【知识】稀土铝合金材料的运用

稀土是铝、镁、锌、铜等有色金属良好的净化剂和变质剂,一般只要加入千分之几,就能起到消除有害杂质影响,细化晶粒并产生合金化的作用,从而提高材料的加工和使用性能。

稀土铝合金是代替铜材制造电线电缆的理想材料。我国冶炼厂生产的铝锭,由于受自然资源的影响,含硅量较高,而硅又是影响导电性能的主要有害杂质。

我国科学家们借助稀土的作用解决了这个难题,在世界上率先采用微量稀土处理铝液,使其与硅使用形成硅化物析出晶界,加上稀土的微合金化作用,克服了硅的有害影响,明显改善了导电性能,由于稀土还能细化晶粒强化基体,还提高了电线电缆的机械强度和加工性能,使我国生产的铝电线电缆不但导电性能略高于国际电工委员会标准,还比以前机械强度提高了20%,抗腐蚀性能提高了一倍,耐磨性能更是提高了约10倍,一举改变了我国铝电线电缆生产的落后状况,使产品达到了国际先进水平。

用普通铝制造的铝导线,生产过程中常出现断线,而采用高强度、高导电性的稀土铝合金拉制的铝导线,在生产和使用中断线率明显下降。在广东省沿海地区遭受的一次强台风袭击中,许多电线电缆遭到严重破坏,过后人们惊异地发现,凡采用稀土铝合金制造的电缆线均安然无恙。高导电高强度稀土铝电缆已用于50万伏超高压输电线,还成功地用在长江大跨度输电线路上。由于提高了强度,用于一万伏输电线路,一般不用钢芯加强,节省了大量镀锌钢丝。用稀土铝合金拉制的各种电线电缆,电能损耗小,经久耐用,已经成为国家级电网的规范性产品。目前,我国年产能力已超过40万吨,形成了一个强大的稀土铝导线输电网,每年可为国家节电40亿度,创造了可观的经济效益。

稀土在铸造铝合金中应用也取得同样良好的效果。在用量最多的铝硅系铸造合金中,加上千分之几的稀土,就能明显改善合金的机械加工性能,已有多种牌号的产品用于飞机、船舶、汽车、柴油机、摩托车和装甲车等方面的活塞、齿轮箱、汽缸和仪器仪表等器部件上。

稀土用于建筑铝材和民用铝制品上,可以提高材料的冲压性能、耐腐蚀性能、机械强度和表面光洁度,既能改善产品质量,又能提高成品率。稀土建筑铝型材经久耐用不变形,质感好。稀土铝合金用于高压锅和普通铝锅等制品方面,由于强度大和冲压性能好,可以减簿制品的壁厚,既节省材料又精巧耐用。

我国科学家们在研究开发稀土铝合金过程中,发明了在铝电解槽中直接电解制备稀土铝合金的新工艺,配合对掺法和铝热还原法可以生产出不同品质和用途的稀土铝合金。我国的稀土铝合金生产工艺和应用技术已达到国际先进水平。


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2月18-24日一周稀土行业要闻资讯

包钢稀土走下神坛面临三大严峻挑战

稀土价格分享政策红利而暴涨的时代已经完结,未来的稀土价格将逐步回归行业基本面。从行业基本面来看,由于需求低迷,稀土价格目前仍在下跌。尽管稀土价格较高位已经回落不少,但较2011年初仍有约30-70%的空间。李晓璐预计2013年下游需求仍低迷,2013年稀土均价同比可能继续下降。

稀土失宠无需惊恐

近日,出口量大幅降低使舆论“明星”稀土行业再度走到聚光灯下。2012年我国稀土矿石、金属和稀土混合物出口下降3.5%,仅占全年出口配额的53%。素有工业“黄金”之称的稀土缘何在国际市场失宠?真相如何?

