عناصر نادر خاکي و کاربرد آن در سراميک

بعلت خواص مشابه، عناصر نادر خاکي به سختي از هم جدا مي شوند و کاربرد آنها بصورت گروهي يا ترکيبي از چندين عنصر مي باشد. توريم با عناصر نادر خاکي همراه خود، براي اولين بار در سده 1800 در توليد پوشش گازهاي گداخته مورد استفاده قرار گرفت. از ديگر کاربردهاي عناصر نادر خاکي مي توان به کاربرد آنها در سنگهاي آتش زنه، قوسهاي کربني، ترکيبات ساينده ، صنايع شيشه سازي و سراميک سازي بود. آلياژ Mischmetal ترکيبي از 51 تا 53 درصد Ce، 22 تا 25 درصد La ، 15 تا 17 درصد Nd، 3 تا 4 درصد Pr، 2 تا 3 درصد Sm، 3 درصد Tb، 3 درصد Y و 5 درصد Fe مي باشد که اصولاٌ در توليد سنگهاي آتش زنه و استيل مقاومت بالا و آلياژ با مقاومت پايين استفاده مي شود.
حدود 95 درصد کاربردها بصورت ترکيب و 5 درصد باقيمانده بصورت عنصر مجزا مي باشد. در جهان، تقريباٌ 35 درصد عناصر نادر خاکي بصورت کاتاليزور در پالايش نفت خام استفاده مي شود. به عنوان مثال افزايش 1 تا 5 درصد کلرايد عناصر نادر خاکي به يک کاتاليزور زئوليت سرعت تجزيه را تا ميزان بالايي افزايش مي دهد. عناصر نادر خاکي در تبديلات کاتاليتيک در اتومبيل نيز استفاده مي شوند.
تقريباٌ 30 درصد آنها در صنايع متالوژي بصورت يک عامل آلياژي در استيلهاي سولفورزدايي شده، بصورت يک عامل در تشکيل آهن هاي مفتولي، سنگ آتش زنه و همچنين بصورت عامل آلياژي در بهبود خصوصيات سوپر آلياژها و آلياژهاي منيزيم، آلومينيوم و تيتانيوم استفاده مي شود.
مقدار عناصر مجزا براي 5 درصد باقيمانده بيش از 50 درصد ارزش پولي را در برمي گيرد. امروزه کاربرد وسيع عناصر نادر خاکي در توليد آهنرباهاي دائمي است.
آهن رباي دائمي ساماريم- کبالت (SmCo3 - Sm2Co17) در صنعت، کاربردهاي نظامي و فضايي بکار مي رود درصورتي که آهن رباي ارزانتر نئوديميم- آهن- بر (Nd2Fe14¬B) در موتور اتومبيل، شيشه جلو اتومبيل ، آهن رباي پزشکي، موتورهاي صنعتي، درايور سي دي ، درايور ديسکتهاي کامپيوتر، استريو هاي شخصي و دوربين ها استفاده مي شود. ديگر کاربردهاي صنعتي شامل: رنگ فسفري در تلويزيونهاي رنگي و لامپهاي ف فلوئورسنت، ابزارهاي نگهدارنده حباب لولاها، سنسورهاي اکسيژن، فيبرهاي نوري، بلور سنتزکننده در ليزرها (بخصوص براي Nd)، آلياژ لانتانيوم- نيکل براي نگهداري اکسيژن و گاليم- گادولينيوم- گارنت بصورت حافظه فيلمي براي کامپيوتر. عناصر نادر خاکي در صنايع هسته اي در کنترل قدرت و ... نيز کاربرد دارند. توريم نيز يک منبع سوخت اتمي است.

عنصر Lanthanium
شيشه هاي سراميکي، شيشه هاي نوري با کيفيت بالا، لنزهاي دوربين، کريستالهاي ميکروموج، پوليش شيشه، تجزيه مولکول هاي بزرگ مواد نفتي.

عنصر Cerium
پوليش شيشه، کاتاليست هايي که براي تجزيه مولکول هاي بزرگ نفتي ، آلياژهاي آهنداربراي جرقه زدن در فندک ، در ترکيب با آلومينيم، منيزيم واستيل براي بهبود خصوصيات حرارتي واستحکام و استحفاظ تابشي آلياژها.

