Samarium pur CAS 7440-19-9

Samarium purest un élément métallique portant le symbole chimique Sm et le numéro atomique 62. Il s'agit d'un métal blanc argenté de dureté moyenne, facile à oxyder à l'air. En tant que composant typique de la série des lanthanides, le samarium assume généralement l'état d'oxydation de +3. SmO, SmS, SmSe et SmTe sont les composés les plus courants du samarium (II). Le samarium n'a aucun effet biologique significatif, seulement une légère toxicité. Il coexiste avec d’autres éléments de terres rares dans le sable monazite. Les éléments de terres rares contenus dans la monazite, ainsi que le calcium et le thorium, sont répartis dans les sables fluviaux de l'Inde et du Brésil et dans les sables fluviaux côtiers de Floride. La fraction massique d'éléments de terres rares dans le sable monazite est généralement de 50 %, dont 2,8 % de samarium. De plus, le samarium existe également dans la bastnaesite, qui est principalement présente dans le sud de la Californie. La technologie d’échange d’ions est nécessaire pour séparer le samarium de ses minéraux.

Samarium pur, en tant que membre important de la famille des éléments des terres rares, a démontré une valeur d'application irremplaçable dans de multiples domaines en raison de ses propriétés physiques et chimiques uniques.

Matériaux à aimants permanents : les performances dominantes dans les environnements-à haute température

 

L'aimant permanent samarium-cobalt (SmCo) est un pionnier dans le domaine des matériaux à aimants permanents de terres rares, avec des propriétés magnétiques juste derrière le néodyme fer bore. Cependant, il présente des avantages significatifs en termes de stabilité à haute température, de résistance à la démagnétisation et de résistance à la corrosion.

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). Sa température de fonctionnement maximale atteint 350 degrés et certains modèles peuvent résister à des environnements extrêmes de 538 degrés. Le taux de changement magnétique est inférieur à 0,03 %/degré, garantissant la fiabilité des systèmes de précision sous des différences de température.

 

Applications militaires :
Avion de combat F-35 : chaque avion nécessite 23 kilogrammes d'aimants en samarium-cobalt pour entraîner les systèmes d'asservissement radar et les moteurs à haute température (capables de résister à 538 degrés), garantissant un contrôle précis dans des conditions de travail extrêmes. Les aimants en néodyme fer bore ne peuvent pas être remplacés en raison de problèmes d’atténuation magnétique à haute température.
Système de guidage du missile : l'aimant samarium-cobalt entraîne le moteur conique de l'ogive, maintenant ainsi la stabilité magnétique dans l'environnement de friction à haute température généré par le vol supersonique. Ses caractéristiques anti-interférences électromagnétiques assurent la fiabilité des signaux de guidage laser/infrarouge.

 

Sous-marin nucléaire : Le système de détection sonar du sous-marin nucléaire de classe Virginia repose sur des aimants en samarium-cobalt pour capturer les ondes sonores faibles, et le moteur de propulsion utilise des aimants en samarium pour obtenir un fonctionnement silencieux, évitant ainsi l'exposition des caractéristiques magnétiques.
Applications industrielles : dans des domaines tels que la navigation par satellite, les tubes haute-fréquence, les équipements micro-ondes, etc., les aimants samarium-cobalt fournissent des champs magnétiques stables pour garantir la précision du système. Par exemple, les instruments de positionnement du vaisseau spatial Apollo 11 utilisaient des aimants en samarium-cobalt pour s'adapter à l'environnement de température extrêmement basse de la Lune.

Industrie nucléaire : vanne de contrôle pour une utilisation sûre de la fission nucléaire

 

L'isotope samarium-149 (Sm-149) du samarium a une section efficace de capture de neutrons thermiques extrêmement élevée (42 000 bars) et constitue un matériau de contrôle clé pour les réacteurs nucléaires.

Absorption des neutrons : le Sm-149 régule la vitesse des réactions nucléaires en absorbant les neutrons, empêchant ainsi les réactions en chaîne incontrôlées. Sa capacité d'absorption dépasse de loin les matériaux traditionnels tels que le cadmium et ses performances sont stables à haute température.
Matériau structurel : l'alliage de samarium peut être utilisé pour fabriquer des couches de protection de réacteur, bloquant efficacement les rayons gamma et les rayonnements neutroniques, protégeant ainsi le personnel et l'environnement.

Importance stratégique : après que la Chine a imposé des contrôles à l'exportation sur les terres rares telles que le samariu, la chaîne de production américaine du F-35 s'est arrêtée en raison du manque d'aimants au cobalt samariu, et la mise à niveau des sous-marins nucléaires a été retardée, exposant la vulnérabilité de la chaîne d'approvisionnement militaire occidentale. La réserve de terres rares du Pentagone, soit 500 tonnes, ne suffit que pour les urgences à court terme, ce qui souligne la valeur stratégique du samarium dans le domaine de la sécurité de l'énergie nucléaire.

