Соединения иттрия. Иттрий от окисла к металлу

ИТТРИЙ

1. Иттрий металлический

Физические и химические свойства

Иттрий — светло-серый металл. Температура плавления около 1500°С, плотность 4,47 г/см 3 , твердость по Бринеллю 628 МПа, модуль упругости 66 ГПа, модуль сдвига 264 ГПа, коэффициент Пуассона 0,265, коэффициент сжимаемости 26,8.10 -7 см 2 /кг. По своим механическим свойствам он напоминает алюминий. Легко поддается механической обработке.

Иттрий легко растворяется в минеральных кислотах. В кипящей воде он постепенно окисляется, на воздухе при температуре 400 °C окисление иттрия идет достаточно быстро. Но при этом образуется темная блестящая пленка окиси, плотно окутывающая металл и препятствующая окислению в массе. Лишь при 760°C эта пленка теряет защитные свойства, и тогда окисление превращает светло-серый металл в бесцветную или черную (от примесей) окись.

Хранение

В нормальной атмосфере иттрий весьма устойчив, он лишь слегка тускнеет, но никогда не теряет металлический блеск. Иттрий окисляется при более высокой температуре. С иттриевыми стружками следует обращаться осторожно, так как при нагревании они энергично сгорают. В атмосфере водяного пара при 750°C иттрий покрывается окисной пленкой, предохраняющей металл от дальнейшего окисления.

Производство

Как и многие лантаноиды, иттрий относится к числу довольно распространенных металлов. По данным геохимиков, содержание иттрия в земной коре 0,0028% - это значит, что элемент входит в число 30 наиболее распространенных элементов Земли.

Свыше ста минералов содержат иттрий. Среди них есть собственно иттриевые - ксенотим, фергюсонит, эвксенит, таленит и другие, промышленное значение имеют только ксенотим и эвксенит.

Главнейшие месторождения иттрия расположены в КНР, США, Канаде, Австралии, Индии, Малайзии, Бразилии. Китай является основным мировым поставщиком иттрия. Промышленное месторождение иттрия и иттриевых редких земель (тяжелых лантаноидов) имеется в Киргизии.

Извлечь чистый иттрий из руды чрезвычайно трудно. Мешает сходство с другими редкими землями.

Процесс переработки руд на иттрий и редкоземельные элементы, разработанный Спеллингом и Лоуэллом, заключается в следующем. Исходный ксенотим вскрывают путем обработки серной кислотой при высокой температуре. Полученный после такой обработки раствор подают на колонки с катионообменной смолой. Для их элюирования применяют раствор этилендиаминтетрауксусной кислоты. Иттрий и редкоземельные элементы содержатся в разных фракциях элюата. Их осаждают из этих фракций в виде оксалатов и прокаливают до окисей.

Универсальный способ получения совершенно чистых редкоземельных металлов и иттрия заключается в восстановлении безводных фторидов кальцием. Безводные фториды редкоземельных металлов получают либо фторированием окислов безводным фтористым водородом при 575°С, либо прокаливанием фторидов, осажденных из водных растворов плавиковой кислотой, либо же сплавлением окислов редкоземельных металлов с бифторидом аммония.

Безводный фторид смешивают с порошком металлического кальция, Танталовый тигель с загрузкой нагревают в атмосфере аргона, пока не начнется реакция. По завершении реакции и редкоземельный металл, и шлак (фторид кальция) должны находиться в расплавленном состоянии.

Полученный таким способом иттрий кальциетермический по содержанию контролируемых примесей должен удовлетворять требованиям и нормам ТУ 48-4-208-72:

Марка
Марка	Сумма гадолиния, тербия, диспрозия, гольмия	железо	кальций	медь	Тантал, вольфрам (в зависимости от материала аппаратуры)
ИтМ-1	0,10	0,01	0,01	0,03	0,02
ИтМ-2	0,20	0,02	0,03	0,05	0,20
ИтМ-3	0,50	0,05	0,05	0,10	0,30
ИтМ-4	2,80	0,05	0,50	0,10	0,70
ИтМ-5	3,80	0,05	1,60	0,10	1,00

Применение металлического иттрия

Сплавы иттрия

Перспективными областями применения сплавов иттрия являются авиакосмическая промышленность, атомная техника, автомобилестроение. Очень важно, что иттрий и некоторые его сплавы не взаимодействуют с расплавленным ураном и плутонием, и их использование позволяет применить их в ядерном газофазном ракетном двигателе.

Изучается перспективный магнитный сплав - неодим -иттрий-кобальт .

Легирование

Иттрий широко используется в черной и цветной металлургии.

Легирование алюминия иттрием повышает на 7,5 % электропроводность изготовленных из него проводов.

Иттрий имеет высокие предел прочности и температуру плавления, поэтому способен создать значительную конкуренцию титану в любых областях применения последнего (ввиду того, что большинство сплавов иттрия обладает большей прочностью, чем сплавы титана, а, кроме того, у сплавов иттрия отсутствует «ползучесть» под нагрузкой, которая ограничивает области применения титановых сплавов).

Иттрий вводят в жаростойкие сплавы никеля с хромом (нихромы) с целью повысить температуру эксплуатации нагревательной проволоки или ленты и с целью в 2-3 раза увеличить срок службы нагревательных обмоток (спиралей), что имеет громадное экономическое значение.

