희토류 원소란 무엇인가요?

희토류 원소란 스칸듐 Sc, 이트륨 Y, 란타늄 La, 세륨 Ce, 프라세오디뮴 Pr, 네오디뮴 Nd, 프로메튬 Pm, 사마륨을 포함하는 란탄 계열 희토류 원소 그룹의 총칭입니다. Sm, 유로퓸 Eu, 가돌리늄 Gd, 테르븀 Tb, 디스프로슘 Dy, 홀뮴 Ho, 에르븀 Er, 툴륨 Tm, 이테르븀 Yb, 루테튬 Lu, ***17개 원소.

'희토류'라는 용어는 당시 이러한 원소를 추출하는 데 사용된 광물이 상대적으로 부족했고, 얻은 산화물이 녹거나 녹는 것이 어려웠기 때문에 18세기부터 사용된 이름이다. 물과 분리가 어렵고, 그 모습이 '토양'과 유사하여 희토류라 불린다. 희토류 원소는 '경희토류 원소'와 '중희토류 원소'로 구분됩니다.

'경희토류 원소'란 스칸듐 Sc, 이트륨 Y, 란타늄 La, 세륨 Ce, 프라세오디뮴 Pr, 및 원자 번호가 더 작은 Nd, 프로메튬 Pm, 사마륨 Sm, 유로퓸 Eu를 갖는 네오디뮴.

"중희토류원소"에는 비교적 원자번호가 큰 가돌리늄 Gd, 테르븀 Tb, 디스프로슘 Dy, 홀뮴 Ho, 에르븀 Er, 툴륨 Tm, 이테르븀 Yb, 루테튬 Lu 등이 있습니다.

2. 희토류 자원 및 매장량

희토류 원소의 활성 특성으로 인해 지각에서는 천연 금속 무수물이나 황화물이 발견되지 않습니다. 일반적으로 복합 산화물, 함수 또는 무수 규산염, 함수 또는 무수 인산염, 인규산염, 플루오로카보네이트 및 불화물의 형태로 발견됩니다. 희토류 원소의 이온 반경과 산화 상태는 다른 모든 원소와 유사하기 때문에 종종 광물의 다른 원소와 함께 발생합니다.

우리나라의 희토류 자원은 세계 희토류 자원의 80%를 차지해 산화물(REO) 기준으로 3600만톤에 달하고, 예상 매장량은 실제로 1억톤에 달한다.

우리나라의 희토류 자원은 북부와 남부로 나뉜다.

——북쪽: 경희토류 자원은 Baotou Bayan Obot 등지에 집중되어 있으며 나중에 쓰촨성 Mianning에서 발견되었습니다. 주로 란타늄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴 및 소량의 사마륨, 유로뮴, 가돌리늄 및 기타 원소를 함유합니다.

——남쪽: 장시성, 광동성, 광시성, 복건성 지역에 분포하는 중중형 희토류 자원; , 후난 및 기타 지방에서는 희귀한 이온 발생 및 화강암 풍화 껍질에는 주로 사마륨, 유로뮴, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 루테튬, 이트륨, 란타늄 및 네오디뮴과 같은 원소가 포함되어 있습니다.

우리나라의 희토류 산업도 북부와 남부의 두 가지 주요 생산 시스템으로 나뉩니다.

——북측에서는 바오터우희토류하이테크회사와 간쑤희토회사를 축으로 바오터우희토류자원을 주축으로 하고 쓰촨성자원을 주요자원으로 하는 경희토류제품생산체계를 형성하였다. 보충제. 주요 기업으로는 원자력 산업 202 공장, Baotou Lu Sirona 희토류 유한 회사, Baotou Hefa 희토류 공장, Baotou 희토류 제련 공장, 하얼빈 희토류 재료 공장, 쓰촨 희토류 재료 공장, 쓰촨 Shifang Ji 화학 공장, 애닝강 희토류 제련소 잠깐만요. 주요 제품에는 희토류 정광, 희토류 규소철 합금, 혼합 희토류 화합물, 정광, 혼합 금속 등이 포함됩니다. 희토류 정광 생산 능력과 취급 처리 능력은 50,000톤(REO-산화물 계산)에 달합니다.

——남측은 상하이웨롱비철금속유한공사를 선두로 강서성, 광둥성 지역의 이온성 희토류 자원을 기반으로 한 중·중형 희토류 생산 시스템을 구축했다. 주요 기업으로는 광저우 Zhujiang 제련 공장, 광동 Yangjiang 희토류 공장, Jiangsu Xinwei Group, Jiangsu Liyang 설립자 희토류 일반 공장, Jiangyin Jiahua 희토류 제련 공장, Jiangsu Jiangfei 희토류 제련 공장, Jiangxi Longnan Rare Earth Company, Jiangxi Xunwu 희토류가 있습니다. 회사, 장시 희토류 회사, 장시 원자력 산업 713 광산 등 주요 제품은 다양한 고순도 단일 희토류 화합물 및 금속, 정광, 혼합 금속 및 합금입니다. 총 분리 규모가 10,000톤을 초과했으며, 북극광 희토류 원료의 대규모 가공 및 분리가 시작되었습니다.