稀土整合棋局陷利益缠斗包钢稀土强势招致不满

稀土整合棋局中,私利与使命迎来坚实冲撞,敏感问题鳞次浮现,地方企业与央企、民资与国资、局部与整体陷入利益缠斗。找到平衡点,是这个产业绕不开的命题。

我国制订稀土等高耗能行业能耗限额标准28项

记者21日从国家发展和改革委员会获悉,2012年发展改革委和国家标准化委员会启动实施“百项能效标准推进工程”以来,我国已组织有关单位编制、发布54项国家标准。这些国家标准包括水泥、煤炭开采、轮胎、稀土、化工产品等高耗能行业能耗限额标准28项。

内蒙古非法稀土企转移阵地“重生”

调研发现,就在内蒙古整合关停了不少非法稀土企业的同时,一些被整顿企业向其他省份转移,成为这些稀土企业“重生”的地点。与正规稀土企业相比,这些“黑工厂”更具“竞争力”。大量无证且低价的稀土产品充斥市场,扰乱正常交易秩序。


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2月25日稀土市场平稳 价格无明显波动

周一稀土市场较平静,市场对镧铈和镝类氧化物问询较多。今日镧、铈氧化物市场价格仍平稳,贸易商多报价在5万/吨左右,也有中间商反映,镧铈类氧化物持货商有报价在4.5万元/吨以下的。今日镝类产品市场,氧化镝含税205-210万元/吨,不含税175-180万元/吨,镝铁含税210-215万元/吨。

废强磁市场逐渐活跃,临沂地区不少贸易商均已经开始收货,收货价格仍按年前的算。有业内人士反映,价格可能于本月底有波动。


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2月25日稀土市场行情

2月25日:冶炼、分离企业普遍回归市场,但市场成交仍不活跃。由于生产企业新近复产,尚需了解当前市场状况,观望情绪浓厚。另外,下游订单未出现明显好转前,持货商普遍心存疑虑、鲜有报价,稀土价格也未有波动。

