مقدمة حول تطبيق العناصر الأرضية النادرة
تُعرف العناصر الأرضية النادرة باسم "الفيتامينات الصناعية"، فهي تتميز بخصائص مغناطيسية وبصرية وكهربائية ممتازة لا غنى عنها، وقد لعبت دورًا هامًا في تحسين أداء المنتجات، وزيادة تنوعها، وتحسين كفاءة الإنتاج. ونظرًا للدور الكبير للعناصر الأرضية النادرة، أصبح استخدامها بكميات صغيرة عنصرًا مهمًا في تحسين هيكل المنتجات، وتحسين المحتوى العلمي والتكنولوجي، ودفع التقدم التكنولوجي في الصناعة، وقد استُخدمت على نطاق واسع في علم المعادن، والمجالات العسكرية، والبتروكيماويات، والسيراميك الزجاجي، والزراعة، والمواد الجديدة، وغيرها من المجالات.
الصناعة المعدنية
تُستخدم المعادن النادرة في مجال علم المعادن منذ أكثر من 30 عامًا، وقد طوّرت تقنيات وتقنيات أكثر نضجًا. تُعدّ المعادن النادرة في الفولاذ والمعادن غير الحديدية مجالًا واسعًا وآفاقًا واعدة. تُستخدم المعادن النادرة، أو الفلورايد، أو السيليكات المضافة إلى الفولاذ، في عمليات التكرير، وإزالة الكبريت، وإزالة الشوائب الضارة متوسطة ومنخفضة نقطة الانصهار، مما يُحسّن أداء معالجة الفولاذ. تُستخدم على نطاق واسع في صناعة السيارات والجرارات ومحركات الديزل وغيرها من الآلات. تُضاف المعادن النادرة إلى المغنيسيوم والألمنيوم والنحاس والزنك والنيكل وسبائك أخرى غير حديدية، مما يُحسّن الخواص الفيزيائية والكيميائية للسبائك، ويُحسّن الخواص الميكانيكية للسبائك في درجات الحرارة العادية ودرجات الحرارة العالية.
لأن المعادن الأرضية النادرة تتمتع بخصائص فيزيائية ممتازة، كالخواص البصرية والكهرومغناطيسية، يُمكنها تصنيع مواد جديدة بخصائص مُختلفة ومجموعة واسعة من المواد الأخرى، مما يُحسّن جودة وأداء المنتجات الأخرى بشكل كبير. ولذلك، يُطلق عليها اسم "الذهب الصناعي". أولًا، يُمكن لإضافة المعادن الأرضية النادرة أن تُحسّن بشكل كبير استخدام الدبابات والطائرات والصواريخ والصلب وسبائك الألومنيوم وسبائك المغنيسيوم وسبائك التيتانيوم في الأداء التكتيكي. بالإضافة إلى ذلك، يُمكن استخدام المعادن الأرضية النادرة أيضًا في الإلكترونيات والليزر والصناعات النووية والموصلات الفائقة والعديد من زيوت التشحيم عالية التقنية الأخرى. ستُحدث تكنولوجيا المعادن الأرضية النادرة، بمجرد استخدامها في الجيش، قفزة نوعية في العلوم والتكنولوجيا العسكرية. بمعنى آخر، يعود الفضل في سيطرة الجيش الأمريكي الساحقة على الحروب المحلية بعد الحرب الباردة، بالإضافة إلى قدرته على القضاء على العدو بشكل علني ودون قيود، إلى تفوقه في تكنولوجيا المعادن الأرضية النادرة.
البتروكيماويات
يمكن استخدام المعادن النادرة في مجال البتروكيماويات لصنع محفزات الغربال الجزيئي، مع النشاط العالي، والانتقائية الجيدة، والمقاومة القوية للتسمم بالمعادن الثقيلة وغيرها من المزايا، وبالتالي استبدال محفزات سيليكات الألومنيوم لعملية التكسير الحفزي للبترول؛ حجم غاز المعالجة أكبر بمقدار 1.5 مرة من محفز النيكل والألومنيوم، في عملية تركيب المطاط الشونبوتيل والمطاط الأيزوبرين، واستخدام حمض السيكلان الأرضي النادر - ثلاثة محفزات إيزوبوتيل الألومنيوم، والحصول على أداء المنتج جيد، مع أقل غراء تعليق المعدات، والتشغيل المستقر، وعملية المعالجة اللاحقة القصيرة وغيرها من المزايا؛ وهلم جرا.