4. 희토류 원소의 응용 범위

현재 희토류 원소의 응용은 급성장하고 있으며 과학 기술의 모든 측면, 특히 희토류 원소의 개발 및 응용으로 확대되었습니다. 일부 현대의 새로운 기능성 소재는 희토류 원소에 없어서는 안 될 원료가 되었습니다.

1. 전통 산업 분야에 희토류 원소 응용

-농업 분야: 현재 희토류 농업학, 희토류 토양 과학, 희토류 식물 생리학, 희토류 건강 독성학 및 희토류 추적은 분석 및 기타 분야에서 개발되었습니다.

식물 성장 및 생리 조절제로서 희토류는 작물 수확량 증가, 품질 및 스트레스 저항성 향상이라는 세 가지 주요 특성을 동시에 가지고 있으며, 희토류는 독성이 낮고 인간과 동물에 무해하며 환경을 오염시키지 않습니다. 환경; 희토류의 합리적인 사용은 작물의 가뭄, 침수 및 숙박 저항성을 향상시킬 수 있습니다. 현재 우리나라 농경지의 희토류 응용면적은 연간 5000만~7000만 에이커에 이르고 이로 인해 우리나라의 곡물, 면화, 콩, 기름, 설탕 등의 생산량이 6억~8억킬로그램 증가했다. 직접적인 경제효익은 10억~15억 위안이고 연간 희토류 소비량은 1100~1200톤이다.

——금속 산업: 희토류는 금속 산업에서 널리 사용되며 전체 희토류 사용량의 약 1/3을 차지합니다. 희토류 원소는 산소 및 황과 쉽게 반응하여 고온에서 녹는점이 높고 소성이 적은 산화물, 황화물 및 황 옥시화합물을 형성합니다. 희토류 원소를 용강에 첨가하면 개재물을 탈황 및 탈산하고 상온 및 저온 특성을 향상시킬 수 있습니다. 강철의 인성, 내파괴성, 일부 강철의 열간 취성을 감소시키고 가열 작업성과 용접 부품의 견고성을 향상시킵니다.

희토류는 주철에 흑연 구상화제, 핵제, 유해원소 조절제로 사용되어 주물의 품질을 향상시키고, 주물의 기계적 성질을 크게 향상시키는데 주로 사용됩니다. 금형, 압연기, 4가지 측면: 주조 파이프 및 특수 형상 부품.

비철 합금에 사용되며 다양한 비철 금속을 기반으로 하는 합금에 좋은 효과를 주어 합금의 물리적, 기계적 특성을 향상시킵니다. 가장 널리 사용되는 세 가지 계열은 알루미늄, 마그네슘 및 구리입니다.

——석유화학 산업: 희토류는 석유 분해 산업에서 희토류 분자체 분해 촉매로 사용됩니다. 희토류는 높은 활성, 우수한 선택성 및 높은 가솔린 생산성을 특징으로 합니다. 이 분야에서는 희토류가 대량으로 사용됩니다.

——유리 산업: 희토류는 유리 산업에서 세 가지 용도로 사용됩니다: 유리 착색, 유리 탈색, 특수 특성을 지닌 유리 제조. 유리 착색에 사용되는 희토류 산화물에는 네오디뮴(보라색 광택이 있는 분홍색), 프라세오디뮴 유리가 녹색(필터 만들기) 등이 포함됩니다. 이산화세륨은 유리의 황록색 2가 철을 3가로 산화시킬 수 있습니다. 탈색을 위해 비소의 독성이 있습니다. 과거에 사용된 산화물은 피할 수 있습니다. 물리적 탈색을 위해 산화네오디뮴을 첨가할 수도 있습니다. 세륨 유리(방사선 보호 유리) 및 란타늄 유리(광학 유리)와 같은 희토류 특수 유리도 있습니다.

——도자기 산업: 희토류를 도자기와 에나멜에 첨가하면 유약과 균열을 줄이고 광택을 낼 수 있습니다. 희토류 원소는 주로 세라믹용 안료로 사용됩니다. 희토류 원소는 채워지지 않은 4f 전자를 갖고 있기 때문에 자외선, 가시광선, 적외선 영역에서 서로 다른 파장의 빛을 흡수하거나 방출할 수 있으므로 방출되는 각 빛 영역의 범위가 작습니다. 더욱 다채로운 세라믹. 부드럽고 순수하며 참신한 톤과 좋은 마감. 노란색, 보라색, 녹색, 분홍색, 주황색, 갈색, 검정색 등. 희토류 산화물은 내열성 투명 세라믹(레이저 및 기타 분야에 사용)과 내열성 도가니(야금)를 만들 수 있습니다.

