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稀土元素钐及其应用

发布时间:2023-04-03人气:153

          1879年,法国化学家波依斯包德朗(P.? Lecoq de Boisbaudran)从铌钇矿得到的“镨钕”即“迪迪姆”(Didymium)中发现了新的稀土元素“钐”。钐属于轻稀土(铈组稀土),在自然界中的丰度为7.9,名列第七,其丰度比锡(Sn 2.2)要高,比起钨(W 1.0)和钼(Mo 1.5)更是高的多,在全部元素地壳中的丰度排行榜中位列40,也算是比较丰富的元素。

  第一代稀土永磁材料钐钴磁体的诞生,曾经使钐在上个世纪70年代成为稀土家族中“红级一时”的成员。先是SmCo5于1969年问世。20世纪70年代末又出现第二代稀土永磁材料Sm2Co17,其最大磁能积达到30兆高奥(240千焦耳/米3)。由于钐钴永磁不但磁性强,而且具有很高的矫顽力(抗反磁场性能)和优异的高温使用性能,成为当时电子工业和军工特殊用途的新宠。1969年7月20日,美国载人宇宙飞船“阿波罗11号”首次成功登上月球,实现了人类登月梦想,是人类研究宇宙、探索宇宙的一个里程碑。在阿波罗多次登月计划的顺利实现中,导航系统上采用了钐钴永磁体,也保证了以后一系列航天计划的顺利实施。钐钴永磁材料在阿波罗上的应用被看作稀土用于尖端技术的典范。由此也使金属钐在当时一时“洛阳纸贵”,身价倍增。我国稀土科学家紧跟世界步伐,当时研制的钐钴永磁材料性能就已达到世界先进水平。20世纪70年代后期,为满足市场需求,我国建立了小型生产线,总年生产能力达到几吨,其产品主要满足军工和特殊需要,已广泛用在如风云气象卫星、航空航天工程等重大项目中。

  20世纪80年代,出现了磁性更强的第三代稀土永磁材料钕铁硼。由于钕、铁比钐、钴资源丰富,价格也低得多,自然具有更强的市场竞争力。因此也取代了许多钐钴永磁材料的市场。但钐钴磁体在高热使用稳定性和抗腐蚀等性能方面一直优于钕铁硼磁体,目前仍然是某些工业特别是军事和航空等领域的首选材料,这方面的潜在市场依然比较大。目前全世界钐钴永磁体的产量在500吨左右,主要集中在日本,我国钐钴磁体的产量较低,仅100多吨。我国烧结钕铁硼磁体的产量已超过日本,但钐钴磁体仍落后于日本。但氧化钐和金属钐的生产主要集中在我国。所以国内钐钴磁体的生产潜力很大,也被国际市场看好。

  钐在永磁材料中的另一大用途是制备新型粘结磁体。20世纪90年代初期研制开发的新型磁性材料钐铁氮磁体已经产业化。钐铁氮磁体中的稀土含量比钕铁硼磁体低,而氧化钐的价格低于氧化钕,因此成本可能比钕铁硼磁体低,而钐铁氮磁体的某些性能(耐热性和耐蚀性)优于钕铁硼磁体。钐还可用做钐基巨磁致伸缩材料。这些都将成为是钐的潜在市场,或许有朝一日,钐会因为找到新的应用大户而再次走俏。

  由于铕的需求扩大,造成了钐和钆的积压,但提取铕之后的钐钆富集物可用来制备钐钆复合物高性能隔热陶瓷材料,可用于航空、汽车等领域。

  纳米氧化钐可应用于陶瓷电容器和催化剂方面。甲烷通过氧化钐催化可转变成乙烷和乙烯。二碘化钐可选择性地将乙醛还原成乙醇。钐催化剂在甲烷转化时具有很高的活性、稳定性和选择性。

  钐具有中子俘获截面积大(5500靶)的特殊核性质,可用作原子能反应堆的结构材料,屏敝材料和控制材料,如用作快中子增强反应堆的中子吸收剂,使核裂变产生巨大的能量得以安全利用。钐还可用作石榴石的掺杂剂,也可用于特种的玻璃滤光器中,例如红外线滤光器。钐还被用于生物研究和医疗。 


 


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