氧化镧主流厂家含税价50,000-51,000元/吨。

氧化铈主流厂家含税价49,000-51,000元/吨。

氧化镨主流厂家含税价37-38万元/吨。

氧化镨钕主流厂家含税价310,000-315,000元/吨。

镨钕金属主流厂家含税价390,500-400,000元/吨。

荧光级氧化铕主流厂家含税价5,800-6,000元/千克。

荧光级氧化铽主流厂家含税价3,800-4,000元/千克。

氧化镝主流厂家含税价205-210万元/吨。

镝铁主流厂家含税价210-215万元/吨。

氧化钆主流厂家含税价130,000-132,000元/吨。


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2月25日稀土产品价格行情

品名

规格

产地/牌号

参考价

均价

涨跌

碳酸稀土

REO 42.0-45.0%

国产

32000-33000元/吨

32500

0

氧化镧

La2O3/TREO 99.5-99.9%

国产

50000-51000元/吨

50500

0

氧化铈

CeO2/TREO 99.5-99.9%

国产

49000-51000元/吨

50000

0

氧化镨

Pr6O11/TREO 99.0-99.9%

国产

370000-380000元/吨

375000

0

氧化钕

Nd2O3/TREO 99.0-99.9%

国产

370000-380000元/吨

375000

0

氧化钐

Sm2O3/TREO 99.5-99.9%

国产

50000-55000元/吨

52500

0

氧化铕

Eu2O3/TREO 99.95-99.99%

国产

5800-6000元/千克

5900

0

氧化钆

Gd2O3/TREO 99.5-99.9%

国产

130000-132000元/吨

131000

0

氧化铽

Tb4O7/TREO 99.95-99.99%

国产

3800-4000元/千克

3900

0

氧化镝

Dy2O3/TREO 99.5-99.9%

国产

2050-2100元/千克

2075

0

氧化铒

Er2O3/TREO 99.5-99.9%

国产

350000-360000元/吨

355000

0

氧化钇

Y2O3/TREO 99.995-99.999%

国产

115000-120000元/吨

117500

0

镨钕氧化物

(Nd2O3+Pr6O11)/TREO≥75.0%

国产

310000-315000元/吨

312500

0

金属镧

La/TREM≥99.0%

国产

85000-87000元/吨

86000

0

金属铈

Ce/TREM≥99.0%

国产

130000-140000元/吨

135000

0

金属镨

Pr/TREM 96.0-99.0%

国产

440000-450000元/吨

445000

0

金属钕

Nd/TREM 99.0-99.9%

国产

420000-430000元/吨

425000

0

金属铽

Tb/TREM≥99.9%

国产

7600-8100元/千克

7850

0

金属镝

Dy/TREM≥99%

国产

4000-4100元/千克

4050

0

金属钇

Y/TREM 99.9-99.95%

国产

390-410元/千克

400

0

镧铈金属

Ce/TREM≥65.0% TREM≥98.5%

国产

75000-77000元/吨

76000

0

镨钕金属

Pr/TREM 20-25% Nd/TREM 75-80% TREM≥98.5%

国产

395000-400000元/吨

397500

0

镨钕镝金属

TREM≥99.0%

国产

340000-350000元/吨

345000

0

电池级混合稀土金属

TREM≥99.0% Nd/TREM≥15%

国产

160000-170000元/吨

165000

0

镝铁合金

Dy80%

国产

2100000-2150000元/吨

2125000

0




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【知识】稀土元素的溶剂萃取工艺

利用水相中某些组分在有机相中分配比的不同,选择性地进行分离和提纯稀土元素的过程。为稀土元素分离提纯的重要方法之一。由萃取剂和有机溶剂形成的连续有机相与含有被分离稀土元素的水相充分接触而又不相互溶混(即充分混合一澄清),从而实现稀土组分在两相中不相等浓度的分配达到稀土元素分稀土元素的溶剂萃取工艺离和提纯的目的。

过程包括萃取体系选择、萃取器和萃取方式选择、萃取分离工艺条件确定与萃取和反萃取过程实施、分离后各种溶液后处理等四部分(见溶剂革取)。萃取方式有单级与串级之分,为得到高纯度产品通常采用串级萃取方式。串级萃取又有错流、共流、逆流、分馏、回流等不同形式。20世纪70年代以来稀土的萃取分离以采用分馏萃取为主,辅以其他工艺。萃取剂、萃取体系及工艺条件的确定主要依据被分离的A、B二组分(或二元素)的分离系数βA/B的大小而定:

式中DA为A组分在两相的分配比;DB是B组分在两相的分配比,CA(0)、CA(a)为A组分在平衡的有机相和水相的浓度,CB(0)、CB(a)为B组分在平衡的有机相和水相的浓度。βA/B的大小表示A、B两组分分离效果的优劣,βA/B值越大分离效果越好,即萃取剂的选择性越高。若DA=DB,βA/B=1,则表明A、B二组分不能用该萃取体系分离,β的大小与稀土元素的原子序数以及萃取体系有关。

新萃取剂的应用以及萃取理论与工艺研究所取得的进展都有力地推动着稀土分离和提纯技术的发展。溶剂萃取技术已成为当前稀土元素分离和提纯的主要手段,用它已能从多种稀土组分的原料中分离提纯每一种稀土元素。串级萃取理论为萃取工艺提供了最优化设计的理论依据,已广泛应用于稀土萃取分离生产中。


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【知识】稀土元素镨及其应用

镨在化学元素周期表中位居镧系元素的第三位,在地壳中的丰度为9.5ppm,仅低于铈、钇、镧、钪,是稀土中第五大富存元素.但正如他的名字一样,镨是个朴素无华,个性似乎不太突出的稀土家族成员。

在稀土元素的发现史上,镨和钕是同时被发现的。1841年,那位曾经发现了镧的瑞典化学家莫桑德尔(C.G. Mosander)从“镧土”中发现了新“元素”,性质与镧非常相似,将其定名“迪迪姆”(Didymium,希腊语为“双胞胎”的意思),但它不是单一元素,而是镨钕化合物。又过了40多年,那位曾经发明了钍铈汽灯纱罩的奥地利人韦尔斯巴赫(C.F.Auer Von Welsbach),也正是在发明汽灯纱罩的1885年,成功地将“镨钕”这对“连体双胞胎”实施了分离手术,从中分离出绿色的镨盐和玫瑰色的钕盐,确定它们是两种新元素。一个取名为“镨”(Praseodymium),来自希腊字prason,意思是绿色化合物,因为镨盐水溶液会呈现出鲜艳的葱绿色;另一个元素则取名为“钕”(Neodymium)。这对“连体双胞胎”的成功分离,使他们从此可以各自施展才华。

