Elemento mágico de tierras raras: “Rey de los imanes permanentes”: Neodimio

bastnasita

El neodimio, de número atómico 60 y peso atómico 144,24, con un contenido del 0,00239 % en la corteza terrestre, se encuentra principalmente en la monacita y la bastnasita. Existen siete isótopos de neodimio en la naturaleza: neodimio 142, 143, 144, 145, 146, 148 y 150, de los cuales el neodimio 142 presenta el mayor contenido. Con la aparición del praseodimio, surgió el neodimio. Su llegada impulsó el campo de las tierras raras y desempeñó un papel importante en él, influyendo en su mercado.

Descubrimiento del neodimio

Karl Orvon Welsbach (1858-1929), el descubridor del neodimio

En 1885, el químico austriaco Carl Orvon Welsbach descubrió el neodimio en Viena. Separó el neodimio y el praseodimio de materiales simétricos de neodimio mediante la separación y cristalización del nitrato de amonio tetrahidratado en ácido nítrico, y simultáneamente mediante análisis espectral. Sin embargo, no se separó en una forma relativamente pura hasta 1925.

Desde la década de 1950, el neodimio de alta pureza (superior al 99 %) se obtenía principalmente mediante el proceso de intercambio iónico de la monacita. El metal se obtiene electrolizando su sal de haluro. Actualmente, la mayor parte del neodimio se extrae de (Ce, La, Nd, Pr)CO₃F en basta natanita y se purifica mediante extracción con disolventes. La purificación por intercambio iónico reserva la pureza más alta (generalmente > 99,99 %) para su preparación. Debido a la dificultad de eliminar el último rastro de praseodimio en una época en que la fabricación dependía de la tecnología de cristalización escalonada, el vidrio de neodimio de la década de 1930 presenta un color púrpura más puro y un tono más rojizo o anaranjado que la versión moderna.

metal de neodimio

El neodimio metálico tiene un lustre plateado brillante, un punto de fusión de 1024 °C, una densidad de 7,004 g/cm³ y es paramagnetista. El neodimio es uno de los metales de tierras raras más activos, que se oxida y oscurece rápidamente en el aire, formando una capa de óxido y desprendiéndose, exponiéndolo a una mayor oxidación. Por lo tanto, una muestra de neodimio de un centímetro de tamaño se oxida completamente en un año. Reacciona lentamente en agua fría y rápidamente en agua caliente.

Configuración electrónica de neodimio

Configuración electrónica:

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

El rendimiento láser del neodimio se debe a la transición de electrones orbitales 4f entre diferentes niveles de energía. Este material láser se utiliza ampliamente en comunicaciones, almacenamiento de información, tratamientos médicos, mecanizado, etc. Entre ellos, el granate de itrio y aluminio Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd) se utiliza ampliamente con un excelente rendimiento, y el granate de gadolinio, escandio y galio dopado con Nd presenta una mayor eficiencia.

Aplicación del neodimio

El mayor consumidor de neodimio es el imán permanente de NdFeB. El imán de NdFeB es conocido como el rey de los imanes permanentes debido a su alta energía magnética. Se utiliza ampliamente en electrónica, maquinaria y otras industrias por su excelente rendimiento. Francis Wall, profesor de minería aplicada en la Escuela de Minería de Cumberland, Universidad de Exeter, Reino Unido, afirmó: «En cuanto a imanes, no hay nada que pueda competir con el neodimio. El exitoso desarrollo del Espectrómetro Magnético Alfa indica que las propiedades magnéticas de los imanes de NdFeB en China han alcanzado un nivel de clase mundial».

Imán de neodimio en el disco duro

El neodimio se puede utilizar para fabricar cerámica, vidrio violeta brillante, rubí artificial para láser y vidrio especial que filtra los rayos infrarrojos. Se utiliza junto con el praseodimio para fabricar gafas protectoras para sopladores de vidrio.

La adición de 1,5% ~ 2,5% de óxido de neodimio nano en una aleación de magnesio o aluminio puede mejorar el rendimiento a alta temperatura, la hermeticidad del aire y la resistencia a la corrosión de la aleación, y se usa ampliamente como material aeroespacial para la aviación.

El nanogranate de itrio y aluminio dopado con nanoóxido de neodimio produce un rayo láser de onda corta, que se utiliza ampliamente para soldar y cortar materiales delgados con un espesor inferior a 10 mm en la industria.

Varilla láser Nd:YAG

En el tratamiento médico, el nano láser de granate de itrio y aluminio dopado con nano óxido de neodimio se utiliza para eliminar heridas quirúrgicas o desinfectar heridas en lugar de bisturíes.

El vidrio de neodimio se fabrica añadiendo óxido de neodimio al vidrio fundido. El color lavanda suele aparecer en el vidrio de neodimio bajo la luz solar o una lámpara incandescente, pero el azul claro aparece bajo la luz de una lámpara fluorescente. El neodimio puede utilizarse para colorear tonos delicados del vidrio, como el violeta puro, el rojo vino y el gris cálido.

vidrio de neodimio

Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología y la expansión y extensión de la ciencia y la tecnología de las tierras raras, el neodimio tendrá un espacio de utilización más amplio.