открытие самария, хотя другие химики и минералоги ранее наметили способ его обнаружения. Лишь в 1901 году французскому химику Эжену Анатолю удалось получить первый чистый образец самария.

Причина такой задержки с его выделением была связана с тем, что самарий является относительно химически активным металлом, поэтому он не является чистым по природе, но является частью многих минеральных масс. Он также тесно связан геологически с другими редкоземельными элементами, такими как европий и неодим, что затрудняет его отделение от таких загрязнителей.

Самарий – это металл с очень разнообразным применением, он используется для лечения рака, датирования, ядерных реакторов, электроники, магнитов и органического катализа.

Свойства

Состав мишметалла зависит от его месторождения. Чаще всего данные смеси состоят из церия, лантана, неодима и железа. Процентное содержание химических элементов влияет на физические характеристики: пластичность и устойчивость к ползучести. В некоторых случаях в мишметалл добавляют частицы магния, чтобы повысить его антикоррозийные свойства.

В зависимости от химического состава выделяют следующие марки сплавов редкоземельных металлов:

1. Мишметалл МЦ50Ж3: процентное содержание церия составляет 60%, лантана – 35%, неодима – 3%, железа – 2,5%.
2. Мишметалл МЦ50Ж6: состоит на 50% из церия, на 25% — из лантана, на 3% — из неодима, на 6% — из железа.
3. Мишметалл ТУ 48 4 280 91: процентное содержание церия составляет 45%, лантана – 20%, неодима – 15%, железа – 10%.

Эти вещества отличаются высокой стойкостью к воздействию электрического тока и вибрации. При смешивании с алюминиевыми сплавами они становятся более пластичными и жаростойкими.Поэтому они способны снизить порог хладноломкости изделий. При взаимодействии с серой, азотом, водородом и кислородом мишметалл образует тугоплавкие соединения, снижающие красноломкость металлических конструкций.Этот сплав изменяет структуру кристаллической решетки, улучшая механические свойства металлов.

Ссылки

1. Шивер и Аткинс. (2008). Неорганическая химия. (Четвертый выпуск). Мак Гроу Хилл.
2. Википедия. (2020). Самарий. Получено с: en.wikipedia.org
3. Олег Д. Нейков, Станислав С. (2019). Справочник по порошкам цветных металлов: технологии и применение. (Второе издание). ScienceDirect.
4. Редакторы Энциклопедии Британника. (2020). Самарий. Получено с: britannica.com
5. Национальный центр биотехнологической информации. (2020). Самарий. PubChem Element. Получено с: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. Доктор Дуг Стюарт. (2020). Факты об элементе самарий. Получено с: chemicool.com
7. Стрекопытов, С. (2016). Приветствую самарий. Nature Chem 8, 816. doi.org/10.1038/nchem.2565

История

Изначально мишметалл назывался металлом Ауэра в честь Карла Ауэра фон Вельсбаха, который создал сплав из остатков материала в своих экспериментах по созданию световой мантии, питаемой торием, в 1885 году. Источником тория был монацитовый песок, 90-95% которого составляли. состоит из других редкоземельных металлов. Ни один из них в то время не имел коммерческой ценности.

К 1903 году фон Вельсбах оптимизировал процедуру электролиза плавлением, чтобы получить цериевый сплав без пустот с примерно 30% железа. Добавление железа значительно повысило твердость церия, который является пирофорным редкоземельным элементом. Он создал Auermetall, теперь известный как ферроцерий, который является основным материалом, используемым для изготовления кремней в зажигалках и зажигалках.

Благодаря этому открытию фон Вельсбах понял, что он может отделить различные редкоземельные элементы от данной руды с помощью электролитических процессов. Тщательно используя различные свойства растворимости различных редкоземельных элементов в своих интересах, он смог изолировать их от их встречающихся в природе хлоридных форм. Это было началом индустрии редкоземельных металлов – теперь различные чистые элементы можно было оценивать и использовать для новых коммерческих применений.

