Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Пирофорный сплав редкоземельных металлов
Pyrophoric rare earth metal alloy
Мишметалл (от Mischmetall – "смешанный металл") – это сплав редкоземельных элементов. Его также называют цериевым мишметаллом или редкоземельным мишметаллом. Типичный состав включает примерно 55% церия, 25% лантана и 15–18% неодима, с незначительными примесями других редкоземельных металлов; он содержит 95% лантаноидов и 5% железа. Наиболее распространенное применение – в пирофорном устройстве зажигания ферроцериевом "кресале" многих зажигалок и горелок, хотя сплав, состоящий только из редкоземельных элементов, был бы слишком мягким для получения хороших искр. С этой целью его смешивают с оксидом железа и оксидом магния для образования более твердого материала, известного как ферроцерий. В химических формулах он обычно обозначается как Mm, например, MmNi5.
Mischmetal (from Mischmetall – "mixed metal") is an alloy of rare earth elements. It is also called cerium mischmetal, or rare earth mischmetal. A typical composition includes approximately 55% cerium, 25% lanthanum, and 15~18% neodymium, with traces of other rare earth metals; it contains 95% lanthanides and 5% iron. Its most common use is in the pyrophoric ferrocerium "flint" ignition device of many lighters and torches, although an alloy of only rare earth elements would be too soft to give good sparks. For this purpose, it is blended with iron oxide and magnesium oxide to form a harder material known as ferrocerium. In chemical formulae it is commonly abbreviated as Mm, e. g. MmNi5.
История
Карл Ауэр фон Велсбах открыл неодим и празеодим и был одним из первооткрывателей лютеция. Он также изобрел газовую горелку (с использованием тория) и заложил основы редкоземельной промышленности. После извлечения тория из монацитового песка оставалось большое количество лантаноидов, для которых не находилось коммерческого применения. Он искал способы использования редкоземельных элементов. Одним из его первых открытий/изобретений стал мишметалл.
Carl Auer von Welsbach was the discoverer of neodymium and praseodymium, and co discoverer of lutetium. He was also the inventor of the gas mantle (using thorium) and of the rare earth industry. After extracting thorium from monazite sand, many lanthanides remained, for which there was no commercial use. He sought applications for the rare earths. Among his first discoveries/inventions was mischmetal.
Подготовка
Исторически мишметалл получали из монозита — безводного фосфата легких лантаноидов и тория. Руду разлагали реакцией при высокой температуре с концентрированной серной кислотой или гидроксидом натрия. Торий удаляли, используя его меньшую основность по сравнению с трехвалентными лантаноидами, его дочерний элемент радий осаждали, используя совместное осаждение с сульфатом бария, а оставшиеся лантаноиды превращали в хлориды. Полученный «хлорид редкоземельных элементов» (гексагидрат), иногда называемый «хлоридом лантаноидов», был основным товарным химическим продуктом редкоземельной промышленности. При тщательном нагревании, предпочтительно с хлоридом аммония или в атмосфере хлороводорода, гексагидрат можно было обезвожить для получения безводного хлорида. Электролиз расплавленного безводного хлорида (с добавлением других безводных галогенидов для улучшения текучести расплава) приводил к образованию расплавленного мишметалла, который затем отливали в слитки. Любое содержание самария в руде обычно не восстанавливалось до металла, а накапливалось в расплавленном галогениде, из которого позже его можно было выгодно извлечь. Типичный состав мишметалла, полученного из монозита, составлял около 48% церия, 25% лантана, 17% неодима и 5% празеодима, остальное — другие лантаноиды. Когда примерно в 1965 году бастназит начали перерабатывать для извлечения редкоземельных элементов, его также превращали в хлорид редкоземельных элементов и затем в мишметалл. Этот вариант содержал больше лантана и меньше неодима. По состоянию на 2007 год высокий спрос на неодим сделал выгодным удаление всех тяжелых лантаноидов и неодима (а иногда и всего празеодима) из лантаноидной смеси природного состава для раздельной продажи и включение только La, Ce, Pr или La, Ce в наиболее экономичные формы мишметалла. Легкие лантаноиды настолько схожи по своим металлургическим свойствам, что любое применение, для которого подходил исходный состав, будет также хорошо обеспечиваться этими усеченными смесями. Традиционный «хлорид редкоземельных элементов», как товарный химический продукт, также использовался для извлечения отдельных редкоземельных элементов компаниями, которые не хотели перерабатывать руды напрямую. По состоянию на 2007 год мишметалл обычно стоил менее 10 долларов США за килограмм, а основные смеси хлоридов редкоземельных элементов — менее 5 долларов США за килограмм.