Введение незначительных количеств иттрия в сталь делает ее структуру мелкозернистой, улучшает механические, электрические и магнитные свойства. При добавлении небольших количеств иттрия (десятые, сотые доли процента) в чугун, твердость его возрастет почти вдвое, а износостойкость - в четыре раза. Такой чугун становится менее хрупким, по прочностным характеристикам он приближается к стали, легче переносит высокие температуры. И особенно важно, что иттриевый чугун можно переплавлять несколько раз, но прочностные характеристики при этом сохраняются.

Иттрий металлический был получен финским химиком Иоганном Гадолином еще в конце 18 века. Сегодня и в течении 2017 года цена за 1 грамм имеет тенденцию к росту после падения в конце 2016 года. Долгое время этот металл относился к группе «перспективных материалов». Это было связано с его дефицитностью и с тем, что по каждому отдельно взятому свойству он уступал тому или иному металлу. Но технический прогресс, в частности развитие атомной промышленности, нашел применение иттрию, реализовав все его характеристики в полной мере.

Цена и её формирование

Своими ценами иттрий металлический не сильно изменился за последний год. Купить его можно на рынках редкоземельных металлов за 35-45 долларов США. Цена указана за 1 килограмм иттрия. Связано это, в первую очередь, с постоянством спроса и предложения на металл.

Купить его можно в слитках. ИтМ-1 - самая популярная марка. А цена на неё от 7000 до 9000 рублей за кг.

В продаже есть и другие марки, такие как ИтМ-2, ИтМ-3, ИтМ-4, ИтМ-5, их цена примерно такая же как и на ИТМ-1.

Если приобретать оксид иттрия, то есть две восстребованные марки - это ОСЧ и 5N.

ОСЧ - 12 -15 тыс. за кг
5N - 5 - 7 тыс. за кг.

В производство иттрий поставляется двумя способами: непосредственной добычей из месторождений или переработкой вторичного металла. Второй способ является предпочтительным, т.к. он имеет меньшие цены на реализацию.

Для того, чтобы купить или продать иттрий по выгодным ценам, нужно обратить внимание на следующее:

Значение цен на мировых биржах. В частности, перед тем как купить партию лома, пункты приема металлолома уточняют его цену на Лондонской бирже редкоземельных металлов.
Объем поставки. Металлоприемщикам выгоднее купить лом большой партией, т.к. это снизит время оборота продукции. Цена на металл в этом случае, как правило, выше на 5-10%.
Локация. Разные регионы имеют разное соотношение спроса и предложения. На цену влияет близость пункта приема лома к крупным перерабатывающим предприятиям. Если Вы собрались купить иттрий, Вы должны понимать, что Владивосток и Москва имеют различные цены.
Количество примесей в химическом составе. Купить чистый металл сейчас несложно, но он имеет наибольшую стоимость на рынке.
Качество поверхности и внешний вид. На цену влияет наличие разного рода повреждений и неметаллических вкраплений. Например, покрытие поверхности лома резиной или другими металлами. Купить такой иттрий можно по самой низкой цене.
Тип профиля. Большинство пунктов приема металлолома предпочитают купить круги или цельные плиты, т.к. они эффективнее при транспортировке в сравнении с теми же трубами. Соответственно цена на такой лом, незначительно, но выше.

Физические свойства

Иттрий имеет 39-й порядковый номер в таблице Менделеева. Представляет собой металл серого цвета со светлым оттенком. Относится к группе лантаноидов. Обладает несколькими изотопами, некоторые из которых радиоактивны.

Металлический иттрий, как и большинство сталей, плавится при температуре около 1500 ºС. Кипеть начинает при 3030 ºС. Металл относительно легок. Его удельный вес сравним с аналогичным показателем алюминия и составляет 4470 кг\м3. Хорошо пропускает через себя тепло. Коэффициент теплопроводности при температурах 20-60 ºС равен 17,2 Вт/(м·К).

Химические свойства

Несмотря на то, что иттрий является активным металлом, он не окисляется при температуре до 800 ºС. Связано это с образованием в естественных условиях на его поверхности тонкого слоя оксидов иттрия, который и служит металлу защитой от проникновения молекул кислорода внутрь.

По этой же причине металл инертен к большому количеству солей и кислот. Исключение составляют минеральная и уксусная кислоты, а также такие газы как водород и азот. Помимо этого при повышении температуры свыше 550 ºС начинает вступать в химические реакции с фосфором и серой.

Механические свойства

Упругость иттрия сравнима с упругостью алюминия или магния. Модуль Юнга равен 7000 кг/мм2, модуль сдвига 2700 кг/мм2. Прочностные характеристики по своим значениям схожи с титаном. Напряжение, при котором происходит разрыв иттриевого стандартного образца, равно 14 кг/мм2. Деформироваться металл начинает уже при 10 кг/мм2.

Иттрий отличается высоким уровнем пластичности. Коэффициент объемного расширения для данного металла колеблется в пределах 0,24 единиц, а относительное удлинение равно 10%.

Среди недостатков металла главным образом стоит отметить низкую твердость, которая составляет всего лишь 60 кг/мм2.

Прочностные характеристики иттрия повышают методами механического упрочнения. Сюда относят наклеп, нагартовку и обкатывание поверхности роликами.

