Металл неодим

Выделение неодима из его минерала произошло в конце 19 века. Сделал это химик немецкого происхождения Карл Ауэр фон Вельсбах. Долгое время научная общественность не придавала этому открытию должного значения. Неодим считался никому не нужным, малоперспективным металлом. Единственное, где ему нашли применение - так это изготовление кремния для зажигалок.

Но все поменялось, когда человечеству открылись способы получения энергии за счет деления атомных ядер. Атомная промышленность нуждалась в новых материалах, одним из которых и стал неодим. Какие свойства позволили ему получить широкое распространение в высоконаучном производстве? 

Физические свойства

Неодим – типичный представитель редкоземельных металлов. Обладает серебристо-белым цветом. Относится к лантаноидной группе. В естественных условиях встречается в виде 7 изотопов, двое из которых радиоактивны. Период их полураспада составляет 14 дней.

Плотность металлического неодима меньше, чем у конструкционных сталей и равна 7007 кг/м3. Температура плавления 1024 ºС. Температура, при которой металл начинает кипеть, 3050 ºС. Неодим обладает высокой теплопроводящей способностью. Коэффициент теплопроводности составляет 13,5 Вт\м К.

Температурный коэффициент линейного расширения равен 6,7*10-6 1/С,т.е. при увеличении температуры на 1 градус металл расширится на 6,7 мкм. Удельное сопротивление электрическому току 0,64 мкОм*м. Парамагнитен. Восприимчивость к магнитному полю составляет 39,5*10-9 единиц.

Химические свойства

Неодим – элемент с повышенной активностью. Образует сплавы с большинством ныне известных металлов.

Металлический неодим обладает сильными восстановительными свойствами. Металл активно взаимодействует с соляной, серной, азотной и другими кислотами. Инертен в отношении фтороводородной и ортофосфорной кислот. Причина этому кроется в наличии на поверхности неодима защитной пленки, состоящей из соединений растворимой соли.

В насыщенном влагой воздухе неодим покрывается тонкой гидроксидной пленкой. При температуре более 300 ºС начинается процесс горения. При нагревании свыше 500 ºС неодим вступает в химические реакции с такими элементами как водород, фосфор, углерод, сера, азот.

Механические свойства

Отличительной особенностью неодима является его высокая пластичность. Модуль Юнга (упругости) составляет 37 ГПа. Модуль сдвига 13,5 ГПа. Относительное удлинение на сжатие равно 40%, что сравнимо с аналогичным показателем меди.

Неодим не выделяется высокими прочностными характеристиками. Предел прочности на разрыв составляет 136 МПа, что почти в 4 раза ниже, чем у стали 45. Твердость металлического неодима зависит от количества примесей в его составе. Такие элементы как фосфор повышают ее значение, но при этом отрицательно влияют на прочность. Для чистого неодима твердость равна 314 единиц по шкале Бринелля.

Технологические свойства

Повышенная пластичность металла обеспечивает ему возможность применения всех типов горячей и холодной обработки давлением: штамповка, ковка, чеканка и прочее. Штампованные заготовки из неодима отличаются высокой точностью из-за низкого значения усадки металла.

Металл поддается резанию. Из-за его повышенной вязкости не удается достичь высоких скоростей резания при обработке. Они колеблются в пределах 40-60 м/с.

Металлический неодим не изменяет механические характеристики обработкой температурой. Не сваривается. Частично поддается сварке.

Соединения неодима

Как уже было сказано ранее, неодим активно вступает в химические связи с другими элементами. Наиболее применяемые в практике среди них:

• Оксид неодима – голубовато-серое соединение плотностью 7325 кг/м3. Тугоплавок. Температура плавления 2300 С. Не растворяется в щелочи и воде.
• Фторид неодима – кристалл бледно-розового цвета с температурой плавления 1375 С.
• Хлорид неодима – фиолето-розовое соединение плотностью 4135 кг/м3. Отличается относительно низкой температурой плавления 760 С. Хорошо растворим в воде.

Применение

Широкое использование неодима в производстве имеет две основные причины:

• Большое распространение в природе. Литосфера содержит в среднем 2,5 грамма на тонну земли, а морская вода 0,02 *1 мкг на 1000 литров. Его процентное содержание на планете опережает такие металлы как золото, никель, алюминий и прочее.
• Относительно низкие цены.

В производстве выделяют следующие способы применения данного редкоземельного металла:

• Стекольная промышленность. Вместе с другими редкоземельными металлами, неодим является составной частью стекла, меняющего свой цвет исходя из интенсивности освещения. Также он служит компонентом «осветительного» стекла, применяемого при изготовлении оптической аппаратуры. Из неодимовых сплавов производят защитные очки для обеспечения безопасности проведения сварочного процесса. Причиной этому послужила способность металла поглощать ультрафиолет. Металлический неодим служит материалом для производства инфракрасных фильтров, используемых в оптическом оборудовании астрономов. Способность неодимового стекла препятствовать проникновению нейтронов нашло ему применение в производстве защиты термоядерных реакторов.
• В металлургической отрасли неодим применяется как раскислитель стали. Введение неодима в никелевый сплав повышает его пластичность на 30-40%, что дает возможность обрабатывать металл давлением. Магниевые сплавы, легированные неодимом, сохраняют свои механические характеристики при более высоких температурах. Титан с содержанием ниобия в составе имеет лучшую прочность и устойчивость к образованию коррозии по сравнению с чистым металлом.
• В атомной промышленности металлический неодим используют для получения плутония из урано-плутоневого раствора. Плутоний выделяется намного быстрее в условиях наличия частиц неодима, что дает возможность проведения его равномерной экстракции из жидкого урана. Помимо этого неодим увеличивает качественные характеристики уранового топлива.
• Большинство современных промышленных магнитов основаны на соединение железо-бор-неодим. По сравнению с самариево-кобальтовыми магнитами, они отличаются более высокими значениями магнитной силы.
• Химическая промышленность применяет неодим в качестве катализатора при изготовлении разного рода полимеров.
• Помимо этого служит сырьем для кристаллов излучателей лазеров. Неодимовые лазеры активно применяют в пластической хирургии для коррекции фигуры.
• Используется в качестве конструкционного материала в ракетокосмической промышленности. Неодимовый металлопрокат является заготовкой для деталей, установленных на орбитальных спутниках и космических аппаратах.
• В электронике неодим служит при производстве электронно-лучевых трубок, отличающихся повышенным значением контрастов цветов.

Цена

На ноябрь 2017 года стоимость неодима составляет в среднем 4000-4200 рублей за килограмм. На данную цену оказывает влияние прежде всего:

• Значение котировок на Лондонской бирже редкоземельных металлов.
• Химическая чистота. Наличие примесей снижает металлы в стоимости.
• Привязка цены к курсу доллара. Последнее резкое увеличение стоимости произошло по причине обвала рубля на мировом рынке.
• Не последнюю роль в формировании цен имеют природные катаклизмы.