مقدمهای بر کاربرد عناصر خاکی کمیاب
عناصر خاکی کمیاب که به عنوان "ویتامینهای صنعتی" شناخته میشوند، با خواص مغناطیسی، نوری و الکتریکی عالی و غیرقابل جایگزینی، نقش بزرگی در بهبود عملکرد محصول، افزایش تنوع محصول و بهبود راندمان تولید ایفا کردهاند. به دلیل نقش مهم عناصر خاکی کمیاب، استفاده از آنها در مقیاس کوچک، به عنصری مهم برای بهبود ساختار محصول، بهبود محتوای علمی و فناوری، ارتقای پیشرفت فناوری در صنعت تبدیل شده است و به طور گسترده در متالورژی، نظامی، پتروشیمی، سرامیک شیشهای، کشاورزی و مواد جدید و سایر زمینهها مورد استفاده قرار گرفته است.
صنعت متالورژی
عناصر خاکی کمیاب بیش از 30 سال است که در زمینه متالورژی مورد استفاده قرار میگیرند و فناوری و تکنولوژی بالغتری را شکل دادهاند. عناصر خاکی کمیاب در فولاد و فلزات غیرآهنی، حوزه وسیعی را تشکیل میدهند و چشمانداز وسیعی دارند. فلزات خاکی کمیاب یا فلوراید، سیلیکات اضافه شده به فولاد، میتوانند نقش پالایش، گوگردزدایی، حذف ناخالصیهای مضر با نقطه ذوب متوسط و پایین را ایفا کنند و میتوانند عملکرد پردازش فولاد را بهبود بخشند. این فلز به طور گسترده در صنعت تولید خودرو، تراکتور، موتور دیزل و سایر ماشینآلات استفاده میشود. فلزات خاکی کمیاب اضافه شده به منیزیم، آلومینیوم، مس، روی، نیکل و سایر آلیاژهای غیرآهنی، میتوانند خواص فیزیکی و شیمیایی آلیاژها را بهبود بخشند و خواص مکانیکی آلیاژها را در دمای اتاق و دمای بالا بهبود بخشند.
از آنجا که عناصر خاکی کمیاب خواص فیزیکی عالی مانند نوری و الکترومغناطیسی دارند، میتوانند مواد جدیدی با خواص مختلف و طیف گستردهای از مواد دیگر را تشکیل دهند که میتواند کیفیت و عملکرد سایر محصولات را تا حد زیادی بهبود بخشد. بنابراین، نام "طلای صنعتی" وجود دارد. اول از همه، افزودن عناصر خاکی کمیاب میتواند استفاده از تانکها، هواپیماها، موشکها، فولاد، آلیاژ آلومینیوم، آلیاژ منیزیم، آلیاژ تیتانیوم و عملکرد تاکتیکی را تا حد زیادی بهبود بخشد. علاوه بر این، عناصر خاکی کمیاب همچنین میتوانند به عنوان الکترونیک، لیزر، صنعت هستهای، ابررساناها و بسیاری دیگر از روانکنندههای پیشرفته مورد استفاده قرار گیرند. فناوری عناصر خاکی کمیاب، زمانی که در ارتش استفاده شود، ناگزیر جهشی در علم و فناوری نظامی ایجاد خواهد کرد. به یک معنا، کنترل قاطع ارتش ایالات متحده بر جنگهای محلی پس از جنگ سرد، و همچنین توانایی آن در کشتن دشمن به شیوهای لجامگسیخته و عمومی، به دلیل طبقه ابرانسانی فناوری عناصر خاکی کمیاب آن است.
پتروشیمیها
عناصر خاکی کمیاب را میتوان در حوزه پتروشیمی برای ساخت کاتالیزورهای غربال مولکولی با فعالیت بالا، گزینشپذیری خوب، مقاومت قوی در برابر مسمومیت با فلزات سنگین و مزایای دیگر استفاده کرد، بنابراین جایگزین کاتالیزورهای سیلیکات آلومینیوم برای فرآیند ترک خوردگی کاتالیزوری نفت میشود؛ حجم گاز تصفیه آن 1.5 برابر بزرگتر از کاتالیزور آلومینیوم نیکل است، در فرآیند سنتز لاستیک شونبوتیل و لاستیک ایزوپرن، استفاده از کاتالیزور آلومینیوم خاکی کمیاب اسید سیکلان - سه ایزوبوتیل، عملکرد محصول به دست آمده خوب است، با تجهیزات کمتر چسب آویزان، عملکرد پایدار، فرآیند پس از تصفیه کوتاه و مزایای دیگر؛ و غیره.
