Lær om dysprosium

Få informasjon om historien, produksjonen og bruksområdene til dette myke metallet

Rene dysprosium metallblokker. Bilde Copyright Strategic Metal Investments Ltd.

Dysprosiummetall er et mykt, skinnende sølv sjeldne jordartselementer (REE) som brukes i permanente magneter på grunn av dens paramagnetiske styrke og holdbarhet ved høye temperaturer.

Eiendommer

• Atomsymbol: Dy
• Atomnummer: 66
• Elementkategori: Lanthanidmetall
• 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 raskt oppløses i kontakt med syrer. I flussyre vil imidlertid det tunge sjeldne jordmetallet danne et beskyttende lag av dysprosiumfluorid (DyF₃).

Det myke, sølvfargede metallets hovedapplikasjon er i permanente magneter. Dette skyldes det faktum at rent dysprosium er sterkt paramagnetisk over -93 ° C (-136 ° F), som betyr at den er tiltrukket av magnetisk felt innenfor et bredt temperaturområde.

Sammen med holmium har dysprosium også det høyeste magnetiske momentet (styrken og retningen på draget som blir påvirket av et magnetisk felt) av ethvert element.

Dysprosiums høye smeltetemperatur og nøytronabsorpsjonstverrsnitt gjør at det også kan brukes i kjernefysiske kontrollstaver.

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

Som andre lantanid (eller sjeldne jordarter) elementer, er dysprosium oftest naturlig assosiert i malmlegemer med andre sjeldne jordarters elementer.

Historie

Den franske kjemikeren Paul-Emile Lecoq de Boisbadran anerkjente først dysprosium som et uavhengig grunnstoff i 1886 mens han analyserte erbiumoksid.

De Boisbaudran reflekterte den intime naturen til REEs, og undersøkte opprinnelig uren yttriumoksid, hvorfra han hentet erbium og terbium ved å bruke syre og ammoniakk. Erbiumoksid i seg selv ble funnet å inneholde to andre grunnstoffer, holmium og thulium.

Mens de Boisbaudran arbeidet videre hjemme hos seg, begynte elementene å avsløre seg som russiske dukker, og etter 32 syresekvenser og 26 ammoniakkutfellinger, klarte de Boisbaudran å identifisere dysprosium som et unikt grunnstoff. Han kalte det nye elementet etter det greske ordet dysprositos , som betyr 'vanskelig å få'.

Mer rene former av grunnstoffet ble fremstilt i 1906 av Georges Urbain, mens en ren form (etter dagens standarder) av grunnstoffet ikke ble produsert før i 1950, etter utviklingen av io-bytterseparasjon og metallografisk reduksjonsteknikker av Frank Harold Spedding, en pioner innen forskning på sjeldne jordarter, og teamet hans ved Ames Laboratory.

Ames Laboratory, sammen med Naval Ordnance Laboratory, var også sentral i utviklingen av en av de første store bruksområdene for dysprosium, Terfenol-D. Det magnetostriktive materialet ble forsket på i løpet av 1970-tallet og kommersialisert på 1980-tallet for bruk i marinesonarer, magnetomekaniske sensorer, aktuatorer og transdusere.

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

Tilsetningen av mellom 3 og 6 prosent dysprosium (i vekt) til den magnetiske NdFeB-legeringen øker magnetens Curie-punkt og koersivitet, og forbedrer dermed stabiliteten og ytelsen ved høye temperaturer, samtidig som demagnetiseringen reduseres.

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

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

Produksjon

Nylig 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 den høyeste prosentandelen inneholdt dysprosium ioneadsorpsjonsleirene i Jiangxi-provinsen, Kina og xenotime-malmer i Sør-Kina og Malaysia.

Avhengig av typen malm, må en rekke hydrometallurgiske teknikker brukes for å trekke ut individuelle REE. Skumflotasjon og steking av konsentrater er den vanligste metoden for å ekstrahere sjeldne jordartsmetaller, en forløperforbindelse som følgelig kan behandles via ionebytterforskyvning. De resulterende dysprosiumionene stabiliseres deretter med fluor for å danne dysprosiumfluorid.

Dysprosiumfluorid kan reduseres til metallblokker ved oppvarming med kalsium ved høye temperaturer i tantal-digler.

Global produksjon av dysprosium er begrenset til rundt 1800 metriske tonn (inneholdt dysprosium) årlig. Dette utgjør bare rundt 1 prosent av alle sjeldne jordarter som raffineres hvert år.

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

applikasjoner

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

Klikk her for å lese mer om dysprosium-applikasjoner.

_Kilder:

_{Emsley, John. Naturens byggeklosser: En A-Z guide til elementene .
Oxford University Press; Ny utgave (14. september 2011)
Arnold Magnetic Technologies. Dysprosiums viktige rolle i moderne permanente magneter . 17. januar 2012.
British Geological Survey. Sjeldne jordelementer . november 2011.
URL: www.mineralsuk.com
Kingsnorth, prof. Dudley. 'Kan Kinas sjeldne jordarters dynasti overleve'. Kinas industrielle mineral- og markedskonferanse. Presentasjon: 24. september 2013.}