Технологические свойства

Иттрий - высокотехнологичный металл. Он подвергается как холодной, так и горячей обработке давлением: штамповка, ковка, протяжка и прочее. Не имеет склонности к образованию трещин при повышенных температурах.

Несмотря на высокую вязкость, металл хорошо поддаётся обработке резанием. Но необходимо заметить, что скорости резания при этом не достигают высоких значений.

Иттрий относится к первой группе свариваемости. Сварку осуществляют ручным дуговым способом в вакуумной среде. Полученные сварные швы отличаются повышенной плотностью. По прочности они ничем не уступают цельному металлу.

Запасы иттрия

Иттрий входит в тридцатку самых распространённых металлов на планете Земля. Его массовая доля от общего объема земной коры составляет 0,0028%. Концентрация иттрия в морской воде значительно меньше и равно 0,3 мг на 1000 литров.

Среди минералов, имеющих наибольший процент содержания иттрия, стоит отметить циркон, черчит и фергюсонит.

По подсчетам зарубежных аналитиков на сегодня мировые запасы иттрия примерно равны 550 000 тонн. Добыча его увеличивается с каждым годом и на данный момент она равна примерно 9 000 тонн в год.

Лидерами по добыче иттрия являются такие страны как Китай, Соединенные штаты Америки, Австралия, Индия и Россия.

Область применения

Как материал иттрий стал активно использоваться промышленностью относительно недавно, с середины 20 века. Связано это с развитием науки и технологий, требующих все более специфичных свойств от материалов.

В силу наличия высокопластичных свойств иттрий отлично подходит для изготовления различных форм проката. Из него производят трубы, круги и листы толщиной до 0,8 мм.

Наибольшее применение иттрий получил в атомной энергетике. В частности с помощью иттриевых труб осуществляют транспортировку жидкого ядерного горючего на основе плутония и урана. Инертность иттрия к данным элементам позволяет почти в 2 раза увеличить срок эксплуатации трубопровода. Пластичность и свариваемость иттрия делают процесс изготовления труб максимально технологичным и эффективным.

В авиационной промышленности сплавы на основе иттрия и алюминия применяют в качестве обшивки самолётов. Данные сплавы по прочности в 1,5 раза превышают аналогичный показатель традиционно применяемого для этого дюралюминия . К тому же иттрии - алюминиевые сплавы опережают его по жаропрочности, но при этом они имеют одинаковый удельный вес.

В черной металлургии иттрий применяют как легирующий элемент. Основное его назначение - увеличение жаропрочности сплава. Добавление всего 0,8% иттрия в хромистую сталь увеличивает стойкость к повышенным температурам на 25-30%.

Иттрий значительно усиливает воздействие таких легирующих элементов как хром, никель и молибден на сталь. Структура сталей становится более мелкозернистой, что положительно влияет на ее прочностные характеристики.

Ванадиевые сплавы легируют иттрием для увеличения их пластичных свойств. Также иттрий способствует удалению кислорода, азота и водорода из сплава, что снижает значение хрупкости, так характерной для ванадия.

В теплотехнике иттрий служит сырьем для изготовления нагревательных элементов: спиралей, проволок и лент. Их долговечность выше почти в 3 раза по сравнению с нихромовыми аналогами.

Теллурид - сплав на основе иттрия - активно используется в производстве термоэлектрогенераторов, отличающихся высоким КПД. Происходит это по причине повышенного значения термоэлектродвижущей силы данного сплава, которая равна 920 мкВ/К.

Буквально несколько лет назад стало известно о разработке новой керамики - циттрит - на основе циркония и иттрия. Ее отличительные свойства - минимальная теплопроводность, способность эксплуатироваться в окислительной среде и высокая жаропрочность (до 2200 ºС).

Еще одни вид керамики - теперь уже созданной на базе иттрия и тория - используется при изготовлении инфракрасного стекла, температура плавления которого составляет 2200 ºС. Такое стекло применяют в ракетостроении и специальной аппаратуре при необходимости материала, хорошо пропускающего инфракрасное излучение. Также из него делают смотровые окна для наблюдения и контролирования процессов, протекающих в высокотемпературных печах.

Оксид иттрия служит сырьем для производства огнеупорных материалов. Его характерной особенностью является рост прочности при повышении температуры. Это позволяет применять оксид иттрия при изготовлении разливочных ковшей, используемых для литья урана, стали и других металлов и сплавов.

Из иттрия делают красные люминофоры, которые применяются в производстве кинескопов цветных телевизоров.

Все активней ведется разработка нового магнитного сплава на основе соединения иттрий-неодим -кобальт.

(Yttrium; от назв. швед, селения Иттербю), Y - хим. элемент III группы периодической системы элементов; ат. н. 39, ат. м. 88,9059; относится к редкоземельным элементам. Металл светло-серого цвета, на воздухе тускнеет. В соединениях проявляет степень окисления + 3. Известны с массовыми числами от 82 до 97. К важнейшим долго-живущим относятся с массовыми числами 91; 90; 88 и 89. Открыт в 1794 финск. химиком И. Гадолином. Металлический И. получил в 1828

И. в земной коре около 2,8 х 10-3%. И. входит в состав лопарита, монацита, иттропаризита, эвксенита, ксе нотима и др. минералов. Полиморфен, т-ра полиморфного превращения 1490-1495° С. Кристаллическая решетка низкотемпературной модификации - гексагональная плотноупа-кованная типа магния, с периодами а = 3,6474 А и с = 5,7306 А, а высокотемпературной - кубическая объемноцентрированная с периодом а = 4,11 А. Плотность 4,472 г/см3; tпл 1526° С; tкип 3340° С; коэфф. термического расширения (т-ра 25- 1000° С) 10,1 х 10-6 град»-1; теплоемкость 6,34 кал/г-атом град; электрическое сопротивление 57 мком см; сечение захвата тепловых нейтронов 1,31 барн; парамагнитен; работа выхода электронов 3,07 эв. Модуль норм, упругости 6600 кгс/мм2; модуль сдвига 2630 кгс/мм2; предел прочности 31,5 кгс/мм2; предел текучести 17,5 кгс/мм2; сжимаемость 26,8 х 10-7 см2/кг; удлинение 35%; HV = 38.

