Magisches Seltenerdelement: „König der Permanentmagnete“ – Neodym

Bastnäsit

Neodym, Ordnungszahl 60, Atomgewicht 144,24, mit einem Gehalt von 0,00239 % in der Erdkruste, kommt hauptsächlich in Monazit und Bastnäsit vor. In der Natur kommen sieben Neodym-Isotope vor: Neodym 142, 143, 144, 145, 146, 148 und 150, wobei Neodym 142 den höchsten Gehalt aufweist. Mit der Entstehung von Praseodym entstand Neodym. Die Einführung von Neodym aktivierte den Seltenerdmarkt und spielte darin eine wichtige Rolle. Sie beeinflusste auch den Seltenerdmarkt.

Entdeckung von Neodym

Karl Orvon Welsbach (1858-1929), der Entdecker des Neodyms

1885 entdeckte der österreichische Chemiker Carl Orvon Welsbach in Wien Neodym. Er trennte Neodym und Praseodym aus symmetrischen Neodymmaterialien, indem er Ammoniumnitrat-Tetrahydrat von Salpetersäure trennte und kristallisierte. Gleichzeitig trennte er es durch Spektralanalyse. In relativ reiner Form wurde es jedoch erst 1925 getrennt.

Seit den 1950er Jahren wurde hochreines Neodym (über 99 %) hauptsächlich durch Ionenaustauschverfahren aus Monazit gewonnen. Das Metall selbst wird durch Elektrolyse seines Halogenidsalzes gewonnen. Derzeit wird Neodym hauptsächlich aus (Ce, La, Nd, Pr)CO₃F in Basta-Nathanit extrahiert und durch Lösungsmittelextraktion gereinigt. Durch Ionenaustauschreinigung wird die höchste Reinheit (üblicherweise > 99,99 %) für die Herstellung erhalten. Da es in Zeiten, in denen die Herstellung auf schrittweiser Kristallisation beruhte, schwierig ist, auch die letzten Spuren von Praseodym zu entfernen, weist das frühe Neodymglas der 1930er Jahre eine reinere violette Farbe und einen stärker rötlichen oder orangen Farbton auf als die moderne Version.

Neodym-Metall

Metallisches Neodym hat einen hellen, silbermetallischen Glanz, einen Schmelzpunkt von 1024 °C, eine Dichte von 7,004 g/cm3 und ist paramagnetisch. Neodym ist eines der aktivsten Seltenerdmetalle. Es oxidiert schnell und dunkelt an der Luft nach, bildet eine Oxidschicht und blättert ab, wodurch das Metall weiterer Oxidation ausgesetzt wird. Daher oxidiert eine ein Zentimeter große Neodymprobe innerhalb eines Jahres vollständig. Es reagiert langsam in kaltem Wasser und schnell in heißem Wasser.

Elektronische Konfiguration von Neodym

Elektronische Konfiguration:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f4

Die Laserleistung von Neodym beruht auf dem Übergang von 4f-Orbitalelektronen zwischen verschiedenen Energieniveaus. Dieses Lasermaterial wird häufig in der Kommunikation, Informationsspeicherung, medizinischen Behandlung, Bearbeitung usw. eingesetzt. Darunter ist Yttrium-Aluminium-Granat Y3Al5O12:Nd (YAG:Nd) mit hervorragender Leistung weit verbreitet, und Nd-dotierter Gadolinium-Scandium-Gallium-Granat weist eine höhere Effizienz auf.

Anwendung von Neodym

Der größte Abnehmer von Neodym ist NdFeB-Permanentmagnetmaterial. NdFeB-Magnete werden aufgrund ihrer hohen magnetischen Energie als „König der Permanentmagnete“ bezeichnet. Aufgrund ihrer hervorragenden Leistung werden sie häufig in der Elektronik-, Maschinenbau- und anderen Industriezweigen eingesetzt. Francis Wall, Professor für angewandten Bergbau an der Cumberland School of Mining der University of Exeter, Großbritannien, sagte: „In Bezug auf Magnete gibt es wirklich nichts, was mit Neodym konkurrieren kann. Die erfolgreiche Entwicklung des Alpha-Magnetspektrometers zeigt, dass die magnetischen Eigenschaften von NdFeB-Magneten in China Weltklasseniveau erreicht haben.“

Neodym-Magnet auf der Festplatte

Neodym kann zur Herstellung von Keramik, leuchtend violettem Glas, künstlichem Rubin in Lasern und Spezialglas verwendet werden, das Infrarotstrahlen filtern kann. Zusammen mit Praseodym wird es zur Herstellung von Schutzbrillen für Glasbläser verwendet.

Durch die Zugabe von 1,5–2,5 % Nano-Neodymoxid zu Magnesium- oder Aluminiumlegierungen können die Hochtemperaturleistung, Luftdichtheit und Korrosionsbeständigkeit der Legierung verbessert werden. Sie wird häufig als Luft- und Raumfahrtmaterial in der Luftfahrt eingesetzt.

Mit Nano-Neodymoxid dotierter Nano-Yttrium-Aluminium-Granat erzeugt kurzwellige Laserstrahlen, die in der Industrie häufig zum Schweißen und Schneiden dünner Materialien mit einer Dicke unter 10 mm verwendet werden.

Nd:YAG-Laserstab

In der medizinischen Behandlung wird anstelle von chirurgischen Messern ein mit Nano-Neodymoxid dotierter Nano-Yttrium-Aluminium-Granat-Laser zum Entfernen chirurgischer Wunden oder zur Wunddesinfektion verwendet.

Neodymglas wird durch Zugabe von Neodymoxid zur Glasschmelze hergestellt. Unter Sonnenlicht oder Glühlampenlicht erscheint Neodymglas normalerweise lavendelfarben, unter Leuchtstofflampenlicht hingegen hellblau. Mit Neodym lassen sich zarte Glastöne wie reines Violett, Weinrot und warmes Grau färben.

Neodym-Glas

Mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie und der Ausweitung und Erweiterung der Wissenschaft und Technologie für Seltene Erden wird Neodym einen breiteren Anwendungsbereich haben