Празеодим ПрМ-1

Металлический празеодим (Pr, атомный номер 59) — лёгкий лантаноид цериевой подгруппы редкоземельных металлов. В природе представлен единственным стабильным изотопом ¹⁴¹Pr и всегда сопутствует другим РЗМ в минералах монацит, бастнезит и лопарит. Образует соединения преимущественно со степенью окисления +3 (единственная устойчивая в водных растворах), реже +4 и +2. Внешне — умеренно мягкий, ковкий, пластичный металл серебристо-белого цвета с лёгким желтоватым оттенком. Поставляем металлический празеодим марок ПрМ-1, ПрМ-2, ПрМ-3 в виде слитков и порошка — по заявке, отгрузка по России.

Физические свойства металлического празеодима

Свойство	Значение
Плотность (20 °C)	6,775 г/см³
Температура плавления	931 °C
Температура кипения	~3500 °C
Атомная масса	140,908 а.е.м.
Стабильный изотоп	141Pr (единственный)
Магнитные свойства	Парамагнетик

Аллотропные модификации

При нормальном давлении празеодим существует в двух модификациях:

• α-Pr — устойчива до 796 °C; двойная гексагональная плотноупакованная решётка типа лантана (a = 0,36725 нм, c = 1,18354 нм).
• β-Pr — устойчива от 796 °C до температуры плавления; объёмноцентрированная кубическая (ОЦК) решётка типа α-Fe.

При высоких давлениях образуется дополнительная кубическая модификация. На технологические операции с металлом (прессование, механическую обработку) обе модификации не оказывают принципиального влияния, поскольку большинство операций ведётся при комнатной температуре, то есть в поле стабильности α-Pr.

Химическая активность и условия хранения

Празеодим — химически активный металл. На воздухе медленно окисляется с поверхности до Pr₆O₁₁; при нагревании самовоспламеняется. Образующаяся оксидная плёнка, в отличие от Al₂O₃ или Cr₂O₃, не защищает металл от дальнейшего окисления и постепенно отслаивается — образец размером около 1 см при открытом хранении разрушается приблизительно за год. Металл взаимодействует с кипящей водой, растворяется в минеральных кислотах (HCl, HNO₃, H₂SO₄), поглощает водород уже при комнатной температуре.

Это определяет требования к упаковке и хранению: слитки упаковывают в предварительно промасленную бумагу и герметично запаянный двойной полиэтиленовый пакет. Порошок хранят в вакуумных пакетах или под слоем вазелинового масла. Слитки особой чистоты (99,99%) поставляются в инертной атмосфере.

Марки ПрМ-1, ПрМ-2, ПрМ-3: чистота и химический состав

Металлический кальциетермический празеодим выпускается трёх марок, отличающихся чистотой по основному элементу:

• ПрМ-1 — содержание Pr не менее 99,9 %
• ПрМ-2 — содержание Pr не менее 99,5 %
• ПрМ-3 — содержание Pr не менее 99,0 %

Допустимое содержание примесей по маркам, не более (%):

Примесь	ПрМ-1	ПрМ-2	ПрМ-3
Лантан (La)	0,005	0,01	0,1
Церий (Ce)	0,005	0,03	0,3
Неодим (Nd)	0,005	0,03	0,2
Самарий (Sm)	0,001	0,005	0,03
Европий (Eu)	0,001	0,005	0,03
Гадолиний (Gd)	0,001	0,005	0,03
Иттрий (Y)	0,001	0,01	0,1
Железо (Fe)	0,1	0,2	0,25
Кремний (Si)	0,02	0,03	0,05
Кальций (Ca)	0,02	0,03	0,05
Алюминий (Al)	0,03	0,03	0,03
Магний (Mg)	0,02	0,05	0,15
Молибден (Mo)	0,03	0,03	0,03
Кислород (O)	0,03	0,05	0,05
Углерод (C)	0,03	0,05	0,05
Хлор (Cl)	0,02	0,03	0,05

Методы контроля чистоты металлического празеодима и определения примесей — по ГОСТ 23862.0–79 и смежным стандартам серии ГОСТ 23862.