Чистый иттрий легко поддается мех. обработке и деформированию. Его куют и прокатывают до лент толщиной 0,05 мм на холоду с промежуточными отжигами в вакууме при т-ре 900-1000° С. И.- химически активный металл, реагирует со щелочами и к-тами, сильно окисляется при нагревании на воздухе. Работы с И. проводят в защитных камерах и высоком вакууме. И. с металлами Iа, IIа и Va подгрупп, а также с хромом и ураном образует несмешиваю-щиеся двойные системы; с титаном, цирконием, гафнием, молибденом и вольфрамом - двойные системы эвтектического типа; с редкоземельными элементами, скандием и торием - непрерывные ряды твердых растворов и широкие области растворов; с остальными элементами - сложные системы с наличием хим. соединений.

Получают иттрий металлотер-мическим восстановлением, действуя на его фторид кальцием при т-ре выше т-ры плавления металла. Затем металл переплавляют в вакууме и дистиллируют, получая И. чистотой до 99,8-т-99,9%. Чистоту металла повышают двух- и трехкратной дис тилляцией. И. выпускают в виде монокристаллов, слитков различной чистоты и массы, а также в виде сплавов с магнием и алюминием. Чистый И. используют для исследовательских целей. В качестве основы сплавов его применяют редко. Наиболее широко И. используется как легирующая и модифицирующая добавка к сплавам почти на всех основах. И. используют при произ-ве легированной стали (его добавка уменьшает величину зерна, улучшает мех., Электр, и магн. св-ва) и модифицированного чугуна. Он повышает жаростойкость и жаропрочность сплавов на основе никеля, хрома, молибдена и др. металлов; увеличивает пластичность тугоплавких металлов и сплавов на основе ванадия, тантала, вольфрама и молибдена; упрочняет титановые, медные, магниевые и алюминиевые ; увеличивает жаропрочность магниевых и алюминиевых сплавов.

В атомной энергетике иттрий используют как носитель водорода, разбавитель ядерного горючего, как конструкционный материал реакторов. Широкое применение находит И. в электронике и радиотехнике в качестве катодных материалов ( И.), геттеров ( И. с лантаном, алюминием, цирконием), ферритов-гранатов, люминофоров. Из тугоплавких и огнеупорных материалов на основе боридов, сульфидов и окислов И. изготовляют катоды для мощных генераторных установок, тигли для плавки тугоплавких металлов и др.; ортованадат И.- эффективный материал для цветного телевидения. И. и его применяют как катализаторы органических реакций, при произв. нефти См. также Иттрийсодержащие .

Иттрий в природе

Встречается в виде устойчивого изотоп 89 Y (100%) . В литосфере содержится иттрия 5 ⋅ 10 ⁻ ⁴ . Встречаются достаточно богатые этим элементом, например, тортвейтит Y 2 Si 2 O 7 , однако эти настолько рассеяны, что переработка связана с концентрированием (отделением больших количеств пустой породы) , что связано с большими энергозатратами.

Поскольку иттрий имеет отрицательное значение стандартных электронных потенциалов, получают его электролизом расплавленных хлоридов или нитратов, а для понижения температур плавления добавляют соли других металлов.

Помимо электролиза его получают восстанавливая при высоких температурах из их хлоридов или фторидов наиболее активными металлами (калием и кальцием) :

YCl 3 + 3K = Y + 3KCl

Физические и химические свойства

Иттрий — серебристо — белый металл, существующий в двух кристаллических видоизменениях с различными типами и параметрами решеток.

В химических реакциях атом иттрия теряет по три электрона и ведёт себя как сильный восстановитель.

При обычных температурах поверхность его окисляется кислородом с образованием защитных плёнок. Но при нагревании в кислороде горит и образуются оксиды Sc 2 O 3 .

С водой иттрий взаимодействует медленно, образующиеся при этом гидроксиды покрывают его защитной плёнкой:

2Y + 6H 2 O = 2Y(OH) 3 ↓ + 3H 2

2Y + 3H 2 SO 4 = Y 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2

и растворяется в кислотах.

Соединения иттрия

Проявляет степень окисления +3 , их ионы имеют на внешнем уровне по 8 электронов, большой заряд этих ионов Э ⁺ ³ обусловливается склонность иттрия к комплексообразованию.

Его оксиды отвечают формуле Y2O3 , бесцветны, тугоплавки, получаются разложением нитратов:

4Y(NO 3 ) 3 = 2YO 3 + 12NO 2 + 3O 2

Он обладает основным характером, энергично реагировать с водой, образуя гидроксиды:

Y 2 O 3 + 3H 2 O = 2Y(OH) 3

Он мало растворим в воде, но легко растворяется в кислотах, гидроксид иттрия Y(OH) 3 проявляет признаки амфотерности.