镨作为用量较大的稀土元素,很大一部分是以混合稀土的形式被利用,比如用作金属材料的净化变质剂、化工催化剂、农用稀土等等。镨钕是稀土中性质最为相似又最难分离的一对元素,用化学法很难将其分离,工业生产通常采用萃取法和离子交换法。如果把他们成双入对地以镨钕富集物形式使用,可以充分发挥其共性作用,价格也比单一元素产品便宜。镨钕合金(镨钕金属)已成为独立产品,既可用于永磁材料,也可作为有色金属合金改性添加剂。以镨钕富集物的形式加入Y型沸石分子筛中制备石油裂化催化剂,可提高催化剂的活性、选择性和稳定性。作为塑料改性添加剂,在聚四氟乙烯(PTFE)中加入镨钕富集物,可明显提高PTFE的耐磨性能。

稀土永磁材料是当今最热门的稀土应用领域。镨单独用作永磁材料性能并不突出,但他却是一个能改善磁性能的优秀协同元素。无论是第一代稀土永磁材料钐钴永磁合金(SmCo5),还是第三代稀土永磁材料钕铁硼(Nd2Fe17B),加入适量的镨都能有效地提高和改善永磁材料性能。如在SmCo5中加入部分Pr取代Sm可以提高永磁材料的磁能积,两者的比例一般为80%Sm—20%Pr,若镨加入过多反而会降低材料的矫顽力和稳定性。在第三代稀土永磁材料钕铁硼中,添加镨可以提高材料的矫顽力,德国、日本等国在生产高矫顽力钕铁硼磁体时,均加入部分镨。镨的加入量为5%~8%,最高达10%,可取代1/3的钕。磁性材料对镨质量要求较高,至少应达到钕的同等质量。加入镨还能提高磁体抗氧化性能(耐空气腐蚀)和机械性能,已被广泛应用于各类电子器件和马达上。另外,在钐铁氮新型稀土粘结永磁材料(Sm)2Fe17N9中加Pr也能改善性能,这将进一步扩大镨的应用。因此,随着镨在永磁材料的应用发展,镨的用量和价格不断攀升,已成为稀土产品中的“新宠”。

镨还可用于研磨和抛光材料。众所周知,纯铈基抛光粉通常为淡黄色,是光学玻璃的优质抛光材料,已取代抛光效率低又污染生产环境的氧化铁红粉。但人们发现,氧化钕对抛光作用不大,但镨却有良好的抛光性能。含镨的稀土抛光粉会呈红褐色,也被称作“红粉”,但这种红不是氧化铁红,而是由于含有氧化镨使稀土抛光粉颜色变深。镨还被用新型磨削材料,制成含镨刚玉砂轮。与白刚玉相比,在磨削碳素结构钢、不锈钢、高温合金时,效率和耐用性可提高30%以上。为了降低成本,过去多用镨钕富集物为原料,故称镨钕刚玉砂轮。

镨在光纤领域的用途也越来越广,已开发出在1300~1360nm谱区起放大作用的掺镨光纤放大器(PDFA),技术日趋成熟。PDFA以其优异的性能价格比,对我国当前大量铺设的1550nm的CATV系统光纤有线电视的兴建改造与系统升级有着重大的实际意义。PDFA将从根本上改变现有的1550nmCATV的网络格局,使1310nmCATV系统在HFC系统改造中成为替代1550nm系统的理想选择。

