Samario puro CAS 7440-19-9

Samario puroes un elemento metálico con símbolo químico Sm y número atómico 62. Se trata de un metal blanco plateado de dureza media, fácil de oxidar en el aire. Como componente típico de la serie de los lantánidos, el samario suele asumir el estado de oxidación de +3. SmO, SmS, SmSe y SmTe son los compuestos más comunes de samario (II). El samario no tiene ningún efecto biológico significativo, sólo una ligera toxicidad. Coexiste con otros elementos de tierras raras en la arena de monacita. Las tierras raras contenidas en la monacita, así como el calcio y el torio, se distribuyen en las arenas de los ríos de la India y Brasil y en las arenas de los ríos costeros de Florida. La fracción masiva de elementos de tierras raras en la arena de monacita suele ser del 50%, del cual el samario representa el 2,8%. Además, el samario también existe en la bastnasita, que se distribuye principalmente en el sur de California. Se necesita tecnología de intercambio iónico para separar el samario de sus minerales.

Samario puro, como miembro importante de la familia de elementos de tierras raras, ha demostrado un valor de aplicación irremplazable en múltiples campos debido a sus propiedades físicas y químicas únicas.

Materiales magnéticos permanentes: el rendimiento dominante en entornos de alta-temperatura

 

El imán permanente de samario y cobalto (SmCo) es pionero en materiales magnéticos permanentes de tierras raras, con propiedades magnéticas superadas solo por el neodimio, el hierro y el boro. Sin embargo, tiene importantes ventajas en cuanto a estabilidad a altas temperaturas, resistencia a la desmagnetización y resistencia a la corrosión.

Technical characteristics: Samarium cobalt magnets are divided into two categories: SmCo ₅ series and Sm ₂ Co ₁ series. The latter has become mainstream due to its higher magnetic energy product (up to 32MGOe) and coercivity (>25kOe). Su temperatura máxima de trabajo alcanza los 350 grados, y algunos modelos pueden soportar ambientes extremos de 538 grados. La tasa de cambio magnético es inferior al 0,03%/grado, lo que garantiza la confiabilidad de los sistemas de precisión bajo diferencias de temperatura.

 

Aplicaciones militares:
Avión de combate F-35: cada avión requiere 23 kilogramos de imanes de samario y cobalto para accionar servosistemas de radar y motores de alta temperatura (capaces de soportar 538 grados), lo que garantiza un control preciso en condiciones de trabajo extremas. Los imanes de neodimio, hierro y boro no se pueden reemplazar debido a problemas de atenuación magnética a alta temperatura.
Sistema de guía de misiles: el imán de samario y cobalto impulsa el motor cónico de la ojiva, manteniendo la estabilidad magnética en el entorno de fricción de alta-temperatura generado por el vuelo supersónico. Sus características antiinterferencias electromagnéticas garantizan la confiabilidad de las señales de guía láser/infrarrojas.

 

Submarino nuclear: el sistema de detección de sonar del submarino nuclear clase Virginia se basa en imanes de samario y cobalto para capturar ondas sonoras débiles, y el motor de propulsión utiliza imanes de samario para lograr un funcionamiento silencioso, evitando la exposición de características magnéticas.
Aplicaciones industriales: en campos como la navegación por satélite, tubos de alta-frecuencia, equipos de microondas, etc., los imanes de samario y cobalto proporcionan campos magnéticos estables para garantizar la precisión del sistema. Por ejemplo, los instrumentos de posicionamiento de la nave espacial Apolo 11 utilizaron imanes de samario y cobalto para adaptarse al entorno de temperatura extremadamente baja de la luna.

Industria nuclear: válvula de control para el uso seguro de la fisión nuclear

 

El isótopo samario-149 (Sm-149) del samario tiene una sección transversal de captura de neutrones térmicos extremadamente alta (42.000 bar) y es un material de control clave para los reactores nucleares.

Absorción de neutrones: Sm-149 regula la velocidad de las reacciones nucleares absorbiendo neutrones, evitando reacciones en cadena incontroladas. Su capacidad de absorción supera con creces a los materiales tradicionales como el cadmio, y su rendimiento es estable a altas temperaturas.
Material estructural: La aleación de samario se puede utilizar para fabricar capas de blindaje de reactores, bloqueando eficazmente los rayos gamma y la radiación de neutrones, protegiendo al personal y al medio ambiente.

Importancia estratégica: después de que China impusiera controles de exportación de tierras raras como el samariu, la línea de producción estadounidense F-35 se estancó debido a la falta de imanes de cobalto de samariu y la mejora de los submarinos nucleares se retrasó, lo que expuso la vulnerabilidad de la cadena de suministro militar occidental. La reserva de 500 toneladas de tierras raras del Pentágono sólo es suficiente para emergencias a corto plazo, lo que pone de relieve el valor estratégico del samario en el campo de la seguridad de la energía nuclear.