عنصرPraseodymium
رنگدانه هاي سراميک زرد، کاشي، باتري هايي از جنس سراميک، با نئوديميم بصورت ترکيب براي محافظ شيشه.

عنصرNeodymium
باتري هايي از جنس سراميک، در لعاب و شيشه هاي رنگي، اشعه ليزر، استحکام زياد در مگنت هاي ثابت مثل آلياژهاي نئوديميم، آهن و بر، تجزيه مولکول هاي بزرگ نفتي .

عنصرPromethium
اين عنصر در طبيعت يافت نمي شود وبه صورت راديواکتيو، در راکتورهاي اتمي توليد مي شود و براي طولاني کردن عمر باتري ها، ابزارهاي قابل پرتاب (گلوله) در محيط هاي خشن استفاده مي شود .

عنصرsamarium
در آلياژهاي مگنتيک بالا براي مگنت ثابت ، آلياژ samarium- کبالت ممکن است به عنوان جانشين نئوديميم قرارگيرد ، شيشه هاي ليزري،کنترل راکتور و استحفاظ نوترون.

عنصرEuropium
يکي از عناصر نادر خاکي و واکنش پذير ترين آنها بوده و جاذب نوترون ميله کنترل در راکتورهاي هسته اي، لامپ هاي رنگي، لامپ اشعه کاتدي، روشنايي قرمز در تلويزيون هاي رنگي استفاده مي گردد.

عنصرGadolinium
ليزرهاي سه بعدي، جزء اصلي در تراشه حافظه کامپوتر، مقاومت در حرارت هاي بالا و خنک کن هاي برودتي.

عنصرTerbium
اين عنصرهمراه با Gadolinium ديده مي شود و در تونل هاي اشعه کاتدي، مگنت ها،حافظه نوري کامپيوتر، از متشکله هاي Hard Disc هاي آينده و آلياژهاي Magnetostrictive کاربرد دارد.

عنصرDysprosium
جاذب نوترون ، آلياژهاي مگنتيک ، کنترل راکتورهاي هسته اي، ترکيب با نئوديميم براي مگنت هاي ثابت، کاتاليست ها.

عنصرHolmium
جاذب نوترون ،کنترل راکتورهاي هسته اي، کاتاليست ها، مقاوم ها.

عنصرErbium
اين عنصرخصوصيات فيزيکي تقريباً مشابه با Holmium و Dysprosium دارد و درسراميک ها براي توليد لعاب صورتي و شيشه هاي جاذب اشعه مادون قرمز کاربرد دارد.

عنصرThulium
پرتوافکن اشعه x در راکتورهاي هسته اي و ماشين هاي پرتابل.

عنصرYtterbium
خصوصيات آن بسيار مشابه Lutetium بوده اما ارزش کاربردي آن در حال حاضر شناخته شده نيست.

عنصر Lutetium
خصوصيات فيزيکي و شيميايي آن شناخته شده نيست. احيا کننده در محصولات استن لس استيل ، باتري هاي قابل شارژ،مصارف پزشکي، روشنايي قرمز در تلويزيون هاي رنگي ، فوق هادي ها.

عنصر Yttrium
همراه با Holmium وErbium يافت مي شود. احيا کننده در محصولات استيل ، باتري هاي قابل شارژ،مصارف پزشکي، روشنايي قرمز در تلويزيون هاي رنگي ، فوق هادي ها.

عنصر Scandium
اين عنصر از لحاظ خواص فيزيکي و شيميايي بسيار نزديک به آلومينيم است و در لوله اشعه ايکس، کاتاليست هايي براي پليمريزاسيون، آلياژهاي سخت شده Ni-Cr ، چيني(porcelain) دندانپزشکي کاربرد دارد.

عنصر Thorium
اين عنصر همانند نيکل و به نرمي و فراواني سرب بوده و در Gas Mantles مي تواند به عنوان جانشين اورانيوم به عنوان سوخت هسته اي مورد استفاده قرار بگيرد.

جدول 4- ميزان مصرف عناصر نادر خاکي در صنايع گوناگون در جهان در سال 1997 بر حسب (t REO )

 

ادامه جدول 4

 

جدول5 - ميزان مصرف عناصر نادر خاکي در صنايع کاربردي در جهان در سال 1997 بر حسب (t REO)

 

شکل4 - ميزان مصرف عناصر نادر خاکي در صنايع کاربردي در جهان در سال 1997 بر حسب (t REO)