Соли иттрия из воды кристаллизуются в виде аквасоединений. , нитраты и ацетаты растворимы в воде и гидролизуются в незначительной степени.

Мало растворимые в воде фториды, и оксалаты иттрия переходят в раствор под действием избытка осадителя с образованием комплексных соединений.

Положительные ионы иттрия имеют координационные числа от 3 до 6 . Важнейшие лиганды в комплексе металла — это фторид — , карбонат — , сульфат — , оксалат- ионы. Ион иттрия Y ⁺ ³ образует с фторид — ионами комплексные соединения:

Истинная, эмпирическая, или брутто-формула: Y

Молекулярная масса: 88,906

Иттрий - элемент побочной подгруппы третьей группы пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 39. Обозначается символом Y (лат. Yttrium). Простое вещество иттрий - металл светло-серого цвета. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Y с гексагональной решёткой типа магния, β-Y с кубической объёмноцентрированной решёткой типа α-Fe, температура перехода α↔β 1482 °C.

История

В 1794 году финский химик Юхан (Иоганн) Гадолин (1760-1852) выделил из минерала иттербита оксид элемента, который он назвал иттрием - по названию шведского населённого пункта Иттербю, находящегося на острове Ресарё, входящем в Стокгольмский архипелаг (иттербит был найден здесь в заброшенном карьере). В 1843 году Карл Мосандер доказал, что этот оксид на самом деле является смесью оксидов иттрия, эрбия и тербия и выделил из этой смеси Y 2 O 3 . Металлический иттрий, содержащий примеси эрбия, тербия и других лантаноидов, был получен впервые в 1828 году Фридрихом Велером.

Нахождение в природе

Иттрий - химический аналог лантана. Кларк 26 г/т, содержание в морской воде 0,0003 мг/л. Иттрий почти всегда содержится вместе с лантаноидами в минеральном сырье. Несмотря на неограниченный изоморфизм, в группе редких земель в определённых геологических условиях возможна раздельная концентрация редких земель иттриевой и цериевой подгрупп. Например, с породами и связанными с ними постмагматическими продуктами преимущественное развитие получает цериевая подгруппа, а с постмагматическими продуктами гранитоидов с повышенной - иттриевая. Большинство фторкарбонатов обогащено элементами цериевой подгруппы. Многие тантало-ниобаты содержат иттриевую подгруппу, а титанаты и титано-тантало-ниобаты - цериевую. Главнейшие минералы иттрия - ксенотим YPO 4 , гадолинит Y 2 FeBe 2 Si 2 O 10 .

Месторождения

Главные месторождения иттрия расположены в Китае, Австралии, Канаде, США, Индии, Бразилии, Малайзии.

Получение

Соединения иттрия получают из смесей с другими редкоземельными металлами экстракцией и ионным обменом. Металлический иттрий получают восстановлением безводных галогенидов иттрия литием или кальцием c последующей отгонкой примесей.

Физические свойства

Иттрий - металл светло-серого цвета. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Y с гексагональной решёткой типа магния (a=3,6474 Å; с=5,7306 Å; z=2; пространственная группа P63/mmc), β-Y с кубической объёмноцентрированной решёткой типа α-Fe (a=4,08 Å; z=2; пространственная группа Im3m), температура перехода α↔β 1482 °C, ΔH перехода - 4,98 кДж/моль. Температура плавления - 1528 °C, температура кипения - около 3320 °C. Иттрий легко поддается механической обработке.

Изотопы

Иттрий - моноизотопный элемент, в природе представлен одним стабильным нуклидом 89Y.

Химические свойства

На воздухе иттрий покрывается плотной защитной оксидной плёнкой. При 370-425 °C образуется плотная чёрная пленка оксида. Интенсивное окисление начинается при 750 °C. Компактный металл окисляется кислородом воздуха в кипящей воде , реагирует с минеральными кислотами, уксусной кислотой , не реагирует с фтороводородом. Иттрий при нагревании взаимодействует с галогенами, водородом, азотом, серой и фосфором. Оксид Y 2 О 3 обладает основными свойствами, ему отвечает основание Y(ОН) 3 .

Применение

Керамика для нагревательных элементов

Хромит иттрия - материал для лучших высокотемпературных нагревателей сопротивления, способных эксплуатироваться в окислительной среде (воздух, кислород).

ИК - керамика

«Иттралокс» (Yttralox) - твёрдый раствор диоксида тория в окиси иттрия. Для видимого света этот материал прозрачен, как стекло, но также он очень хорошо пропускает инфракрасное излучение, поэтому его используют для изготовления инфракрасных «окон» специальной аппаратуры и ракет, а также используют в качестве смотровых «глазков» высокотемпературных печей. Плавится «Иттралокс» лишь при температуре около 2207 °C.

Огнеупорные материалы

Оксид иттрия - чрезвычайно устойчивый к нагреву на воздухе огнеупор, упрочняется с ростом температуры (максимум при 900-1000 °C), пригоден для плавки ряда высокоактивных металлов (в том числе и самого иттрия). Особую роль оксид иттрия играет при литье урана. Одной из наиболее важных и ответственных областей применения оксида иттрия в качестве жаропрочного огнеупорного материала является производство наиболее долговечных и качественных сталеразливочных стаканов (устройство для дозированного выпуска жидкой стали), в условиях контакта с движущимся потоком жидкой стали оксид иттрия наименее размываем. Единственным известным и превосходящим по стойкости оксид иттрия в контакте с жидкой сталью является оксид скандия, но он чрезвычайно дорог.