Domaine médical : « l’arme de précision » pour le traitement de la douleur cancéreuse

 

L'isotope radioactif samarium-153 (Sm-153) du samarium joue un rôle crucial dans l'imagerie médicale et le traitement du cancer.

Lai Xijue Nan Samarium Injection : Utilisée pour traiter la douleur causée par les métastases osseuses ostéogéniques, ses particules bêta émises peuvent cibler et détruire les cellules cancéreuses tout en réduisant les dommages aux tissus normaux. Les statistiques cliniques montrent que le taux de soulagement de la douleur du médicament pour les métastases osseuses du cancer du sein, du cancer du poumon et du cancer de la prostate est supérieur à 80 %.
Imagerie médicale : le Sm-153 sert de traceur pour localiser les métastases tumorales grâce à la scintigraphie osseuse, aidant ainsi les médecins à élaborer des plans de traitement précis.
Avantage technique :Samarium purles composés peuvent résister à des températures élevées supérieures à 700 degrés sans perdre leur magnétisme, garantissant ainsi la stabilité des médicaments pendant la préparation et le stockage.

Optique et matériaux électroniques : des « additifs » pour des améliorations fonctionnelles

 

Les composés de samarium favorisent l'innovation technologique dans les domaines de l'optique et de l'électronique en améliorant les propriétés des matériaux.

Matériau du laser : le cristal de grenat d'aluminium et d'yttrium dopé au samariu (Sm : YAG) est le composant principal des lasers à semi-conducteurs-, et sa longueur d'onde laser émise de 1,06 μm convient aux armes à énergie médicale, industrielle et militaire. Le dopage du samariu peut améliorer l'efficacité du laser de plus de 30 %.
Verre optique : l'ajout d'oxyde de samarium (Sm ₂ O3) peut augmenter l'indice de réfraction (au-dessus de 1,8) et la résistance à l'usure du verre, tout en conférant au verre des propriétés spéciales de fluorescence jaune, qui sont utilisées pour fabriquer des instruments optiques de haute -précision tels que des microscopes et des télescopes.
Céramiques piézoélectriques : l'oxyde de Samariu en tant qu'additif peut améliorer le frittage et la densité des céramiques, produisant des effets piézoélectriques appropriés, et est largement utilisé dans des domaines tels que les capteurs et les transducteurs ultrasoniques.

Industrie de la catalyse et de la céramique : des boosters pour l'amélioration de l'efficacité

 

Les composés Samariu présentent des performances catalytiques efficaces dans les réactions chimiques et la fabrication de céramiques.

Raffinage du pétrole : les catalyseurs à base de Samariu peuvent favoriser le craquage du pétrole lourd, augmenter le rendement en essence de 10 à 15 % et réduire les émissions d'oxyde de soufre.
Stockage de l'énergie hydrogène : l'alliage de nickel lanthane (contenant du samarium) peut absorber une grande quantité d'hydrogène gazeux pour former des hydrures métalliques, ce qui devrait résoudre le problème du stockage et du transport sûrs de l'énergie hydrogène.
Condensateurs céramique : le dopage à l'oxyde de samarium peut augmenter la constante diélectrique des céramiques, réduire les pertes diélectriques et convient aux circuits haute fréquence-et aux systèmes de puissance pulsée.

Domaines émergents : à la pointe des ruptures technologiques

 

Avec le développement de la technologie, les applications potentielles du samarium dans les matériaux furtifs, la technologie supraconductrice et d’autres domaines émergent progressivement.

Matériau furtif : les métamatériaux à base de Samariu peuvent réguler les ondes radar et le rayonnement infrarouge, obtenant ainsi une furtivité radar infrarouge à double bande pour les avions/navires de combat, dépassant ainsi les limitations de bande passante des matériaux absorbants traditionnels.
Technologie supraconductrice : certains composés de samarium présentent une supraconductivité à basse température, constituant une base matérielle pour les trains maglev et l'informatique quantique.

Missile hypersonique : l'oxyde de Samariu, en tant qu'additif céramique-résistant aux températures élevées, peut protéger la couche de protection thermique du missile contre les dommages à une vitesse de vol de 5 Mach.

 

Samariu, avec ses propriétés physiques et chimiques uniques, est devenue un "pont" reliant l'industrie traditionnelle à la technologie de pointe-. Des aimants permanents à haute température aux barres de commande des réacteurs nucléaires, des médicaments contre la douleur cancéreuse aux cristaux laser, l'application du samarium traverse de multiples dimensions de la société humaine. Avec le contrôle stratégique et la modernisation technologique des ressources en terres rares par la Chine, le modèle de la chaîne d'approvisionnement mondiale de Samariu continuera d'évoluer et sa position dominante dans des domaines clés sera encore consolidée. À l’avenir, grâce aux percées dans des domaines émergents tels que les matériaux furtifs et la technologie supraconductrice, la valeur potentielle du samarium sera davantage exploitée.