Химическая структура

При комнатной температуре самарий принимает ромбоэдрическую кристаллическую структуру, которая соответствует полиморфной или α-фазе. Когда он нагревается до 731 ºC, происходит фазовый переход, в результате которого кристаллы уплотняются до компактной гексагональной структуры (ГПУ), называемой β-фазой.

После нагревания до температуры 922 ºC самарий претерпевает еще один переход в объемно-центрированную кубическую структуру (ОЦК), называемую γ-фазой.

Кристаллы самария могут также претерпевать другие переходы, когда они сжимаются под высоким давлением, порядка тысяч килобар, в том числе тетрагональные и двойные компактные гексагональные (dhcp) структуры, полученные в этих исследованиях.

Химическая

Самарий, как и другие лантаноиды, почти во всех своих соединениях демонстрирует степень окисления +3; то есть он находится в виде катиона Sm3+. Однако он также может принимать степень окисления +2, Sm2+, содержится в таких соединениях, как SmO (монооксид самария), SmS (моносульфид самария) и SmI₂ (дииодид самария).

Растворяется в горячей воде и особенно в разбавленных кислотах, таких как HCl, H₂ЮЗ₄ и CH₃COOH; кроме HF, так как образует защитный слой SmF₃ что замедляет его растворение. Его ржавчина, Sm₂ИЛИ₃, является умеренно основным, поэтому при растворении в воде выделяет значительное количество ионов OH.– под действием гидроксида Sm (OH)₃.

Большинство соединений самария +3 имеют желтовато-зеленоватый оттенок, а некоторые даже выделяются своей люминесценцией.

История

Карл Ауэр фон Вельсбах

Карл Ауэр фон Вельсбах не только открыл неодим и празеодим и совместно открыл лютеций , он также был изобретателем рукава Ауэра, который улучшил освещение для нефти и газа и позволил ему начать производство редкоземельных элементов. Он обнаружил, что торий, необходимый для изготовления гильз освещения, доступен в виде монацита, который изначально был получен из Бразилии . После извлечения 6-7% тория, присутствующего в руде , осталось много некоммерческих лантаноидов, за исключением 1% извлеченного церия, используемого для улучшения гильз. Он никогда не переставал исследовать возможные применения лантаноидов. Среди всех его достижений самым известным является мишметалл, который он использовал для производства более легких камней и производство которого продолжается столетие спустя. Фон Вельсбах – один из немногих ученых, удостоенных чести установить статую, расположенную перед Институтом Radiumforschung und Kernphysik в Вене. Основанная им компания Treibacher Industrie AG все еще работает в области редкоземельных элементов и, конечно же, более легких камней.

Применение сплава

В 1884 г. был приобретен патент на применение мишметалла в промышленности. Изначально это вещество использовалось для увеличения яркости светильников и газокалильных лампах. В нынешнее время этот сплав нашел применение в следующих сферах:

1. Производство модифицированных химических элементов: алюминия, конструктивных сталей и магния. При взаимодействии с редкоземельными металлами они становятся более прочными и пластичными.
2. Изготовление добавок к чугуну, улучшающих прочность и ковкость сплава. Модифицированный материал может применяться для изготовления труб, прутков и металлических листов.
3. В нефтехимической индустрии: для ускорения протекания химических реакций, что повышает эффективность производства.
4. Для изготовления пиротехнических изделий и туристических огнив.
5. В атомной энергетике: для изготовления стекол, устанавливающихся в ядерных лабораториях. Они не темнеют от массивного излучения и защищают персонал от воздействия радиационных волн.
6. Для изготовления порошков, предназначенных для полировки зеркальных и оптических поверхностей.
7. При производстве зажигалок. Мишметалл выступает в качестве пирофорного состава, высекающего искры при отсутствии прямых источников пламени. Устройства, изготовленные с применением редкоземельных смесей, легко зажигаются при взаимодействии с кислородом.
8. В медицине: изготовление лекарств для лечения морской болезни и предотвращения ее симптомов.
9. В электронике: производство мощных батарей для аккумуляторов смартфонов, компактных персональных компьютеров и сотовых телефонов.