Campo médico: el 'arma de precisión' para el tratamiento del dolor del cáncer

 

El isótopo radiactivo samario-153 (Sm-153) del samario desempeña un papel crucial en las imágenes médicas y el tratamiento del cáncer.

Inyección de samario Lai Xijue Nan: utilizada para tratar el dolor causado por metástasis óseas osteogénicas, sus partículas beta emitidas pueden atacar y destruir las células cancerosas al tiempo que reducen el daño a los tejidos normales. Las estadísticas clínicas muestran que la tasa de alivio del dolor del fármaco para las metástasis óseas del cáncer de mama, cáncer de pulmón y cáncer de próstata es superior al 80%.
Imágenes médicas: Sm-153 sirve como trazador para localizar metástasis tumorales mediante gammagrafía ósea, lo que ayuda a los médicos a desarrollar planes de tratamiento precisos.
Ventaja técnica:Samario puroLos compuestos pueden soportar altas temperaturas superiores a 700 grados sin perder magnetismo, lo que garantiza la estabilidad de los medicamentos durante la preparación y el almacenamiento.

Materiales Ópticos y Electrónicos: "Aditivos" para Mejoras Funcionales

 

Los compuestos de samario promueven la innovación tecnológica en los campos de la óptica y la electrónica al mejorar las propiedades de los materiales.

Material del láser: el cristal de granate de itrio y aluminio dopado con samariu (Sm: YAG) es el componente central de los láseres de estado sólido-y su longitud de onda láser emitida de 1,06 μm es adecuada para armas de energía dirigida militar, de procesamiento industrial y médico. El dopaje de samariu puede mejorar la eficiencia del láser en más de un 30%.
Vidrio óptico: agregar óxido de samario (Sm ₂ O3) puede aumentar el índice de refracción (por encima de 1,8) y la resistencia al desgaste del vidrio, al tiempo que le confiere propiedades especiales de fluorescencia amarilla, que se utilizan para fabricar instrumentos ópticos de alta-precisión, como microscopios y telescopios.
Cerámica piezoeléctrica: el óxido de samariu como aditivo puede mejorar la sinterización y la densidad de la cerámica, produciendo efectos piezoeléctricos adecuados, y se usa ampliamente en campos como sensores y transductores ultrasónicos.

Industria de la catálisis y la cerámica: impulsores de la mejora de la eficiencia

 

Los compuestos de Samariu exhiben un rendimiento catalítico eficiente en reacciones químicas y fabricación de cerámica.

Refinación de petróleo: los catalizadores a base de Samariu pueden promover el craqueo de petróleo pesado, aumentar el rendimiento de gasolina entre un 10% y un 15% y reducir las emisiones de óxido de azufre.
Almacenamiento de energía de hidrógeno: la aleación de lantano y níquel (que contiene samario) puede absorber una gran cantidad de gas hidrógeno para formar hidruros metálicos, lo que se espera que resuelva el problema del almacenamiento y transporte seguros de la energía del hidrógeno.
Condensadores cerámicos: el dopado con óxido de samario puede aumentar la constante dieléctrica de los cerámicos, reducir las pérdidas dieléctricas y es adecuado para circuitos de alta-frecuencia y sistemas de energía de impulsos.

Campos emergentes: la vanguardia de los avances tecnológicos

 

Con el desarrollo de la tecnología, están surgiendo gradualmente las posibles aplicaciones del samario en materiales sigilosos, tecnología superconductora y otros campos.

Material sigiloso: Los metamateriales basados ​​en Samariu pueden regular las ondas de radar y la radiación infrarroja, logrando sigilo de doble banda de infrarrojos para aviones de combate/barcos, rompiendo las limitaciones de ancho de banda de los materiales absorbentes tradicionales.
Tecnología superconductora: Ciertos compuestos de samario exhiben superconductividad a bajas temperaturas, lo que proporciona una base material para los trenes maglev y la computación cuántica.

Misil hipersónico: el óxido de Samariu, como aditivo cerámico resistente a altas-temperaturas, puede proteger la capa de protección térmica del misil contra daños a una velocidad de vuelo de 5 Mach.

 

Samariu, con sus propiedades físicas y químicas únicas, se ha convertido en un "puente" que conecta la industria tradicional con la tecnología-de vanguardia. Desde imanes permanentes de alta-temperatura hasta barras de control de reactores nucleares, desde medicamentos para el tratamiento del dolor del cáncer hasta cristales láser, la aplicación del samario abarca múltiples dimensiones de la sociedad humana. Con el control estratégico y la mejora tecnológica de los recursos de tierras raras por parte de China, el patrón de la cadena de suministro global de Samariu seguirá evolucionando y su posición dominante en áreas clave se consolidará aún más. En el futuro, con avances en campos emergentes como los materiales sigilosos y la tecnología superconductora, se liberará más plenamente el valor potencial del samario.