Historically, mischmetal was prepared from monazite, an anhydrous phosphate of the light lanthanides and thorium. The ore was cracked by reaction at high temperature with either concentrated sulfuric acid or sodium hydroxide. Thorium was removed by taking advantage of its weaker basicity relative to the trivalent lanthanides, its daughter radium was precipitated out using entrainment in barium sulfate, and the remaining lanthanides were converted to their chlorides. The resulting "rare earth chloride" (hexahydrate), sometimes known as "lanthanide chloride", was the major commodity chemical of the rare earth industry. By careful heating, preferably with ammonium chloride or in an atmosphere of hydrogen chloride, the hexahydrate could be dehydrated to provide the anhydrous chloride. Electrolysis of the molten anhydrous chloride (admixed with other anhydrous halide to improve the melt behavior) led to the formation of molten mischmetal, which would then be cast into ingots. Any samarium content of the ore tended not to be reduced to the metal, but accumulated in the molten halide, from which it could later be profitably isolated. Monazite derived mischmetal typically was about 48% cerium, 25% lanthanum, 17% neodymium, and 5% praseodymium, with the balance being the other lanthanides. When bastnäsite started being processed for rare earth content in about 1965, it too was converted to a version of rare earth chloride and on to mischmetal. This version was higher in lanthanum and lower in neodymium. as of 2007, the high demand for neodymium has made it profitable to remove all of the heavier lanthanides and neodymium (and sometimes all of the praseodymium as well) from the natural abundance lanthanide mixture for separate sale and to include only La Ce Pr or La Ce in the most economical forms of mischmetal. The light lanthanides are so similar in their metallurgical properties, that any application for which the original composition would have been suitable, would be equally well served by these truncated mixtures. The traditional "rare earth chloride", as a commodity chemical, was also used to extract the individual rare earths by companies that did not wish to process the ores directly. as of 2007, mischmetal is typically priced at less than 10 USD per kilogram, and the underlying rare earth chloride mixtures are typically less than US$5/kg.
Использование
Мишметалл используется при получении практически всех редкоземельных элементов. Это обусловлено тем, что эти элементы крайне схожи в большинстве химических процессов, из-за чего стандартные методы экстракции не позволяют их разделить. Высокоспециализированные процессы, такие как разработанные Карлом Ауэром фон Вельсбахом, используют незначительные различия в растворимости для разделения мишметалла на составляющие его элементы, при этом каждый этап даёт лишь небольшое изменение в составе. Эти процессы впоследствии послужили основой для исследований Марии Кюри при поиске новых элементов.
Mischmetal is used in the preparation of virtually all rare earth elements. This is because such elements are nearly identical in most chemical processes, meaning that ordinary extraction processes do not distinguish them. Highly specialized processes, such as those developed by Carl Auer von Welsbach, exploit subtle differences in solubility to separate mischmetal into its constituent elements, with each step producing only an incremental change in composition. Such processes later informed Marie Curie in her search for new elements.
Цинко-алюминиевая оцинкование
Следы мишметалла церия и лантана иногда добавляются в процесс цинкования стали проволокой (Galfan). Это покрытие на основе цинка с 5-10% алюминия, содержащее следы мишметалла.
Traces of a cerium and lanthanum mischmetal are sometimes added to the Galfan galvanising process for steel wire. This is a zinc and 5 10% aluminium coating, with traces of mischmetal.