Применение мишметалла ограничено ценой материала. Средняя стоимость 1 кг сплава составляет 18 американских долларов.

Получение

Несмотря на то, что он входит в состав редкоземельных элементов, содержание самария выше, чем у олова и других металлов. Обнаружено, что он связан с оксидами редкоземельных металлов, составляющими эти минералы, такие как церит, гадолинит, монацит и бастнасит, являясь одним из основных минералогических источников монацита, поскольку он содержит около 2,8% самария.

Есть несколько способов получить его. Один из них заключается в обработке монацитовых песков и разделении ионов Sm.3+либо путем растворения и последующей экстракции растворителем, либо с помощью ионообменной хроматографии.

Ионы самария при получении в виде SmCl₃, подвергаются электролизу расплавленной смесью NaCl или CaCl₂. С другой стороны, если эти ионы получить как Sm₂ИЛИ₃, затем оксид восстанавливается в танталовом тигле с использованием лантана, где пары самария перегоняются из-за его более низкой температуры кипения. Уравнение для этого сокращения выглядит следующим образом:

Вы₂ИЛИ₃ + 2La → 2Sm + La₂ИЛИ₃

Восстановление осуществляется в горячем состоянии (около 1400 ° C) в вакуумной индукционной печи, что дополнительно ускоряет отгонку образующихся паров самария.

Мишметалл

Мишметалл из хлоридов получают при напряжении 12 в, силе тока 1300 а, начальной катодной плотности тока 15 – 27 а / см2, анодной – 3 – 4 а / см2 при 800 – 950 С. В качестве катода используется железо, анод – графитовый. Электролиз проводится при 800 – 850 С с добавлением BaF2 и LiF. Материалом для тигля, анода и катода служит графит.
 

Мишметалл получают электролизом расплава безводных хлоридов РЗЭ в присут. С в стальных аппаратах, стенки к-рьтх служат катодом, а графитовые стержни-анодом. Разработан электролиз смеси фторидов РЗЭ, расплавов соед. РЗЭ с жидким металлич.
 

Мишметалл – сплав всех редкоземельных металлов, входящих в состав монацита; содержит 22 – 25 % лантана и 45 – 52 % церия. Мишметалл отличается хрупкостью, но в 1957 г. из него были изготовлены прутки, бруски и проволока.
 

Мишметалл, как Са и А1, имеет большое сродство к кислороду, и реакция восстановления сопровождается большим выделением тепла.
 

Мишметалл используется, в основном, в металлургии и для производства более легких видов кремния.
 

Мишметалл, являющийся исходным техническим продуктом, обычно поставляется в видеодисков весом 18 – 25кг, слитков, прутков, проволоки, токарных заготовок и порошка.
 

Мишметалл представляет собой смесь редкоземельных металлов цериевой группы переменного состава, зависящего от исходного материала.
 

Мишметалл отличается хрупкостью, но в 1957 г. из него были изготовлены прутки, бруски и проволока.
 

Мишметаллом пользуются, чтобы создать твердение медных сплавов.
 

Мишметаллом пользуются, чтобы создать твердение медных сплавов. Церии растворим в титане в количестве около 0 59 – 6 и повышает его пластичность за счет прочности. Гадолиний же в концентрациях приблизительно до 5 % повышает прочность сплавов и предел текучести.
 

Добавки мишметалла повышают жаропрочность алюминиевых сплавов и высокотемпературное сопротивление никелевых сплавов окислению.
 

Добавки мишметалла ( менее 1 %) к алюминиевым сплавам повышают их временное сопротивление на разрыв, жаростойкость, сопротивление вибрации, не увеличивая при этом электросопротивления, повышают технологическую пластичность этих сплавов. В США из этих сплавов изготавливают провода для линий электропередач.
 

Состав типичного патентованного мишметалла с повышенным содержанием лантана следующий: 30 % лантана ( миним.
 

В мишметалле определяют сумму редкоземельных элементов, отдельно церий и железо.
 

