Металлический лантан: свойства, применение, рыночные тенденции
Металлический лантан - удивительный материал с уникальными свойствами, который находит широкое применение в современной промышленности. От оптики до ядерной энергетики - лантан используется повсеместно. Но что же такого особенного в этом металле? Давайте разберемся!
История открытия лантана
Лантан был открыт в 1839 году шведским химиком Карлом Мосандером. Он выделил его из смеси нитрата церия фракционной кристаллизацией сульфата лантана. Название "лантан" происходит от греческого слова, означающего "скрытый". Это связано с тем, что лантан "прятался" в составе цериевых соединений на протяжении 36 лет, прежде чем был открыт.
Лантан был открыт в 1839 году Карлом Мосандером в минерале церите в Стокгольме, Швеция.
Физико-химические свойства
Лантан металлический - это серебристо-белый металл, мягкий и пластичный. Он имеет три кристаллические модификации. При нагревании выше 440°C лантан воспламеняется и сгорает до оксида лантана La2O3. Реагирует с водой с образованием гидроксида лантана.
- Температура плавления: 920°C
- Плотность: 6,15 г/см3
- Температура воспламенения: 440°C
Лантан образует сплавы более чем с 20 металлами. С железом дает пирофорный сплав, способный самовоспламеняться на воздухе.
Производство и мировой рынок лантана
Основные месторождения лантана находятся в Китае, России, США. Мировое производство лантана составляет около 1000 тонн в год. В последние годы наблюдается тенденция к росту производства и потребления этого металла.
| 2018 г. | 1200 тонн |
| 2019 г. | 1300 тонн |
Цена на лантан металлический в 2019 году составляла 350$ за 1 кг. Прогнозируется дальнейший рост цены примерно на 3-5% в год.
Области применения
Лантан металлический используется в производстве оптических линз и призм благодаря своим уникальным оптическим свойствам. Оксид лантана La2O3 применяется для изготовления специальных оптических стекол.
Металлургия
Металлический лантан используется в качестве восстановителя и модификатора в металлургии. Он способствует образованию шаровидного графита в чугуне, повышает стойкость стали к окислению. Также применяется для легирования молибдена, уменьшения его твердости и температурной чувствительности.
Энергетика
Соединения лантана входят в состав электродов высокотемпературных топливных элементов. Оксид лантана используется в производстве катодов - источников электронов для электронной микроскопии и другого оборудования.
Перспективы применения
Активно ведутся разработки по использованию лантана металлического марки ЛаМ-1 в водородной энергетике. В частности, в производстве металлогидридных аккумуляторов и топливных элементов. Перспективным направлением является применение лантана в ядерной энергетике.
Требования стандартов
В России для лантана металлического ГОСТ 27059-86 устанавливает следующие требования: содержание основного вещества (La) не менее 99,9%; влаги и летучих веществ - не более 0,05%; железа - не более 0,05%; кремния - не более 0,05%.
Экологические аспекты
Лантан относится к умеренно токсичным веществам. Однако вдыхание пыли его соединений может вызвать раздражение дыхательных путей. Поэтому при работе с лантаном металлическим требуются меры предосторожности и защиты органов дыхания.
Применение лантана в оптике
Благодаря высокому показателю преломления, оксид лантана La2O3 широко используется в производстве оптических линз и призм. Особенно эффективно его применение в линзах для фото- и видеокамер, микроскопов, телескопов, очков и других оптических приборов.
Лантан в астрономической оптике
Создание все более мощных телескопов требует применения специальных оптических стекол на основе оксида лантана. Они обеспечивают минимальные оптические искажения даже при больших диаметрах линз и зеркал.
Лантановые линзы для фото- и видеотехники
Высококачественные объективы для фото- и видеокамер часто содержат линзы из оптических стекол, легированных оксидом лантана. Это позволяет достичь исключительной четкости и резкости изображения.
Применение лантана в металлургии
В металлургии лантан используется для модифицирования и легирования различных сплавов. Он оказывает сильное влияние даже при небольших концентрациях.
Небольшие добавки лантана (до 0,1%) повышают прочность и вязкость стали, предотвращают хрупкость при отрицательных температурах.
Лантан стимулирует образование шаровидного графита в чугуне, что приводит к повышению прочности и пластичности отливок.
Применение лантана в электронике
Благодаря уникальным электронным свойствам, лантан и его соединения активно используются в электронной промышленности.
Лантан в производстве катодов
Гексаборид лантана применяется для изготовления термоэмиссионных катодов - источников электронов в электронно-лучевых трубках. Он заменяет дорогостоящий вольфрам.
Высокочистые соединения лантана, такие как оксид лантана, используются при производстве интегральных микросхем и других элементов микроэлектроники.
Перспективы применения лантана
В настоящее время ведутся активные исследования по расширению областей применения лантана и его соединений.
Перспективно использование лантана в производстве электродов для топливных элементов, а также в металлогидридных аккумуляторах для хранения водорода.
Ведутся работы по созданию высокотемпературных ядерных реакторов на основе соединений лантана и других редкоземельных металлов.