Термоэлектрические материалы

Важным соединением иттрия является его теллурид. Имея малую плотность, высокую температуру плавления и прочность, теллурид иттрия имеет одну из самых больших термо-э.д.с среди всех теллуридов, а именно 921 мкВ/К (у теллурида висмута, например, 280 мкВ/К) и представляет интерес для производства термоэлектрогенераторов с повышенным КПД.

Сверхпроводники

Один из компонентов иттрий-медь-бариевой керамики с общей формулой YBa 2 Cu 3 O 7 -δ - высокотемпературный сверхпроводник с температурой перехода в сверхпроводящее состояние около 90 К.

Сплавы иттрия

Перспективными областями применения сплавов иттрия являются авиакосмическая промышленность, атомная техника, автомобилестроение. Очень важно то обстоятельство, что иттрий и его некоторые сплавы не взаимодействуют с расплавленным ураном и плутонием, что позволяет применить их в ядерном газофазном ракетном двигателе.

Легирование

Легирование алюминия иттрием повышает на 7,5 % электропроводность изготовленных из него проводов. Иттрий имеет высокие предел прочности и температуру плавления, поэтому способен создать значительную конкуренцию титану в любых областях применения последнего (ввиду того, что большинство сплавов иттрия обладает большей прочностью, чем сплавы титана, а кроме того, у сплавов иттрия отсутствует «ползучесть» под нагрузкой, которая ограничивает области применения титановых сплавов). Иттрий вводят в жаростойкие сплавы никеля с хромом (нихромы) с целью повысить температуру эксплуатации нагревательной проволоки или ленты и с целью в 2-3 раза увеличить срок службы нагревательных обмоток (спиралей), что имеет большое экономическое значение (использование вместо иттрия скандия ещё в несколько раз увеличивает срок службы сплавов).

Магнитные материалы

Изучается перспективный магнитный сплав - неодим-иттрий-кобальт.

Люминофоры

Оксид и ванадат иттрия, легированные европием, используются в производстве кинескопов цветных телевизоров. Оксосульфид иттрия, активированный европием, применяется для производства люминофоров в цветном телевидении (красная компонента), а активированный тербием - для чёрно-белого телевидения. Иттрий-алюминиевый гранат (ИАГ), легированный трёхвалентным церием с максимумом излучения в области жёлтого цвета используется в конструкции люминофорных белых светодиодов.

Дуговая сварка

Добавлением иттрия в вольфрам резко снижают работу выхода электрона (у чистого иттрия 3,3 эВ), что используется для производства иттрированных вольфрамовых электродов для аргонодуговой сварки и составляет значительную статью расхода металлического иттрия. Гексаборид иттрия имеет так же малую работу выхода электронов (2,22 эВ) и применяется для производства катодов мощных электронных пушек (электронно-лучевая сварка и резка в вакууме).

Другие сферы применения

Бериллид иттрия (равно как и бериллид скандия) является одним из лучших конструкционных материалов аэрокосмической техники и, плавясь при температуре около 1920 °C, начинает окисляться на воздухе при 1670 °C (!). Удельная прочность такого материала весьма высока, и при использовании его в качестве матрицы для наполнения нитевидными кристаллами (усами) можно создать материалы, имеющие фантастические прочностные и упругие характеристики. Тетраборид иттрия находит применение в качестве материала для управляющих стержней атомных реакторов (имеет малое газовыделение по гелию и водороду). Ортотанталат иттрия синтезируется и используется для производства рентгеноконтрастных покрытий. Синтезированы иттрий-алюминиевые гранаты (ИАГ), имеющие ценные физико-химические свойства, которые могут применяться и в ювелирном деле, и уже довольно давно применяемые в качестве технологичных и относительно дешёвых материалов для твердотельных лазеров. Важным лазерным материалом является ИСГГ - иттрий-скандий-галлиевый гранат. Гидрид иттрия-железа применяют как аккумулятор водорода с высокой ёмкостью и достаточно дешёвый.

Цены на иттрий

Иттрий чистотой 99-99,9 % стоит в среднем 115-185 долларов США за 1 кг.

Иттрий - химический элемент с символом Y и атомным числом 39. Это - серебристый металл переходного типа, химически подобный лантаноидам, и часто классифицируемый как "редкоземельный элемент". Иттрий почти всегда считается вместе с лантаноидами редкоземельным металлом и никогда не находится в природе как свободный элемент. Его единственный устойчивый изотоп, 89Y, является также его единственным природным изотопом.