Para la preparación desamario puro, el samario metálico se puede preparar reduciendo el óxido de samario con bario o lantano.

Método de destilación reductora del óxido de Samariu: La ventaja del método de destilación reductora es que los óxidos de tierras raras se utilizan directamente como materia prima y los procesos de reducción y destilación se llevan a cabo simultáneamente, lo que simplifica el proceso. La pureza de los productos metálicos obtenidos es alta. Además, el residuo de la destilación reductora es también un óxido de tierras raras que puede reciclarse.

Porque el samario tiene una presión de vapor alta, mientras que la presión de vapor del lantano reductor es baja. La: a 1754 grados, la presión de vapor es 1,33 Pa; a 2217 grados, la presión de vapor es 133,32 PaSm; a 722 grados, la presión de vapor es 1,33 Pa; a 964 grados, la presión de vapor es 133,32 Pa; por lo tanto, el método de destilación reductora de óxidos de lantano se puede utilizar para preparar samario metálico: 2La (l)+Sm2O3 (s) 1600La2O3 (s)+2Sm (g). El Samariu producido en la reacción se puede eliminar del reactor mediante volatilización, lo que puede promover la reacción completa.

En el proceso de destilación reductora, caliente el óxido de samario en aire a 800 grados durante 15 h para eliminar la posible absorción de H2O y CO2. Tornear el lantano de metal fundido a 1800 grados en virutas de metal. Mezcle 550 g de Sm2O3 calcinado y 540 g de virutas de metal de La [exceso de 15 % (fracción de masa)], y páselo por el prensado de lingotes (9,8-49) × 107 Pa], póngalo en un crisol de Ta con un diámetro de 6,4 cm y una longitud de 25,4 cm, y coloque un condensador de Ta de 20 cm y un deflector de Ta en la parte superior del crisol para evitar un exceso. que se eliminen las partículas de óxido. Coloque el dispositivo en la zona de alta temperatura del horno de inducción al vacío. Cuando el sistema se evacua a una presión inferior a 0,1 Pa, comienza a calentarse. Después de 2 h, sube a la temperatura máxima de 1600 grados y permanece a esta temperatura durante otras 2 h. Es importante aumentar la temperatura lentamente, porque si la temperatura aumenta demasiado rápido, La se derretirá y correrá hacia el fondo del crisol, afectando el contacto de los reactivos. El metal reducido se destila fuera de la zona de reacción y se condensa en el condensador. Se pueden obtener unos 465g de samariu con un rendimiento del 98%. Cuando la temperatura del condensador es de 300 a 500 grados, el metal condensado tiene partículas cristalinas grandes y es estable en el aire. Sin embargo, cuando la temperatura de condensación es baja, las partículas metálicas condensadas son finas e inflamables en el aire. La pureza del producto de una destilación reductora puede alcanzar el 99,5% o más, pero aún contiene cientos de La, O y H del orden de 10-6. Estas impurezas se pueden reducir aún más después de la redestilación o sublimación. La temperatura de sublimación es de 800 grados y la temperatura de condensación es de ~500 grados. El crisol utilizado para la destilación reductora se puede utilizar en sublimación. Sin embargo, el crisol debe decaparse previamente con ácido y desgasificarse al vacío a 1800 grados.

Proceso de descubrimiento:samario puroes uno de los elementos lantánidos (perteneciente a las tierras raras), que enredó y confundió a los químicos en el siglo XIX. Su historia comenzó con el descubrimiento del cerio en 1803.

Se supone que el cerio contiene otros metales. Carl Mosander afirmó haber obtenido de él lantano y didimio en 1839, pero el didimio es en realidad una mezcla de praseodimio y neodimio. En 1879, Paul ¦ milla Lecoq de Boisbaudran extrajo nuevamente el didimio de minerales de niobio y itrio. Posteriormente, preparó la solución de didimio con ácido nítrico y le añadió hidróxido de amonio. Se encontró que el sedimento se formó en dos etapas. Se concentró en el primer depósito, midió su espectro y concluyó que se trataba de un nuevo elemento samario. (De hecho, el europio se encontró en el samario en 1901)

Distribución mineral: coexiste con otras tierras raras en la arena de monacita. Las tierras raras contenidas en la monacita, así como el calcio y el torio, se distribuyen en las arenas de los ríos de la India y Brasil y en las arenas de los ríos costeros de Florida. La fracción masiva de elementos de tierras raras en la arena de monacita suele ser del 50%, del cual el samario representa el 2,8%. Además, el samario también existe en la bastnasita, que se distribuye principalmente en el sur de California. Se necesita tecnología de intercambio iónico para separar el samario de sus minerales.

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