السيراميك الزجاجي
ازداد حجم استخدام المعادن الأرضية النادرة في صناعة الزجاج والسيراميك في الصين بمعدل متوسط قدره 25% منذ عام 1988، ليصل إلى حوالي 1600 طن في عام 1998. ولا يُعدّ سيراميك زجاج المعادن الأرضية النادرة مجرد مواد أساسية تقليدية في الصناعة والحياة، بل يُعدّ أيضًا عنصرًا رئيسيًا في مجال التكنولوجيا الفائقة. تُستخدم أكاسيد المعادن الأرضية النادرة، أو مُركّزاتها المُعالجة، كمساحيق تلميع تُستخدم على نطاق واسع في الزجاج البصري، وعدسات النظارات، وأنابيب التصوير، وأنابيب راسم الذبذبات، والزجاج المسطح، والبلاستيك، وأدوات المائدة المعدنية. ولإزالة اللون الأخضر من الزجاج، تُنتج إضافة أكاسيد المعادن الأرضية النادرة استخدامات مُختلفة للزجاج البصري والزجاج الخاص، بما في ذلك استخدامات في الأشعة تحت الحمراء، والزجاج المُمتص للأشعة فوق البنفسجية، والزجاج المُقاوم للأحماض والحرارة، والزجاج المُقاوم للأشعة السينية، وغيرها. وتُضاف المعادن الأرضية النادرة إلى السيراميك والمينا، مما يُقلل من تشقق الطلاء، ويُضفي على المنتجات ألوانًا ولمعانًا مُختلفين، وهو يُستخدم على نطاق واسع في صناعة السيراميك.
زراعة
أظهرت النتائج أن العناصر الأرضية النادرة تُحسّن محتوى الكلوروفيل في النباتات، وتُعزز عملية التمثيل الضوئي، وتُعزز نمو الجذور، وتزيد امتصاصها للمغذيات. كما تُعزز إنبات البذور، وتزيد معدل إنباتها، وتُعزز نمو الشتلات. بالإضافة إلى الأدوار الرئيسية المذكورة أعلاه، تُحسّن العناصر الأرضية النادرة مقاومة بعض المحاصيل للأمراض والبرد والجفاف. وقد أظهرت العديد من الدراسات أن استخدام تركيزات مناسبة من العناصر الأرضية النادرة يُعزز امتصاص النباتات للمغذيات وتحويلها والاستفادة منها. يُمكن أن يُحسّن رش العناصر الأرضية النادرة محتوى الكلوروفيل، ومحتوى السكر الكلي، ونسبة السكر إلى الحموضة في التفاح والحمضيات، ويُعزز لون الفاكهة ونضجها المبكر. كما يُمكن أن يُثبط قوة التنفس أثناء التخزين ويُقلل من معدل التحلل.
مواد جديدة
مادة المغناطيس الدائم من الفريت الأرضي النادر البورون، مع المغناطيسية المتبقية العالية، والقوة العظمية العالية وتراكم الطاقة المغناطيسية العالية وغيرها من الخصائص، تستخدم على نطاق واسع في صناعة الإلكترونيات والفضاء ودفع توربينات الرياح (مناسبة بشكل خاص لمحطات توليد الطاقة البحرية)؛ - يمكن استخدام العقيق الألومنيوم والزجاج النيوبيوم المصنوع من الزركونيوم عالي النقاء كمواد ليزر صلبة؛ يمكن استخدام البورونكان الأرضي النادر لصنع مواد كاثودية تنبعث إلكترونيًا؛ معدن النيوبيوم والنيكل هو مادة تخزين الهيدروجين التي تم تطويرها حديثًا في السبعينيات؛ وحمض الكروميك هو مادة حرارية كهربائية عالية الحرارة في الوقت الحاضر، يمكن للمواد الموصلة الفائقة المصنوعة من أكاسيد النيوبيوم مع تحسين عناصر الأكسجين القائمة على النيوبيوم في العالم الحصول على موصلات فائقة في منطقة درجة حرارة النيتروجين السائل، مما يمثل اختراقًا في تطوير المواد الموصلة الفائقة. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم المعادن النادرة أيضًا على نطاق واسع في مصادر الضوء مثل الفوسفور، وفوسفور الشاشة المعزز، وفوسفور ثلاثي الألوان، ومساحيق الضوء المصورة (ولكن بسبب التكلفة الأعلى لأسعار المعادن النادرة، انخفض استخدام الإضاءة تدريجيًا)، وأقراص التلفزيون الإسقاطي وغيرها من المنتجات الإلكترونية؛ يمكن أن تزيد إنتاجها بنسبة 5 إلى 10٪، في صناعة النسيج، يُستخدم كلوريد المعادن النادرة أيضًا على نطاق واسع في دباغة الفراء، وصباغة الفراء، وصباغة الصوف، وصباغة السجاد، ويمكن استخدام المعادن النادرة في المحولات الحفازة للسيارات لتقليل الملوثات الرئيسية في غاز عادم المحرك إلى مركبات غير سامة.
تطبيقات أخرى
تُستخدم العناصر الأرضية النادرة أيضًا في مجموعة متنوعة من المنتجات الرقمية، بما في ذلك الصوتيات والمرئيات، والتصوير الفوتوغرافي، والاتصالات، ومختلف المعدات الرقمية، لتلبية متطلبات أصغر حجمًا، وأسرع، وأخف وزنًا، وعمرًا أطول، وتوفيرًا للطاقة، وغيرها من المتطلبات. كما تُستخدم في مجالات الطاقة الخضراء، والرعاية الطبية، وتنقية المياه، والنقل، وغيرها.