Для задач легирования, где примеси других лантаноидов не критичны, достаточно марки ПрМ-3. Марку ПрМ-1 применяют там, где перекрёстное загрязнение соседними лантаноидами недопустимо: лазерные и оптические материалы, спектроскопические исследования.

Слитки особой чистоты 99,99 %

Дополнительное рафинирование — многократная дистилляция, электронно-лучевая или дуговая плавка — позволяет получить слитки с содержанием Pr ≥ 99,99 %. Такой металл поставляется отдельно и используется в специальных применениях, где суммарный фон примесей критичен.

Получение металлического празеодима

На первом этапе Pr концентрируется вместе с лёгкими лантаноидами при разделении монацита или бастнезита методами жидкостной экстракции или ионной хроматографии. Далее Pr отделяется совместно с неодимом, после чего пара Pr–Nd разделяется теми же методами.

Металлический кальциетермический празеодим получают восстановлением трифторида PrF₃ кальцием. Альтернативный промышленный метод — электролиз расплавленного трихлорида PrCl₃ при температуре около 850 °C.

Применение металлического празеодима

Мишметалл и легирование сплавов

Металлический Pr является компонентом мишметалла (сплав лёгких лантаноидов), где его доля составляет около 5 %. Мишметалл вводят в магниевые и алюминиевые сплавы как легирующую и модифицирующую добавку: он измельчает зерно, формирует дисперсные оксидно-сульфидные включения, повышает прочность при повышенных температурах и коррозионную стойкость. Магниевые сплавы системы Mg–РЗМ на основе редкоземельных добавок применяются в аэрокосмической и авиационной промышленности. Металлический Pr также вводят в стальные сплавы как модифицирующую добавку.

Постоянные магниты PrFeB

В сочетании с железом и бором Pr образует магнитотвёрдый интерметаллид типа PrFeB, близкий по характеристикам к классическим NdFeB-магнитам. Такие магниты применяются в электродвигателях (в том числе тяговых), ветрогенераторах, жёстких дисках и акустических преобразователях.

Лазерные материалы

Ионы Pr³⁺ используются как активный центр для возбуждения лазерного излучения с длиной волны 1,05 мкм (ближний ИК-диапазон). Фторид PrF₃ применяется как лазерная среда. Сплавы Pr с германием и кремнием исследуются как сверхпроводящие материалы.

Оптическое стекло, керамика и эмали

Оксид Pr₂O₃ придаёт стеклу бледно-зелёную окраску и используется в производстве художественной и технической керамики, глазурей и эмалей в качестве термически стабильного пигмента жёлто-зелёного оттенка.

Смесь оксидов Pr и Ce — основа дидимиевого стекла, применяемого в защитных очках сварщиков: поглощает жёлтое излучение натриевой линии, снижает интенсивность ИК и УФ составляющих дугового излучения. То же стекло обесцвечивает железосодержащий расплав при варке оптического стекла. Смесь оксидов Pr(III) и Ce(IV) используется как основа полировальных порошков для оптических поверхностей.

Угольные дуговые лампы

Металлический Pr входит в состав электродов высокоинтенсивных угольных дуговых ламп (carbon arc lights), применявшихся в кинопроекционном оборудовании и профессиональном студийном освещении. Спектр излучения таких ламп близок к солнечному, что определяло их использование в кинематографе.

Электровакуумная техника и спектроскопия

Металлический Pr применяется для изготовления магнитных сердечников и повышения эффективности катодов в электровакуумных приборах. Соли Pr используются как парамагнитные сдвигающие реагенты в ЯМР-спектроскопии.

Формы поставки и требования к документации

Металлический празеодим поставляется в виде слитков. Возможна поставка порошка. Упаковка слитков: промасленная бумага + запаянный двойной полиэтиленовый пакет. Слитки особой чистоты (99,99 %) — в защитной атмосфере. Партии формируются по заявке; отгрузка по России. На каждую партию предоставляется сертификат с результатами химического анализа.

Подробнее о других редкоземельных металлах в ассортименте: Лютеций ЛюМ-1, Тулий ТуМ-1.