——전기 광원 산업 분야: 형광등의 발광 재료인 희토류는 광 효율이 좋고 광색이 좋으며 수명이 긴 에너지 절약형 광원입니다. 백열등에 비해 75~80%의 전력을 절약할 수 있습니다.

2. 첨단산업에 희토류 원소 적용

- 디스플레이용 발광재료: 희토류 원소 중 이트륨과 유로퓸이 적색형광체의 주원료이며, 컬러 TV, 컴퓨터 및 다양한 모니터에 널리 사용됩니다. 현재 우리나라의 컬러TV 적색분말 연간 생산량은 300-400톤, 컴퓨터 모니터 적색분말 50-100톤으로 국내 생산 컬러 디스플레이관 3,500만개와 모니터 100만개에 달하는 수요를 충족시킨다.

——자성 재료: 네오디뮴, 사마륨, 프라세오디뮴, 디스프로슘 등은 현대 초영구자석 재료를 제조하는 주요 원료입니다. 이들의 자기 특성은 일반 영구자석 재료보다 4~10배 더 높습니다. 그들은 텔레비전, 전기 음향학, 의료 장비, 자기 부상 열차 및 군사 산업과 같은 첨단 기술 분야에서 널리 사용됩니다. 전문가들은 이러한 재료의 생산 가치가 금세기 말까지 35억 달러에 이를 것으로 예측합니다. 우리 시 난카이 대학에서 개발한 독립적인 지적 재산권을 가진 NdFeB 영구 자석 재료가 여기에 속하며 현재 Kenda 그룹과 산업화를 위해 협력하고 있습니다.

——수소 저장 물질: MMNi5(MM은 혼합 희토류 금속)와 LaNi5, 희토류 및 전이 원소의 금속간 화합물은 우수한 수소 흡수 물질이며 수소 스폰지라고 불립니다. 가장 성공적인 응용 분야는 2차 배터리(니켈-금속 수소 배터리라고도 알려진 금속 수소 배터리)의 제조입니다.

등가 충전 용량은 현재 널리 사용되는 니켈-카드뮴 배터리의 2배이며, 충방전 주기 수명과 출력 전압은 니켈-카드뮴 배터리와 동일하지만 카드뮴 오염이 없습니다. 우리 시의 난카이 대학은 수소 저장 재료의 연구 개발에 큰 이점을 가지고 있습니다. 863 프로젝트를 통해 Peace Bay Company는 니켈 금속 수소 배터리의 산업화를 시작했습니다.

——레이저 재료: 희토류 이온은 고체 레이저 재료와 무기 액체 레이저 재료의 가장 중요한 활성제이며, 이트륨 알루미늄 가넷(YAG)을 제외하고 Nd3 도핑 레이저 재료가 가장 많이 연구되고 있습니다. ), 이트륨 알루미네이트(YAP) 유리와 같은 매트릭스 외에도 희토류 농도가 높은 레이저 재료는 특수 용도의 재료라고 할 수 있습니다.

——정밀 세라믹: 산화 이트륨 부분적으로 안정화된 곡괭이 산화물은 매우 우수한 성능을 지닌 구조용 세라믹으로 다양한 특수 목적의 칼과 가위를 만드는 데 사용할 수 있습니다. 열전도율이 높고 팽창률이 낮으며 열 안정성이 뛰어나고 1650°C에서도 작업 강도가 저하되지 않아 엔진 마력이 높아지고 연료가 절약됩니다.

——촉매: 석유 분해 촉매 제조에 사용되는 것 외에도 희토류 산화물은 많은 화학 반응에 널리 사용됩니다. 예를 들어 희토류 산화물 LaO3, Nd2O3 및 Sm2O3는 석유 분해 촉매에 사용됩니다. 사이클로헥산의 탈수소화로 벤젠이 생성되고, 벤젠은 LnCoO3로 대체됩니다. 백금은 암모니아를 질산으로 산화하는 과정을 촉매합니다. 그리고 합성 이소프렌 고무와 부타디엔 고무 생산에서 촉매제로 사용됩니다.

자동차 배기가스는 현재의 도시 대기오염 문제를 해결하기 위해 CH와 CO를 산화시키고 NOX를 줄여야 합니다. 희토류 원소는 자동차 배기가스 정화 촉매의 주요 원료다. 우리 시의 화학공업연구소는 이 점에서 강력한 이점을 갖고 있으며 자동차 배기가스 정화기 제품의 형성을 촉진할 수 있습니다.

——고온 초전도 재료: 최근 몇 년간의 연구에 따르면 많은 단일 희토류 산화물과 이들의 혼합 희토류 산화물 중 일부가 고온 초전도 재료의 중요한 원료인 것으로 나타났습니다. 고온초전도물질이 실용화되면 전 세계는 지각변동을 겪게 될 것이다. 현재 우리나라는 희토류초전도재료생산연구에서 의미있는 돌파를 이룩하였다.