Люди очень редко разбираются в том, на основе каких веществ работает современная аппаратура, при чем - это совсем не зависит от отрасли промышленности, или банальной повседневности. Эта работа внесет ясность в аспекты некоторых обыденных вещей и расширит ваш кругозор, а ещё приоткроет завесу тайны над перспективными технологиями будущего.
Лантан был открыт одним из первых среди РЗМ. Лантан и лантаноиды – всегда вместе: в минералах, в нашем представлении, в металле. На Всемирной выставке в Париже в 1900 г. были впервые продемонстрированы образцы некоторых чистых, как считалось, лантаноидов.
Но, по факту, все “чистые образцы” были лишь смесью нескольких лантаноидов.
Лантан был открыт как примесь в “чистом церие” - его “старшем брате” и, практически, родоначальнике лантаноидов. В 1826 г. Карл Мосандер – ученик, ассистент и один из близких друзей Берцелиуса (человека, открывшего церий) – исследовал цериевую землю и заключил, что она неоднородна, что в ней, помимо церия, содержится еще один, а может быть и не один, новый элемент. Но, чтобы проверить это предположение, нужно было много церита. Доказать сложность цериевой земли Мосандеру удалось лишь в 1839 г. Целых 36 лет этот металл скрывался от ученых - за это и получил свое название.
Изначально лантан, как и многие РЗМ хотели отнести ко II группе, но благодаря опыту с нагреванием Менделеева его все же разместили в III, присвоим Порядковый номер 57 и атомный вес 138...139.
Как мы можем заметить, Лантан является вторым по количеству содержания в земной коре, уступая лишь Церию.
Получают Лантан преимущественно из монацита и бастнезита, как, впрочем, и церий, и все остальные элементы цериевой подгруппы.
Монацит – тяжелый блестящий минерал, обычно желто-бурый, но иногда и других цветов, поскольку постоянством состава он не отличается. Точнее всего его состав описывает такая странная формула: (РЗЭ)PO4. Она означает, что монацит – фосфат редкоземельных элементов (РЗЭ). Обычно в монаците 50...68% окислов РЗЭ и 22...31,5% P2O5.
Монацитовые россыпи (монацитовый песок) распространены по берегам рек, озер и морей на всех континентах. В начале века (данные за 1909 г.) 92% мировой добычи редкоземельного сырья, и прежде всего монацита, приходилось на долю Бразилии. Спустя десять лет центр тяжести переместился на тысячи километров к востоку (или к западу, смотря как считать) – в Индию. После 1950 г. в связи с развитием атомной промышленности гегемоном среди капиталистических стран в добыче и переработке редкоземельного сырья стали Соединенные Штаты. Хотя песок и называют монацитовым, монацита в нем немного – доли процента. К примеру, в известных монацитовых россыпях Айдахо (США) тонна песка содержит лишь 330 г монацита.
Поэтому прежде всего получают монацитовый концентрат. Дальше идет разделение по весу - монацит почти в два раза тяжелее песка. После монацитовый концентрат обрабатывают концентрированной серной кислотой, затем водой выполащивают торий и сульфаты РЗЭ - в осадке остается кремнозем и часть циркона. В следующей стадии из смеси удаляют короткоживущий торий и мезоторий (радий-228). Церий выпадает осадком Ce(OH)4, тогда как остальные лантонаиды остаются в растворе. После того как выделен церий, в растворе больше всего лантана (в виде нитрата La(NO3)3, так как на одной из промежуточных стадий серная кислота была заменена азотной, чтобы облегчить дальнейшее разделение). Из этого раствора и получают лантан, добавляя аммиак, нитраты аммония и кадмия. И после выпадения осадка выделяют ещё и кадмий и в конечном счете вы получаем хлорид лантана LaCl3. Электролиз расплавленного хлорида дает лантан чистотой до 99,5%. Еще более чистый лантан (99,79% и выше) получают кальциетермическим способом. Такова классическая традиционная технология.
Как можно понять, процесс далеко не из простых.
И даже при этом используются редкоземельные металлы в общирном количестве сфер.
Самое перспективное направление - создание топливных элементов для водородных автомобилей, идея которых уже достаточно давно обсуждается в Китае, Японии, ведь опытные образцы данных машин прямо сейчас эксплуатируются в Германии, той же Японии и Китае.
В качестве еще одной перспективы применения химического элемента лантана современные исследователи видят его в качестве основной составляющей аккумуляторов нового типа с твердым электролитом.
Из материалов, содержащих лантан, изготовляют колесики чрезвычайно популярных и востребованных зажигалок.
Так, оксид лантана применяют для изготовления оптических стекол (так называемого лантанового стекла). Линзы, призмы, изготовленные с применением этого металла, используются в фото- и киноаппаратуре, в астрономической оптике.
Хромит лантана, обработанный стронцием
Так же не теряет своей актуальности работа с керамикой, ведь и там лантан задействуется. И его используют и будут использовать как катализатор для некоторых реакциях.
Подводя итоги можно однозначно сказать, что редкоземельные металлы, а значит и Лантан в том числе, в ближайшие годы будут лишь набирать обороты использования в промышленности. Некоторые страны считают, что водородные автомобили составят конкуренцию электромобилям, но даже если в ближайшее десятилетие этого не случится, то те же двигатели большинства электромобилей в скором времени будут содержать в себе лантановые составляющие. Ну, а остальные промышленности будут постепенно расти, прогрессировать и все так же задействовать в себе чудесные редкоземельные металлы.