سرامیکهای شیشهای
حجم کاربرد عناصر خاکی کمیاب در صنعت شیشه و سرامیک چین از سال ۱۹۸۸ با نرخ متوسط ۲۵ درصد افزایش یافته و در سال ۱۹۹۸ به حدود ۱۶۰۰ تن رسیده است و سرامیکهای شیشهای خاکی کمیاب نه تنها مواد اولیه سنتی صنعت و زندگی هستند، بلکه اعضای اصلی حوزه فناوری پیشرفته نیز میباشند. اکسیدهای عناصر خاکی کمیاب یا کنسانترههای فرآوری شده عناصر خاکی کمیاب میتوانند به عنوان پودرهای صیقلدهنده به طور گسترده در شیشههای اپتیکی، لنزهای عینک، لولههای تصویربرداری، لولههای اسیلوسکوپ، شیشههای تخت، شیشههای پلاستیکی و فلزی برای صیقل دادن ظروف غذاخوری استفاده شوند. به منظور حذف رنگ سبز از شیشه، افزودن اکسیدهای عناصر خاکی کمیاب میتواند کاربردهای مختلفی از شیشههای اپتیکی و شیشههای مخصوص، از جمله از طریق مادون قرمز، شیشههای جاذب اشعه ماوراء بنفش، شیشههای مقاوم در برابر اسید و حرارت، شیشههای مقاوم در برابر اشعه ایکس و غیره، در سرامیک و مینا ایجاد کند. افزودن عناصر خاکی کمیاب میتواند ترک خوردگی لعاب را کاهش دهد و باعث شود محصولات رنگها و درخشندگی متفاوتی نشان دهند. این ماده به طور گسترده در صنعت سرامیک مورد استفاده قرار میگیرد.
کشاورزی
نتایج نشان میدهد که عناصر خاکی کمیاب میتوانند محتوای کلروفیل گیاهان را بهبود بخشند، فتوسنتز را افزایش دهند، توسعه ریشه را ارتقا دهند و جذب مواد مغذی سیستم ریشه را افزایش دهند. عناصر خاکی کمیاب همچنین میتوانند جوانهزنی بذر را افزایش دهند، سرعت جوانهزنی بذر را افزایش دهند و رشد گیاهچه را ارتقا دهند. علاوه بر نقشهای اصلی فوق، این عناصر همچنین توانایی تولید محصولات خاصی را برای افزایش مقاومت در برابر بیماری، سرما و خشکی دارند. تعداد زیادی از مطالعات نیز نشان دادهاند که استفاده از غلظتهای مناسب عناصر خاکی کمیاب میتواند جذب، تبدیل و استفاده از مواد مغذی در گیاهان را ارتقا دهد. اسپری کردن عناصر خاکی کمیاب میتواند محتوای Vc، محتوای کل قند و نسبت قند به اسید سیب و مرکبات را بهبود بخشد و رنگآمیزی و زودرسی میوه را افزایش دهد. میتواند قدرت تنفس را در طول انبارداری مهار کند و سرعت پوسیدگی را کاهش دهد.
مواد جدید
ماده آهنربای دائمی بور فریت خاکی کمیاب، با مغناطیس پسماند بالا، نیروی ارتوپدی بالا و انباشت انرژی مغناطیسی بالا و سایر ویژگیها، به طور گسترده در صنایع الکترونیک و هوافضا و محرک توربینهای بادی (به ویژه مناسب برای نیروگاههای تولید برق فراساحلی) استفاده میشود. - گارنتهای آلومینیومی و شیشه نیوبیوم ساخته شده از زیرکونیوم با خلوص بالا میتوانند به عنوان مواد لیزر جامد استفاده شوند. بورونهای خاکی کمیاب میتوانند برای ساخت مواد کاتدی ساطع شده به صورت الکترونیکی استفاده شوند. فلز نیکل نیوبیوم یک ماده ذخیرهسازی هیدروژن تازه توسعه یافته در دهه 1970 است. و اسید کرومیک یک ماده ترموالکتریک با دمای بالا است. در حال حاضر، مواد ابررسانای ساخته شده از اکسیدهای مبتنی بر نیوبیوم با بهبود عناصر اکسیژن مبتنی بر نیوبیوم در جهان میتوانند ابررساناهایی را در منطقه دمایی نیتروژن مایع به دست آورند که این امر پیشرفتی در توسعه مواد ابررسانا محسوب میشود. علاوه بر این، عناصر خاکی کمیاب به طور گسترده در منابع نوری مانند فسفرها، فسفرهای صفحه نمایش تقویتشده، فسفرهای سه رنگ، پودرهای نوری فتوکپی (اما به دلیل هزینه بالاتر قیمت عناصر خاکی کمیاب، کاربرد آنها در روشنایی به تدریج کاهش یافت)، تبلتهای تلویزیون پروجکشن و سایر محصولات الکترونیکی نیز استفاده میشوند؛ این عنصر میتواند خروجی خود را 5 تا 10 درصد افزایش دهد، در صنعت نساجی، کلرید عناصر خاکی کمیاب نیز به طور گسترده در دباغی خز، رنگرزی خز، رنگرزی پشم و رنگرزی فرش استفاده میشود و عناصر خاکی کمیاب را میتوان در مبدلهای کاتالیزوری خودرو برای کاهش آلایندههای اصلی موجود در گاز خروجی موتور به ترکیبات غیرسمی استفاده کرد.
کاربردهای دیگر
عناصر خاکی کمیاب همچنین در انواع محصولات دیجیتال از جمله صوتی-تصویری، عکاسی، ارتباطات و انواع تجهیزات دیجیتال استفاده میشوند تا محصول کوچکتر، سریعتر، سبکتر، با زمان استفاده طولانیتر، صرفهجویی در انرژی و بسیاری از نیازهای دیگر را برآورده کنند. در عین حال، در انرژی سبز، مراقبتهای پزشکی، تصفیه آب، حمل و نقل و سایر زمینهها نیز کاربرد داشته است.