Запасы иттрия в мире, вероятно, очень большие. Иттрий можно найти в большинстве месторождений рекоземельных металлов. Однако в различных полезных ископаемых концентрация иттрия различна, а разнообразие месторождений, содержащих металл, очень велико, включая щелочные граниты и интрузии, карбонаты, гидротермальные месторождения, латериты, золотые прииски и месторождения венного типа. Хотя запасы иттрия могут быть достаточными, чтобы удовлетворить спрос в краткосрочном периоде с учетом текущих объемов производства и состояния экономики, проблемы охраны окружающей среды и торговые ограничения могут затронуть горную промышленность или доступность многих редкоземельных элементов, включая иттрий. Большие ресурсы иттрия в монацитах и ксенотимах доступны во всем мире в золотых приисках, карбонатах, рудах урана и залежах глины.
Подтвержденные запасы иттрия имеются в месторождениях двуокиси циркония в Даббо Новый Южный Уэльс, Австралия. Существенные запасы иттрия обнаружены на месторождении в горе Бокэн, на острове Принца Уэльского, Аляска.
Дополнительные запасы иттрия имеются в магнетитах и апатитах, залежах полезных ископаемых тантала и ниобия, незолотых приисках, месторождениях монацитов, осадочных залежах фосфата и руд урана, а особенно в Районе слепой реки около Эллиота Лэйка, Онтарио, Канада, которые содержат иттрий в браннеритах, ионацитах и уранитах.
Канадские запасы также присутствуют в алланитах, апатитах и бритолитах на Озере Рая, Манитоба; алланитах и апатитах на озере Хоидас, Саскачеван; и фергузонитах и ксенотимах на озере Тор, Северо-Западные территории.
Оценки запасов для Австралии были пересмотрены в 2012 году на основании новой информации, доступной через правительственные отчеты. Добыча оксидов редкоземельных металлов в Австралии, включая окись иттрия, по оценкам, составила 2,200 тонн в 2011 году и 4,000 тонн в 2012 году. Производство оксидов редкоземельных металлов в США в 2012 году, согласно оценкам, составило приблизительно 7,000 тонн. Информация о содержании окиси иттрия в этих объемах не была доступна.

Запасы на месторождениях иттрия в 2012 году, тыс.тонн *

* данные US Geological Survey

Китай был источником большей части поставки иттрия в мире, с его глиняных месторождений в южных областях, прежде всего Фуцзянь, Гуандун и Цзянси, и месторождений в Гуанкси и Хунани. Получение иттрия осуществлялось прежде всего на заводах в Гуандуне, Цзянсу и областях Цзянси. В Индии предприятие по производству иттрия из монацитов мощностью 10,000 тонн в год, согласно ожиданиям, будет запущено в конце 2013 года. В Малайзии ввод в действие предприятия по переработке оксидов редких земель был отсрочен в результате обращений от активистов природозащитной организации.
В США иттрий потребляется, главным образом, в форме оксидов высокой чистоты для фосфорных составов. Меньшее количество используется в керамике, электронных устройствах, лазерах и металлургической прмышленности. Импорт иттрия в США уменьшился из-за экономических условий, экономии материалов, замены, и увеличения импорта продуктов с добавленной стоимостью. В 2012 году, на основе веса брутто, приблизительно 95% импортированных иттриевых материалов и составов, содержащих в развес от 19% до 85%-ый Y2O3 были поставлены из Китая (35%) и Японии (60%). Ведущим источником металлического иттрия был Китай.

