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混合稀土金屬

混合稀土金屬（德語：Mischmetall，意為「混合金屬」）是一種稀土金屬合金，典型成分大約為55%的鈰、25%的鑭和15~18%的釹，以及微量其他稀土金屬；它含有95%的鑭系元素和5%的鐵。它最常用於自燃的鐵鈰合金（英語：ferrocerium）打火石，見於許多打火機和火炬，但只由稀土金屬組成的合金太軟，不能產生好的火花。因此，它與鐵氧化物和氧化鎂混合，形成更堅硬的鐵鈰合金。混合稀土金屬在化學式中通常以Mm表示，比如MmNi5。[1]

一些混合稀土金屬顆粒

歷史

 
卡爾·奧爾·馮·韋爾斯巴赫（英語：Carl Auer von Welsbach）

卡爾·奧爾·馮·韋爾斯巴赫（英語：Carl Auer von Welsbach）發現釹和鐠，亦與其他人共同發現鑥。他也發明含有釷的煤氣燈紗罩（英語：煤氣燈紗罩），開創稀土元素工業。他從獨居石沙提取釷後，礦石還剩下許多沒有商業用途的鑭系元素。他想法應用這些元素，混合稀土金屬便是他最早的發現之一。

製備

起初，為了生產混合稀土金屬，韋爾斯巴赫需要獲得大量稀土金屬，便開始使用獨居石提取。[2]

混合稀土金屬最初由獨居石（獨居石是輕鑭系元素和釷的無水磷酸鹽）製成。首先，在高溫下用濃硫酸或氫氧化鈉使礦石裂解。其次，利用釷的鹼度低於三價的鑭系元素這一特性去除釷，在硫酸鋇中通過夾帶作用讓由釷衰變而成的鐳沉澱，再將剩下的鑭系元素轉化為氯化物。所得的「稀土氯化物」（六水合物）在稀土元素工業中是極為重要的化合物。然後，將混合物小心加熱（在商業上有時還會加入氯化銨或氯化鈣以減輕水解的影響[3]），即可將六水合物脫水成無水氯化物。最後，將熔融的氯化物電解（可以加入其他無水鹵化物以提升熔融表現），獲得熔融的混合稀土金屬，並鑄成金屬錠（英語：ingot）。礦石中的釤化合物一般不會被還原成金屬，但會積聚於熔融的鹵化物，而釤便可以由此提取。由獨居石生產的混合稀土金屬的成分大約為48%的鈰、25%的鑭、17%的釹和5%的鐠，其餘則是其他鑭系元素。1965年，氟碳鈰礦（英語：bastnäsite）開始用於稀土金屬的生產工業時，它也通過這個方式轉化為稀土金屬的氯化物，再加工成混合稀土金屬。由氟碳鈰礦生產的混合稀土金屬，鑭含量較高，釹含量較低。

截至2007年 (2007-Missing required parameter 1=month!)，由於釹的需求高，有些製作商會從鑭系元素混合物移除所有重鑭系元素和釹（有時還包括鐠）[3]以分別出售，而剩下的最實惠的混合稀土金屬只含有La-Ce-Pr或La-Ce。輕鑭系元素的冶金性質非常相似，所以簡化合金適用於原本合金的任何用途。不想直接處理礦石的製作商也會從傳統作為商品的「稀土氯化物」提取稀土元素。截至2007年 (2007-Missing required parameter 1=month!)，混合稀土金屬一般少於US$10每公斤，而稀土氯化物混合物往往少於US$5/kg。

用途

混合稀土金屬用於製備幾乎所有稀土金屬，因為這些元素的化學性質都幾乎一樣，所以普通提取過程都不能分辨它們。特製過程（比如由韋爾斯巴赫研發的過程）會利用細微的溶解度差異，將混合稀土金屬分解成組成元素，而每一步只會稍微改變其成分。後來，瑪麗·居里利用這些過程搜尋新的元素。[4]

冶金

混合稀土金屬能提升鎳鉻合金的抗氧化性和鑄鐵的延展性。在高溫合金和不鏽鋼加入該合金，能加強其鑄造性能。[3]

鍍鋅鍍鋁

微量的含鈰鑭混合稀土金屬有時會添加進有刺鐵絲網的鍍鋅過程，提升抗腐蝕性和成型性。[5]通過該方法製作的鐵絲網包含鋅和5-10%的鋁鍍層，以及微量混合稀土金屬。[6]

參考文獻

  1. ^ Jurczyk, M.; Rajewski, W.; Majchrzycki, W.; Wójcik, G. Mechanically alloyed MmNi5-type materials for metal hydride electrodes. Journal of Alloys and Compounds. 1999-08-30, 290 (1–2): 262–266. doi:10.1016/S0925-8388(99)00202-9. 
  2. ^ Baumgartner, E. 7. C. H., Evans (編). Episodes from the History of the Rare Earth Elements (PDF) 1. Dordrecht: Springer Dordrecht. 2011-10-02: xx. ISBN 978-94-010-6614-3. doi:10.1007/978-94-009-0287-9. 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 I. S., Hirschhorn. Commercial production of rare earth metals by fused salt electrolysis. JOM. 1968, 20: 19–22. doi:10.1007/BF03378760. 
  4. ^ 蘇, 鏘. 稀土元素 您身边的大家族. 中國北京: 清華大學出版社. 2001: 23. ISBN 978-7302042020. 
  5. ^ F. R., Schrade; C. H., Donald. Role of misch metal in galvanizing with a Zn-5%Al alloy. Journal of the Less Common Metals. 1983, 93 (2): 253–259. doi:10.1016/0022-5088(83)90164-9. 
  6. ^ Mischmetal. MBR Metals. [2023-10-06]. （原始內容存檔於2023-11-28）. 
  • R. J. Callow, "The Industrial Chemistry of the Lanthanons, Yttrium, Thorium and Uranium", Pergamon Press, 1967.
  • Gupta, C. K.; Krishnamurthy, N. Extractive metallurgy of rare earths. Boca Raton: CRC Press. 2005. ISBN 978-0-415-33340-5. 
  • F. H. Spedding and A. H. Daane, editors, "The Rare Earths", John Wiley & Sons, 1961.

外部連結

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