Магнитные свойства сплавов при комнатной температуре ( предельные теоретические значения.

Подготовка

Исторически мишметалл получали из монацита , безводного фосфата легких лантаноидов и тория. Руда подвергалась крекингу путем реакции при высокой температуре либо с концентрированной серной кислотой, либо с гидроксидом натрия . Торий удаляли, используя его более слабую основность по сравнению с трехвалентными лантаноидами, его дочерний радий осаждали с использованием уноса сульфатом бария , а оставшиеся лантаноиды превращали в их хлориды . Полученный в результате «хлорид редкоземельного металла» ( гексагидрат ), иногда известный как «хлорид лантаноида», был основным химическим продуктом промышленности редкоземельных элементов

Путем осторожного нагревания, предпочтительно с хлоридом аммония или в атмосфере хлористого водорода , гексагидрат может быть дегидратирован с образованием безводного хлорида. Электролиз расплавленного безводного хлорида (смешанного с другим безводным галогенидом для улучшения поведения расплава) привел к образованию расплавленного мишметалла, который затем был отлит в слитки

Любое содержание самария в руде, как правило, не сводилось к металлу, а накапливалось в расплавленном галогениде, от которого его впоследствии можно было выгодно выделить. Мишметалл, полученный из монацита, обычно содержал около 48% церия, 25% лантана, 17% неодима и 5% празеодима, а остальную часть составляли другие лантаноиды. Когда примерно в 1965 году бастнезит начали перерабатывать для получения редкоземельных элементов, он также был преобразован в разновидность хлорида редкоземельных элементов, а затем в мишметалл. Эта версия содержала больше лантана и меньше неодима.

По состоянию на 2007 год высокий спрос на неодим сделал выгодным удаление всех более тяжелых лантаноидов и неодима (а иногда и всего празеодима) из смеси лантаноидов природного происхождения для отдельной продажи и включение только La-Ce- Pr или La-Ce в наиболее экономичных формах мишметалла. Легкие лантаноиды настолько похожи по своим металлургическим свойствам, что эти усеченные смеси одинаково хорошо подходят для любого применения, для которого подходил бы исходный состав. Традиционный «хлорид редкоземельных элементов», как товарный химикат, также использовался для извлечения отдельных редкоземельных элементов компаниями, которые не хотели перерабатывать руды напрямую. По состоянию на 2007 год мишметалл обычно стоил менее 10 долларов США за килограмм, а базовые смеси хлоридов редкоземельных элементов обычно менее 5 долларов США за килограмм.

Mischmetal на рынке и в промышленности

Мишметалл не продается как товар на основных биржах, но потребляется через несколько промышленных каналов. Китай является крупнейшим производителем редкоземельных элементов, в том числе мишметаллических сплавов.

Мишметалл напрямую потребляется в промышленности:

• Как поглотитель кислорода при производстве электронных ламп.
• В аккумуляторах, использующих металлогидридную технологию.
• В качестве источника искры для разжигания огня и пламени, а также в спецэффектах кино.
• Производителями стали и цветных металлов для улучшения литейных и механических свойств некоторых сплавов.

Физические свойства

В целом мишметалл мягкий и хрупкий. Однако, поскольку редкоземельные элементы легко окисляют и поглощают водород и азот, чрезвычайно трудно получить достаточно чистый образец мишметалла, чтобы проверить его механические и электрические свойства.

По данным Jiangxi Xinji Metals, ведущего китайского производителя мишметалла, даже редкоземельные металлы с коммерческой чистотой 99,99999% могут содержать только 99,99% редкоземельных металлов в состоянии поставки с содержанием примесей кислорода в сплаве до 10 000 частей на миллион.

Эти примеси создают дефекты решетки и микроструктурные включения, которые отрицательно влияют на свойства прочности, ударной вязкости, пластичности и проводимости. В результате в промышленности или в исследовательской литературе не публикуются какие-либо значимые и надежные данные о физических свойствах различных коммерческих мишметаллов.