* данные US Geological Survey

Иттрий является металлом, обладающим рядом уникальных свойств, и эти свойства в значительной степени определяют очень широкое применение его в промышленности сегодня и, вероятно, ещё более широкое применение в будущем. Предел прочности на разрыв для нелегированного чистого иттрия около 300 МПа (30 кг/мм2). Очень важным качеством как металлического иттрия, так и ряда его сплавов является то обстоятельство, что будучи активным химически, иттрий при нагревании на воздухе покрывается пленкой оксида и нитрида, предохраняющих его от дальнейшего окисления до 1000C.
Иттрий - один из элементов, используемых для получения красного цвета в телевизорах CRT. Оксид оттрия (Y2O3) служит основной решеткой, которая покрывается реагентом с катионом Eu3+. В результате получается покрытый катионом европия ортованадат иттрия YVO4:Eu3+ или сульфид окиси иттрия Y2O2S:Eu3. В сочетании с этими веществами используется фосфор. Сам красный цвет фактически испускается от европия, в то время как иттрий собирает энергию из электронной пушки и передает ее к фосфору, таким образом на экране возникает красный цвет. Составы иттрия могут служить основными решетками для того, чтобы покрывать их различными катионами лантаноидов. Например, Tb3+ используется в качестве агента, приводящего к зеленой люминесценции. Оксид иттрия также используется в качестве добавки спекания в производстве пористого кремния, азотирования и как общий стартовый материал и для материальной науки и для того, чтобы произвести другие соединения иттрия.
Соединения иттрия используются в качестве катализатора для этиленовой полимеризации. Как металл, иттрий используется на электродах некоторых высокоэффективных свечей зажигания. Иттрий также используется в производстве газовых мантий для пропановых фонарей как замена для тория, который радиоактивен. Иттрий используется как стабилизатор двуокиси циркония в особенности как твердый электролит и как кислородный датчик в автомобильных системах выпуска.
Гранаты. Иттрий используется в производстве большого количества синтетических гранатов, а оксид иттрия используется, чтобы сделать железные гранаты иттрия (Y3Fe5O12 или YIG), которые являются очень эффективными микроволновыми фильтрами. У железных, алюминиевых и гадолиниевых гранатов иттрия (например, Y3 (Fe, Al) 5O12 и Y3 (Fe, Ge) 5O12) есть важные магнитные свойства. YIG также очень эффективен как акустический энергетический передатчик и преобразователь. Алюминиевый гранат иттрия (Y3Al5O12 или YAG) имеет твердость 8,5 и также используется в качестве драгоценного камня в ювелирных изделиях (моделируемый алмаз). Покрытый церием алюминиевый гранат иттрия (YAG:Ce) кристаллы используется в качестве фосфора, чтобы сделать белые LED.
YAG, оксид иттрия, фторид лития иттрия (LiYF4) и ортованадат иттрия (YVO4) используются в сочетании с допантами, такими как неодимий, эрбий, иттербий в почти всех инфракрасных лазерах. Лазеры YAG имеют способность работать с большой мощностью и используются для того, чтобы сверлить и обрабатывать металл.
Материальный усилитель. Небольшие количества иттрия (от 0,1 до 0,2%) используются, чтобы уменьшить размеры зерна хрома, молибдена, титана и циркония. Он также используется, чтобы увеличить прочность сплавов алюминия и магния. Добавление иттрия к сплавам вообще улучшает обрабатываемость, добавляет сопротивление высокотемпературной перекристаллизации и значительно увеличивает сопротивление высокотемпературному окислению.
Иттрий может использоваться совместно с ванадием и другими цветными металлами. Оксид иттрия используется, чтобы стабилизировать кубическую форму двуокиси циркония для использования в ювелирных изделиях.
Иттрий изучался для возможного применения при создании узлового чугуна, который обладает большей податливостью (графит формирует компактные узелки вместо хлопьев, чтобы сформировать узловой чугун). Окись иттрия может также использоваться при производстве керамических и стеклянных изделий, так как она имеет высокую точку плавления и небольшой коэффициент теплового расширения.
Медицина. Радиоактивный изотоп иттрий 90 используется в веществах для лечения различных раковых образований, включая лимфому, лейкемию, рак яичников, поджелудочной железы, и раковых образований костей. Он проникает в моноклональные антитела, которые, в свою очередь, связываются с раковыми клетками и убивают их с помощью интенсивного бета-излучения.
Иглы из иттрия 90, которые более точные, чем скальпели, используются при операциях на спинном мозге, чтобы разъединить передающие боль нервы, а также он используется при лечении воспаленных суставов, особенно коленей, в случаях, таких как ревматоидный артрит.
Сверхпроводники. Иттрий использовался в сверпроводниках из иттрий-бариево-медной окиси (YBa2Cu3O7, иначе "YBCO" или "1-2-3"), которые были получены в университете Алабамы и университете Хьюстона в 1987 году. Этот сверхпроводник работал при температуре 93K, что выше точки кипения жидкого азота (77,1K). Поскольку цена жидкого азота ниже, чем жидкого гелия, который должен использоваться для металлических сверхпроводников, эксплуатационные расходы уменьшились.
В 2012 году редкоземельные металлы добывались только одной американской компанией. В основном они использовались для цветного телевидения и компьютерных мониторов, температурных датчиков, люминесцентных ламп и усиливающих рентген экранов. Устойчивая (с добавлением иттрия) двуокись циркония использовалась в абразивах, печатях, высокотемпературных рефракторах для носиков непрерывной разливки, покрытий реактивных двигателей, кислородных датчиках в автомобильных двигателях, ювелирных изделиях и износостойких и стойких к коррозии режущих инструментах. В электронике гранаты железа иттрия были компонентами в микроволновом радаре, чтобы управлять высокочастотными сигналами. Иттрий был важным компонентом в кристаллах лазера алюминиевого граната иттрия, используемых в медицинских и стоматологических операциях, цифровых коммуникациях, температурных датчиках, промышленной обработке и сварке, нелинейной оптике, фотохимии и фотолюминесценции. Иттрий также использовался в сплавах нагревательного элемента, высокотемпературных сверхпроводниках и суперсплавах.
Приблизительное распределение в 2012 году в конечном использовании было следующим: фосфор - 44%, металлургия - 13% и прочее - 43%.
Потребление иттрия в США предположительно снизилось в 2012 году, с учетом данных об импорте. Спрос на иттрий в США также был отмечен в таких секторах, как электроэнергетика и электроника.
В период с 1998 по 2007 год цены на иттрий на мировом рынке изменялись незначительно и находились в районе 100 долл./кг. В 2008-2009 годах цены на металл снизились до 40 долл./кг по причине мирового экономического кризиса и падения спроса. По мере восстановления спроса в конце 2010 года и в 2011 году произошел резкий рост цен на иттрий. В результате стоимость металла на мировом рынке достигла 160 долл./кг.
В 2012 году вследствие падения спроса импорт и цены на металлический иттрий и окись стали снижаться. В целом, цены на металлический иттрий и окись были относительно устойчивыми в первые три квартала 2012 года, но они значительно снизились значительно в четвертом квартале.

Материалы-заменители иттрия существуют во многих областях применения, но они намного менее эффективны. В большей части сфер потребления металла, особенно в электронике, лазерах и фосфорных компонентах, иттрию практически нет адекватной замены другими элементами. Стабилизатором двуокиси циркония, окись иттрия можно заменить негашеной известью или магнезией (окисью магния), но эти вещества дают гораздо меньший эффект.
Отсутствие заменителей свидетельствует о том, что спрос на иттрий, несмотря на некоторые взлеты и падения, останется стабильным и возможно даже будет расти в ближайшие годы.