Dysprosium-metall är en mjuk, glans-silver sällsynta jordelement (REE) som används i permanentmagneter på grund av dess paramagnetiska hållfasthet och höga temperaturer.
Egenskaper
- Atomic Symbol: Dy
- Atomnummer: 66
- Elementkategori: lantanidmetall
- Atomvikt: 162,50
- Smältpunkt: 1412 ° C
- Kokpunkt: 2567 ° C
- Densitet: 8,551 g / cm3
- Vickers hårdhet: 540 MPa
egenskaper
Även om det är relativt stabilt i luft vid omgivningstemperaturer reagerar dysprosiummetall med kallt vatten och upplöses snabbt i kontakt med syror. I fluorvätesyra bildar emellertid den tunga sällsynta jordartsmetallen ett skyddande skikt av dysprosiumfluorid (DyF3).
Den mjuka, silverfärgade metallens huvudapplikation är i permanentmagneter. Detta beror på att rent dysprosium är starkt paramagnetiskt över -93°C (-136°F), vilket betyder att det lockas till magnetisk fält inom ett brett temperaturområde.
Tillsammans med holmium har dysprosium också det högsta magnetiska ögonblicket (styrkan och dragriktningen som påverkas av ett magnetfält) för något element.
Dysprosiums höga smälttemperatur och neutronabsorptionstvärsnitt gör det också möjligt att använda det i kärnkraftsstänger.
Medan dysprosium kommer att bearbetas utan att gnista, används det inte kommersiellt som en ren metall eller i konstruktion legeringar.
Liksom andra lanthanidelement (eller sällsynta jordartselement) är dysprosium oftast naturligt förknippat i malmkroppar med andra sällsynta jordartselement.
Historia
Den franska kemisten Paul-Emile Lecoq de Boisbadran erkände först dysprosium som ett självständigt element 1886 medan han analyserade erbiumoxid.
Avspeglar REE: s intima natur undersökte de Boisbaudran inledningsvis oren yttriumoxid, från vilken han drog erbium och terbium med syra och ammoniak. Det visade sig att Erbiumoxid innehöll två andra element, holmium och tulium.
När de Boisbaudran arbetade vidare hemma, började elementen avslöja sig som ryska dockor, och efter 32 syrasekvenser och 26 ammoniakutfällningar kunde de Boisbaudran identifiera dysprosium som ett unikt element. Han namngav det nya elementet efter det grekiska ordet dysprositos, vilket betyder "svårt att få".
Mer rena former av elementet framställdes 1906 av Georges Urbain, medan en ren form (av dagens) standarder) för elementet producerades inte förrän 1950, efter utvecklingen av io-utbytesavskiljning och metallografisk reduktionstekniker av Frank Harold Spedding, en pionjär inom sällsynt jordforskning och hans team på Ames Laboratory.
Ames-laboratoriet, tillsammans med Naval Ordnance Laboratory, var också centralt för att utveckla ett av de första huvudsakliga användningarna för dysprosium, Terfenol-D. Det magnetostriktiva materialet undersöktes under 1970-talet och kommersialiserades på 1980-talet för användning i flottarsonar, magneto-mekaniska sensorer, ställdon och givare.
Dysprosiums användning i permanentmagneter växte också med skapandet av neodym-järn-bor (NdFeB) magneter på 1980-talet. Forskning av General Motors och Sumitomo Special Metals ledde till skapandet av dessa starkare, billigare versioner av den första permanenta (samarium-kobolt) magneter, som hade utvecklats 20 år tidigare.
Tillsatsen av mellan 3 till 6 procent dysprosium (efter vikt) till NdFeB magnetisk legering ökar magnetens Curie punkt och tvång, därigenom förbättrar stabiliteten och prestanda vid höga temperaturer samtidigt som de minskar avmagnetisering.
NdFeB-magneter är nu standarden inom elektroniska applikationer och hybridelektriska fordon.
REE, inklusive dysprosium, drevs in i den globala medias rampljuset 2009 efter att begränsningar för kinesisk export av elementen ledde till brist på tillgångar och investerarnas intresse för metallerna. Detta ledde i sin tur till snabbt ökande priser och betydande investeringar i utveckling av alternativa källor.
Produktion
Den senaste tidens medieuppmärksamhet som undersöker det globala beroendet av kinesisk REE-produktion belyser ofta det faktum att landet står för ungefär 90% av den globala REE-produktionen.
Även om ett antal malmtyper, inklusive monazit och bastnasit, kan innehålla dysprosium, är källorna med de högsta procent av innehållande dysprosium är jonadsorptionslärorna i Jiangxi-provinsen, Kina och xenotime malmer i södra Kina och Malaysia.
Beroende på typen av malm måste en mängd hydrometallurgiska tekniker användas för att utvinna enskilda REE. Skumflotation och rostning av koncentrat är mest den vanligaste metoden för extrahering av sällsynt jordartsulfat, en föregångarförening som följaktligen kan behandlas via jonbyte förflyttning. De resulterande dysprosiumjonerna stabiliseras sedan med fluor för att bilda dysprosiumfluorid.
Dysprosiumfluorid kan reduceras till metallgjutor genom uppvärmning med kalcium vid höga temperaturer i tantal-degel.
Den globala produktionen av dysprosium är begränsad till cirka 1800 ton (innehållande dysprosium) årligen. Detta står för endast cirka 1 procent av all sällsynt jord som raffineras varje år.
De största sällsynta jordbruksproducenterna inkluderar Baotou Steel Rare Earth Hi-Tech Co., China Minmetals Corp., och Aluminium Corp. i Kina (CHALCO).
tillämpningar
Den absolut största konsumenten av dysprosium är permanentmagnetindustrin. Sådana magneter dominerar marknaden för högeffektiva dragmotorer som används i hybrid- och elfordon, vindkraftverk och hårddiskar.
Klicka här för att läsa mer om dysprosium-applikationer.
källor:
Emsley, John. Naturens byggstenar: En A-Z-guide till elementen.
Oxford University Press; Nya upplagan (september) 14 2011)
Arnold Magnetic Technologies. Dysprosiums viktiga roll i moderna permanenta magneter. 17 januari 2012.
British Geological Survey. Sällsynta jordelement. November 2011.
URL: www.mineralsuk.com
Kingsnorth, Prof. Dudley. "Kan Kinas sällsynta jordartsdynasti överleva". Kinas konferens för industriella mineraler och marknader. Presentation: 24 september 2013.
Följ Terence på Google+