Lær om Dysprosium og historie, produksjon og applikasjoner

Dysprosium metall er et mykt, glans-sølv sjeldne jordelementer (REE) som brukes i permanente magneter på grunn av sin paramagnetiske styrke og høye temperaturbestandighet.

Eiendommer

  • Atomisk symbol: Dy
  • Atomnummer: 66
  • Elementkategori: lantanidmetall
  • Atomvekt: 162,50
  • Smeltepunkt: 1412 ° C
  • Kokepunkt: 2567 ° C
  • Tetthet: 8,551 g / cm3
  • Vickers hardhet: 540 MPa

Kjennetegn

Mens det er relativt stabilt i luft ved omgivelsestemperaturer, vil dysprosiummetall reagere med kaldt vann og løses raskt opp i kontakt med syrer. I flussyre vil imidlertid det tunge sjeldne jordartsmetallet danne et beskyttende lag med dysprosiumfluorid (DyF3).

Hovedapplikasjonen til det myke, sølvfargede metallet er i permanente magneter. Dette skyldes det faktum at ren dysprosium er sterkt paramagnetisk over -93°C (-136°F), noe som betyr at den tiltrekkes av magnetisk felt innenfor et bredt temperaturområde.

Sammen med holmium har dysprosium også det høyeste magnetiske momentet (styrken og retningen av trekk som blir påvirket av et magnetfelt) av ethvert element.

instagram viewer

Dysprosiums høye smeltetemperatur og nøytronabsorpsjonstverrsnitt tillater det også å brukes i kjernefysiske styrestenger.

Mens dysprosium vil maskinere uten gnist, brukes det ikke kommersielt som et rent metall eller i konstruksjon legeringer.

I likhet med andre lanthanidelementer (eller sjeldne jordarter) er dysprosium ofte naturlig assosiert i malmlegemer med andre sjeldne jordartselementer.

Historie

Den franske kjemikeren Paul-Emile Lecoq de Boisbadran anerkjente første gang dysprosium som et selvstendig element i 1886 mens han analyserte erbiumoksyd.

Avspeiler den intime naturen til REEs, de Boisbaudran undersøkte opprinnelig urent yttriumoksid, hvorfra han trakk erbium og terbium ved å bruke syre og ammoniakk. Erbiumoksid, i seg selv, ble funnet å ha to andre elementer, holmium og tulium.

Da de Boisbaudran jobbet videre hjemme hos seg, begynte elementene å avsløre seg som russiske dukker, og etterpå 32 syresekvenser og 26 ammoniakkutfelling, de Boisbaudran var i stand til å identifisere dysprosium som et unikt element. Han oppkalte det nye elementet etter det greske ordet dysprositos, som betyr "vanskelig å få".

Mer rene former av elementet ble utarbeidet i 1906 av Georges Urbain, mens en ren form (av dagens standarder) for elementet ble ikke produsert før i 1950, etter utviklingen av skilleveksling og optisk reduksjonsteknikker av Frank Harold Spedding, en pioner innen sjelden jordforskning, og teamet hans på Ames Laboratory.

Ames-laboratoriet, sammen med Naval Ordnance Laboratory, var også sentralt i utviklingen av en av de første viktigste bruksområdene for dysprosium, Terfenol-D. Det magnetostriktive materialet ble undersøkt i løpet av 1970-tallet og kommersialisert på 1980-tallet for bruk i marine sonarer, magneto-mekaniske sensorer, aktuatorer og svinger.

Dysprosiums bruk i permanente magneter vokste også med dannelsen av neodym-jern-boron (NdFeB) magneter på 1980-tallet. Forskning fra General Motors og Sumitomo Special Metals førte til opprettelsen av disse sterkere, billigere versjoner av den første permanente (samarium-kobolt) magneter, som hadde blitt utviklet 20 år tidligere.

Tilsetningen av mellom 3 og 6 prosent dysprosium (etter vekt) til NdFeB magnetisk legering øker magnetens Curie punkt og tvang, og forbedrer dermed stabilitet og ytelse ved høye temperaturer og reduserer også avmagnetisering.

NdFeB-magneter er nå standarden innen elektroniske applikasjoner og hybridelektriske kjøretøy.

REE-ene, inkludert dysprosium, ble kastet inn i det globale medias søkelys i 2009 etter at grenser for kinesisk eksport av elementene førte til tilbudsunderskudd og investorinteresse for metallene. Dette førte igjen til raskt økende priser og betydelige investeringer i utvikling av alternative kilder.

Produksjon

Nyere medieoppmerksomhet som undersøker global avhengighet av kinesisk REE-produksjon fremhever ofte det faktum at landet står for omtrent 90% av den globale REE-produksjonen.

Mens en rekke malmtyper, inkludert monazitt og bastnasitt, kan inneholde dysprosium, er kildene med høyest prosentandel av inneholdt dysprosium er ionadsorpsjonsleire fra Jiangxi-provinsen, Kina og xenotime malmer i Sør-Kina og Malaysia.

Avhengig av typen malm, må en rekke hydrometallurgiske teknikker benyttes for å trekke ut individuelle REE-er. Skum flotasjon og steking av konsentrater er den vanligste metoden for ekstraksjon av sjeldent jord sulfat, en forløperforbindelse som følgelig kan behandles via ionebytter forskyvning. De resulterende dysprosiumionene blir deretter stabilisert med fluor for å danne dysprosiumfluorid.

Dysprosiumfluorid kan reduseres til metallgjenger ved å varme opp med kalsium ved høye temperaturer i tantaldigel.

Global produksjon av dysprosium er begrenset til cirka 1800 tonn (inneholdt dysprosium) årlig. Dette utgjør bare omtrent 1 prosent av all sjelden jord foredlet hvert år.

De største produsentene av sjeldne jordarter inkluderer Baotou Steel Rare Earth Hi-Tech Co., China Minmetals Corp., og Aluminium Corp. av Kina (CHALCO).

applikasjoner

Den desidert største forbruker av dysprosium er permanentmagnetindustrien. Slike magneter dominerer markedet for høyeffektive trekkmotorer som brukes i hybrid- og elektriske kjøretøyer, vindmøllegeneratorer og harddisker.

Klikk her å lese mer om dysprosium-applikasjoner.

kilder:

Emsley, John. Naturens byggeklosser: En A-Z-guide til elementene.
Oxford University Press; New Edition-utgaven (sept. 14 2011)
Arnold magnetiske teknologier. Den viktige rollen med Dysprosium i moderne faste magneter. 17. januar 2012.
British Geological Survey. Sjeldne jordelementer. November 2011.
URL: www.mineralsuk.com
Kingsnorth, Prof. Dudley. "Kan Kinas sjeldne jordartsdynasti overleve". Kinas konferanse for industrielle mineraler og markeder. Presentasjon: 24. september 2013.

Følg Terence på Google+