镨盐(草酸或碳酸盐)经高温灼烧,可形成棕黑色的氧化物Pr6O11,其构成就如同4个PrO2和1个Pr2O3的组合,表明镨有很强的呈正4价倾向。将氧化镨加入硅酸锆中会呈亮黄色,可用作陶瓷颜料-镨黄。镨黄(ZrO2-Pr6O11-SiO2)被认为是最好的黄色陶瓷色料,在高达1000℃仍保持稳定,可用于一次性或重烧工艺。镨进入硅酸锆晶格,占材料成份约5%。镨黄被广泛应用于建筑陶瓷和日用陶瓷着色,可单独作釉下颜料,也可与陶瓷釉混合制成色釉,其着色鲜艳亮丽,色泽纯正,随含镨量的多少,可深至琥珀黄,浅至乳白黄,用其代替传统的钒锡黄和钒锆黄,可克服原先的褐色调,用来制作卫生和建筑陶瓷,色调高洁淡雅。用其可制作独特的仿象牙工艺美术和日用陶瓷,色彩亮丽精美,深受陶瓷业的青睐。我国、意大利和西班牙,作为建筑瓷砖的主要生产国,都拥有很大的镨黄消费市场。通过氧化镨与其他元素配伍,还能调配出锆镨钒绿、锆镨钒橙等陶瓷色料。调整氧化镨与五氧化二钒的比例,还可制作出黄色与天蓝之间色调的陶瓷色料。在镨黄中加入CeO2,能形成略带红色的娇黄色。全球用作镨黄为主的陶瓷着色剂消费的氧化镨估计上千吨。

镨还被用作玻璃着色剂,色彩丰富,也有很大的潜在市场。可制得具有鲜亮韭绿和葱绿色彩的“镨绿”玻璃制品,既可制作绿色滤光片,又可用于工艺美术玻璃。在世界闻名的意大利威尼斯和捷克的水晶玻璃中都会看到镨的亮绿色彩。在玻璃中加入氧化镨和氧化铈,可用作电焊用的护目镜玻璃。硫化镨还有望成为实用的绿色塑料着色剂。

元素符号Pr

英文名称Praseodymium

原子序数59

相对原子质量(12C = 12.0000)140.90765

发现年代

1885年

发现人

Baron Auer von Welsbach (奥地利,维也纳)

原子半径(?):2.67

离子半径(?):1.013

共价半径(?):1.65

氧化态:3,4

原子体积cm3/mol:20.8

电子构型: 1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2p6d10f3 5s2p6 6s2

物理性质

状态:软的银白色金属

熔点(℃):931

沸 点(℃): 3512

比 热(J/gK):0.19

密度 (g/cc,300K):6.77

熔化热(KJ/mol):6.89

蒸发热 (KJ/mol):296.8

导电率(106/cm Ω): 0.0148

导热系数 (W/cm K ): 0.125

地质

数据

丰度

海水中(ppm).:

地壳 (ppm.):9.5

大西洋表面:4 × 10-7

大西洋深处:7 × 10-7

大气(p.p.m.)/体积:

太平洋表面:4.4 × 10-7

太平洋深处:10 × 10-7

人体中含量(ppm):

器官中:非常低

人(70Kg)均体内总量(mg):非常低。

日摄入量/mg: 未知

工业矿物:

主要产地

混合性(氟碳铈+独居石)

中国内蒙古自治区包头白云鄂博矿山

氟碳铈矿(Bastnaesite)

CeLaFCO3(轻稀土)

美国芒廷帕斯矿山(加利福尼亚)

中国四川冕宁、山东微山

独居石(Monazite )

(CeLaTh)PO4(轻稀土)

澳大利亚韦尔德山、东西海岸海滨沙矿

印度西南海滨沙、中国广东和台湾海滨沙

稀土磷灰石

俄罗斯科拉半岛

铈铌钙钛矿

俄罗斯托姆托尔碳酸岩风化壳稀土矿床

离子型矿(中钇富铕)