Pour la préparation desamarium pur, le samarium métallique peut être préparé en réduisant l'oxyde de samarium avec du baryum ou du lanthane.

Méthode de distillation par réduction de l'oxyde de Samariu : L'avantage de la méthode de distillation par réduction est que les oxydes de terres rares sont directement utilisés comme matières premières et que les processus de réduction et de distillation sont effectués simultanément, simplifiant ainsi le processus. La pureté des produits métalliques obtenus est élevée. De plus, le résidu de distillation réductrice est également un oxyde de terre rare, qui peut être recyclé.

Parce que le samarium a une pression de vapeur élevée, tandis que la pression de vapeur du lanthane réducteur est faible. La : à 1754 degrés, la pression de vapeur est de 1,33 Pa ; à 2217 degrés, la pression de vapeur est de 133,32 PaSm ; à 722 degrés, la pression de vapeur est de 1,33 Pa ; à 964 degrés, la pression de vapeur est de 133,32 Pa ; par conséquent, la méthode de distillation par réduction du lanthane des oxydes peut être utilisée pour préparer du samarium métallique : 2La (l)+Sm2O3 (s) 1600La2O3 (s)+2Sm (g). Le Samariu produit lors de la réaction peut être éliminé du réacteur par volatilisation, ce qui peut favoriser la réaction complète.

Dans le processus de distillation par réduction, chauffez l'oxyde de samarium dans l'air à 800 degrés pendant 15 heures pour éliminer l'éventuelle absorption de H2O et de CO2. Tournez le lanthane en métal fondu à 1800 degrés en copeaux métalliques. Mélangez 550 g de Sm2O3 calciné et 540 g de copeaux de métal La [excès de 15 % (fraction massique)], et passez à travers le pressage du lingot (9,8-49) × 107 Pa], mettez-le dans un creuset Ta d'un diamètre de 6,4 cm et d'une longueur de 25,4 cm, et fixez un condenseur Ta de 20 cm et un déflecteur Ta sur la partie supérieure du creuset pour empêcher l'élimination des particules d'oxyde excessives. Placez l'appareil dans la zone haute température du four à induction sous vide. Lorsque le système est mis sous vide à une pression inférieure à 0,1 Pa, il commence à chauffer. Après 2 heures, il atteint la température maximale de 1600 degrés et reste à cette température pendant encore 2 heures. Il est important d'augmenter la température lentement, car si la température monte trop vite, La va fondre et couler au fond du creuset, affectant le contact des réactifs. Le métal réduit est distillé hors de la zone réactionnelle et condensé sur le condenseur. Environ 465 g de samariu peuvent être obtenus avec un rendement de 98 %. Lorsque la température du condenseur est de 300 à 500 degrés, le métal condensé contient de grosses particules cristallines et est stable dans l'air. Cependant, lorsque la température de condensation est basse, les particules métalliques condensées sont fines et inflammables dans l'air. La pureté du produit issu d'une distillation de réduction peut atteindre 99,5 % ou plus, mais il contient toujours des centaines de La, O et H de l'ordre de 10-6. Ces impuretés peuvent être encore réduites après re-distillation ou sublimation. La température de sublimation est de 800 degrés et la température de condensation est d'environ 500 degrés. Le creuset utilisé pour la distillation réductrice peut être utilisé en sublimation. Cependant, le creuset doit être préalablement décapé avec de l'acide et dégazé sous vide à 1800 degrés.

Processus de découverte :samarium purest l'un des éléments lanthanides (appartenant aux éléments des terres rares), qui ont embrouillé et dérouté les chimistes du XIXe siècle. Son histoire commence avec la découverte du cérium en 1803.

Le cérium est censé contenir d'autres métaux. Carl Mosander prétendait en obtenir du lanthane et du didyme en 1839, mais le didyme est en réalité un mélange de praséodyme et de néodyme. En 1879, Paul Émile Lecoq de Boisbaudran extrayait à nouveau le didyme des minerais de niobium et d'yttrium. Plus tard, il a préparé la solution d’acide nitrique didyme et a ajouté de l’hydroxyde d’ammonium. Il a été constaté que le sédiment s’était formé en deux étapes. Il s'est concentré sur le premier gisement et a mesuré son spectre, et a conclu qu'il s'agissait d'un nouvel élément samarium. (En fait, l'europium a été trouvé dans le samarium en 1901)

Répartition minérale : coexiste avec d’autres éléments de terres rares dans le sable monazite. Les éléments de terres rares contenus dans la monazite, ainsi que le calcium et le thorium, sont répartis dans les sables fluviaux de l'Inde et du Brésil et dans les sables fluviaux côtiers de Floride. La fraction massique d'éléments de terres rares dans le sable monazite est généralement de 50 %, dont 2,8 % de samarium. De plus, le samarium existe également dans la bastnaesite, qui est principalement présente dans le sud de la Californie. La technologie d’échange d’ions est nécessaire pour séparer le samarium de ses minéraux.

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