Лантан электролитический

Лантан (La) — редкоземельный металл серебристо-белого цвета, первый элемент в группе лантаноидов. Название происходит от греческого λανθάνω — «скрываюсь», «таюсь», поскольку элемент более 30 лет скрывался в составе «цериевой земли» до тех пор, пока шведский химик Карл Мозандер не выделил его в 1839 году. Лантан относится к наиболее распространённым РЗЭ наряду с церием и неодимом: его содержание в земной коре составляет около 2,9·10⁻³ % по массе.

В промышленности лантан металлический востребован как легирующая добавка к сплавам, компонент мишметалла, сырьё для катализаторов, оптических стёкол и аккумуляторов водорода. Металл поставляется в различных формах: слитки, прутки, ленты, фольга, проволока, порошок.

Физические свойства лантана

Лантан — мягкий, пластичный, ковкий металл. В чистом виде легко поддаётся механической обработке: его можно ковать, прокатывать в листы и протягивать в проволоку. Слабый парамагнетик. Ниже приведены основные физические характеристики, подтверждённые авторитетными справочными источниками.

Кристаллические модификации лантана

Лантан существует в трёх кристаллических модификациях. При температуре ниже 277 °C устойчива α-модификация с гексагональной решёткой (плотность 6,162–6,18 г/см³). В интервале 277–861 °C стабильна β-модификация с кубической гранецентрированной решёткой типа Cu (плотность 6,19 г/см³). При 861–920 °C существует γ-модификация с объёмноцентрированной кубической решёткой типа α-Fe (плотность 5,97 г/см³).

Сверхпроводимость лантана

Лантан — один из немногих элементов, обладающих сверхпроводимостью при атмосферном давлении. Критическая температура перехода в сверхпроводящее состояние составляет 4,88 К для α-фазы и 6,0 К для β-фазы.

Природные изотопы

Природный лантан состоит из двух изотопов: стабильного ¹³⁹La (99,91 %) и слабо радиоактивного ¹³⁸La (0,09 %, период полураспада T_1/2 ≈ 2·10¹¹ лет, K-захват). Искусственно получены радиоизотопы с массовыми числами от 118 до 153.

Химические свойства металлического лантана

Металлический лантан обладает высокой химической активностью. В сухом воздухе на поверхности слитка образуется тонкая защитная оксидная плёнка. Во влажном воздухе металл быстро окисляется с образованием основного карбоната переменного состава.

Основные реакции лантана:

Следует учитывать, что в хлоре лантан воспламеняется уже при комнатной температуре. При хранении и транспортировке необходимо исключить контакт с влагой и агрессивными средами.

Марки лантана металлического

Лантан металлический высокой чистоты производят электролитическим и кальциетермическим способами. Электролитический метод основан на электролизе расплавленных хлоридов и позволяет получить металл чистотой 99,5–99,9 %. Кальциетермический способ предполагает восстановление трифторида LaF₃ металлическим кальцием и обеспечивает ещё более высокую чистоту.

Лантан электролитический ЛаЭ-0

Марка ЛаЭ-0 — лантан, полученный электролитическим способом. Содержание основного вещества — не менее 99,8 %. Суммарное содержание примесей Ce, Sm, Nd, Pr — не более 0,18 %, содержание Fe — не более 0,02 %.

Марки лантана по классификации ЛаМ

На многих предприятиях используется классификация лантана металлического с маркировкой ЛаМ. Ниже приведены основные марки и содержание основного вещества:

Типовой химический состав лантана высокой чистоты

Для справки приведён типовой состав лантана металлического чистотой 99,9 % (La/TREM):

Применение лантана в промышленности

Металлический лантан и его соединения находят применение в ряде ответственных отраслей промышленности. Ниже перечислены основные направления использования, подтверждённые справочными данными.

Оптическая промышленность

Оксид лантана La₂O₃ (содержание от 5 до 40 %) добавляют при варке оптических стёкол. Лантановое стекло отличается высоким показателем преломления и низкой дисперсией, что делает его незаменимым для производства объективов кинокамер, фотоаппаратов и астрономических приборов.

Металлургия и легирование

Лантан используется как легирующая добавка к алюминиевым, магниевым, никелевым и кобальтовым сплавам. Он входит в состав мишметалла (содержание La 20–45 %), который является компонентом жаропрочных и коррозионностойких сплавов. Добавка оксида лантана к вольфрамовым электродам применяется при дуговой сварке как нерадиоактивная замена торию.

Катализ и нефтехимия

Соединения лантана (хлориды, оксиды) служат компонентами катализаторов крекинга нефти. Они применяются для получения высокооктанового бензина из сырой нефти.

Энергетика и аккумуляторы водорода

Интерметаллид LaNi₅ способен обратимо поглощать значительные объёмы водорода и используется как аккумулятор водорода. Соединения лантана типа La(Ni,Mn,Al,Co,Fe)₅ служат анодным материалом никель-металлогидридных (Ni-MH) аккумуляторов, которые применяются в гибридных автомобилях и портативной электронике.

Электроника и функциональная керамика

Гексаборид лантана LaB₆ применяется для изготовления автоэмиссионных катодов электронных микроскопов и электронно-лучевых установок. Хромат лантана LaCrO₃, модифицированный Ca, Sr и Mg, используется при производстве высокотемпературных электропроводящих керамических изделий. Оксид лантана — один из компонентов высокотемпературных сверхпроводников.

Атомная промышленность

Металлический лантан применяется в ядерных технологиях, в том числе для извлечения актиноидов из расплавов.

Люминофоры и оптоэлектроника

Оксисульфид лантана La₂O₂S и алюминат LaAlO₃ используются как компоненты люминофоров. Монотеллурид LaTe применяется в термоэлектрогенераторах. Трифторид LaF₃ служит материалом мембран для фторид-селективных электродов.

Формы поставки лантана металлического

Мы осуществляем поставки лантана металлического в следующих формах:

Металлический лантан упаковывается в герметичную тару. Хранение — в сухих вентилируемых складских помещениях, исключающих контакт с влагой. На открытом воздухе поверхность слитков быстро покрывается слоем оксида (сероватая плёнка).

Хранение и меры предосторожности

Лантан — умеренно токсичное вещество. При работе с ним следует соблюдать стандартные меры безопасности для редкоземельных металлов: использовать средства индивидуальной защиты, не допускать попадания порошкообразного лантана на кожу и в дыхательные пути. Измельчённый лантан пирофорен — способен самопроизвольно воспламеняться на воздухе. Хранить металл необходимо в герметичной упаковке, в сухом и чистом помещении вдали от источников влаги и окислителей.

Минеральное сырьё для получения лантана

Основные промышленные минералы, содержащие лантан, — монацит (до 25 % La₂O₃), бастнезит (до 38 % La₂O₃), лопарит и апатит. Процесс получения начинается с разделения рудного сырья на фракции. Лантан концентрируется вместе с церием, празеодимом и неодимом. Сначала из смеси отделяют церий, затем оставшиеся элементы разделяют методами экстракции или ионного обмена.