中国江西寻乌、广东平远

配分

Pr %

包头混合型矿

四川氟碳铈矿

中钇富铕离子型矿

广东南山海独居石

5—6

4—5

6—8

5—6

应用领域

金属、合金

钢铁与有色金属改性剂、永磁材料

混合氧化物

石油裂化催化剂、农用稀土、助染助鞣

单一氧化物

陶瓷和玻璃着色剂、光纤、抛光粉、塑料颜料、

有机化合物

化工催化剂、稳定剂和改性剂;饲料添加剂



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【知识】稀土元素铈(Ce)的用途

1)轻稀土(又称铈组):镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆。

2)重稀土(又称钇组):铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇。

铈组与钇组之别,是因为矿物经分离得到的稀土混合物中,常以铈或钇比例多的而得名。

稀土金属(rare earth metals)又称稀土元素,是元素周期表ⅢB族中钪、钇、镧系17种元素的总称,常用R或RE表示。它们的名称和化学符号是钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)。它们的原子序数是21(Sc)、39(Y)、57(La)到71(Lu)。

铈(Ce)“铈”这个元素是由德国人克劳普罗斯,瑞典人乌斯伯齐力、希生格尔于1803年发现并命名的,以纪念1801年发现的小行星-谷神星。


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【知识】稀土储氢材料

人们很早就发现,稀土金属与氢气反应生成稀土氢化物REH2,这种氢化物加热到1000℃以上才会分解。而在稀土金属中加入某些第二种金属形成合金后,在较低温度下也可吸放氢气,通常将这种合金称为贮氢合金。在已开发的一系列贮氢材料中,稀土系贮氢材料性能最佳,应用也最为广泛。其应用领域已扩大到能源、化工、电子、宇航、军事及民用各个方面。用于化学蓄热和化学热泵的稀土贮氢合金可以将工厂的废热等低质热能回收、升温,从而开辟出了人类有效利用各种能源的新途径。利用稀土贮氢材料释放氢气时产生的压力,可以用作热驱动的动力,采用稀土贮氢合金可以实现体积小、重量轻、输出功率大,可用于制动器升降装置和温度传感器。

石油和煤炭是人类两大主要能源燃料,但由于它们储量有限,使用过程中产生环境污染等问题,因此解决能源短缺和环境污染成为当今研究的重点之一。氢是一种完全无污染的理想能源材料,具有单位质量热量高于汽油两倍以上的高能量密度,可从水中提取。氢能源开发应用的关键在于能否经济地生产和高密度安全制取和贮运氢。

典型的贮氢合金LaNi5是1969年荷兰菲利浦公司发现的,从而引发了人们对稀土系储氢材料的研究。


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【知识】稀土元素镨(Pr)的用途

镨(Pr) 大约160年前,瑞典人莫桑德从镧中发现了一种新的元素,但它不是单一元素,莫桑德发现这种元素的性质与镧非常相似,便将其定名为“镨钕”。“镨钕”希腊语为“双生子”之意。大约又过了40多年,也就是发明汽灯纱罩的1885年,奥地利人韦尔斯巴赫成功地从“镨钕”中分离出了两个元素,一个取名为“钕”,另一个则命名为“镨”。这种“双生子”被分隔开了,镨元素也有了自己施展才华的广阔天地。镨是用量较大的稀土元素,其用于玻璃、陶瓷和磁性材料中。

金属镨

镨黄(釉用) 原子红(釉用)

镨的广泛应用:

(1)镨被广泛应用于建筑陶瓷和日用陶瓷中,其与陶瓷釉混合制成色釉,也可单独作釉下颜料,制成的颜料呈淡黄色,色调纯正、淡雅。

(2)用于制造永磁体。选用廉价的镨钕金属代替纯钕金属制造永磁材料,其抗氧性能和机械性能明显提高,可加工成各种形状的磁体。广泛应用于各类电子器件和马达上。

(3)用于石油催化裂化。以镨钕富集物的形式加入Y型沸石分子筛中制备石油裂化催化剂,可提高催化剂的活性、选择性和稳定性。我国70年代开始投入工业使用,用量不断增大。

(4)镨还可用于磨料抛光。另外,镨在光纤领域的用途也越来越广。


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