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 щелочными породами и связанными с ними постмагматическими продуктами преимущественное развитие получает цериевая подгруппа, а с постмагматическими продуктами гранитоидов с повышенной щёлочностью — иттриевая. Большинство фторкарбонатов обогащено элементами цериевой подгруппы. Многие тантало-ниобаты содержат иттриевую подгруппу, а титанаты и титано-тантало-ниобаты — цериевую. Главнейшие минералы иттрия — ксенотим YPO4, гадолинит Y2FeBe2Si2O10.
Месторождения иттрия
Получение иттрия
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.
Химические свойства
На воздухе иттрий покрывается плотной защитной оксидной пленкой. При 370—425 °C образуется плотная черная 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 Y2О3 обладает основными свойствами, ему отвечает основание Y(ОН)3.
Применение иттрия
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 1000 °C.
Иттриевая керамика
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 двуокиси 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 YBa2Cu3O7-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).
ИТТРИЙ радиоактивный (Yttrium; Y ) - химический элемент III группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Порядковый номер 39, ат. вес (масса) 88,905. И. относится к редким рассеянным металлам, его максимальная положительная валентность равна трем.
И. имеет один стабильный изотоп - 89 Y (100%) и 20 радиоактивных с атомными весами от 82 до 96; в их числе два относительно долгоживущих изотопа - 88 Y (108,1 дня) и 91 Y (58,8 дня). Остальные изотопы И. имеют минутные и часовые периоды полураспада. В медицине применяется иттрий-91 и гл. обр. короткоживущий иттрий-90 (64 часа).
Иттрий-91 испускает (бета-излучение с граничными энергиями двух спектров Е бета =1,545 МэВ (99,78%) и 0,34 (0,22%), а также гамма-излучение весьма малой интенсивности с энергией 1,21 МэВ (0,22%). Иттрий-90 тоже практически чистый бета-излучатель с бета-спектром из двух составляющих, основная из которых обладает высокой граничной энергией, равной 2,27 МэВ (Еср=0,93 МэВ), а вторая- 0,513 МэВ (0,02%). При распаде 90Y испускается также весьма слабое гамма-излучение (0,02%) с энергией 1,76 МэВ.
Иттрий-91 извлекают из продуктов деления урана, в частности из облученных в реакторе отработанных тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ). Иттрий-90 получают облучением в реакторе природного И. по ядерной реакции 89 Y(n, гамма).
Однако в виду низкого сечения активации (1,26 барн) по этой реакции получается препарат И. с носителем невысокой удельной активности. 90 Y без носителя можно получить также, выделяя его из продуктов деления урана, но при этом он будет в смеси с более долгоживущим 91 Y, что нежелательно.
Для получения чистого без носителя 90 Y его химически выделяют из равновесной смеси с долгоживущим материнским изотопом 90 Sr, являющимся одним из основных продуктов деления урана. При необходимости регулярного получения иттрия-90 используют изотопный генератор 90 Sr - 90 Y, когда из одной и той же порции стронция по мере потребности элюируют 90 Y (см. Генераторы радиоактивных изотопов). При этом в случае приготовления иттрия-90 для клин, применения тщательно следят за тем, чтобы в элюате не оказалось примеси высокорадиотоксичного стронция-90, для чего при необходимости проводят повторную очистку И. от стронция, достигая снижения величины его примеси до 10 -4 -10 -5 %.
И. применяют в медицине в основном для лучевой терапии опухолей различной локализации в виде коллоидных р-ров, суспензий (см. Радиоактивные коллоиды), микросфер и гранул (см. Радиоактивные препараты).
Так, олеат 90 Y применяют для лучевой терапии опухолей небольших размеров (диам, до 3 см), локализующихся в коже и подкожной клетчатке; силикат 90 Y - для терапии злокачественных новообразований, расположенных поверхностно, а также для профилактического введения в послеоперационные рубцы; гранулы с 90 Y - для лечения опухолей мозга основания черепа, гипофиза.
И. относится к радиоизотопам средней радиотоксичности. На рабочем месте без разрешения сан.-эпид, службы может использоваться препарат И. активностью до 10 мккюри.
Библиография: Левин В. И. Получение радиоактивных изотопов, с. 80 и др., М., 1972; Нормы радиационной безопасности (НРБ-76), М., 1978.
В. В. Бочкарев.
История иттрия
Иттрий (Yttrium) — это редкоземельный химический элемент, имеющий атомный номер 39, согласно периодической системе элементов. Его принято обозначать Y. Свое название он получил по названию деревни Иттербю в Швеции.
Очень необычна история открытия этого элемента. В 1794 году химик из Финляндии Юхан Гадолин, после проведенного эксперимента над породой иттербит, получил из породы оксид иттрия с примесью других элементов. При этом он ошибочно считал, что получил чистый иттрий и назвал полученный элемент экебертом.
Карл Мосандер спустя 50 лет, в 1843 году, обосновал, что полученный Гадолином экеберт является соединением из окислов эрбия, иттрия , тербия. Металлический иттрий , с незначительным содержанием других лантаноидов, был выделен первый раз только в 1828 году, в виде порошка светло-серого цвета.
Удалось это химику из Фридриху Вёлеру. В Российской литературе по химии, датированной первой половиной 19 века, элемент назывался так: основание иттрийской земли , иттрин (Страхов), иттрий (Гесс).
Месторождения иттрия
В земной коре иттрий содержится в размере 0,0028 весовых процентов и находится в числе тридцати самых распространенных элементов. В морской воде его концентрация составляет 0,0003 мг/л. Он входит в состав многих пород и минералов, больше всего содержится иттрия в фергюсоните, гадолините, цирконе, черчите, ксенотиме.
Мировые запасы сырья, из которого может быть получен иттрий, оцениваются в объеме 544,4 тысячи тонн. В год его добывают около 9 тысяч тонн во всем мире. Основным типом его месторождений являются россыпи. Крупнейшие месторождения иттрия расположены в таких странах, как: Китай, США, Австралия, Индия, Россия.
Свойства и цена иттрия
В чистом виде иттрий представляет собой относительно мягкий металл , который хорошо поддается обработке. Он относительно легко растворяется кислотами при комнатной температуре.
При нагревании до 400 °C на поверхности образовывается плотный слой окисла цвета. Температура плавления иттрия составляет 1530 °C, кипения 3318 °C.
Стоимость одного килограмма иттрия находится в районе 140 долларов. Использование его в промышленности очень обширно и будет расти в ближайшее время. В большинстве сфер потребления ему нет равноценной замены.
Применение иттрия
Металлический иттрий используется как добавка при изготовлении из и металлов, увеличивая их предел прочности, температуру плавления и меняя их магнитные свойства.
Из него изготавливают трубопроводы для транспортировки расплавленного ядерного топлива, потому что он не вступает во взаимодействие с расплавленными и .
Иттрий используется как стабилизатор, электролит и катализатор. Из него изготовляют керамику и высокотемпературные сверхпроводники. Его применяют при производстве драгоценных .
Также широко используются соли иттрия и другие его соединения. Крайне устойчив к нагреву в контакте с жидкой сталью и не имеет равноценных аналогов оксид иттрия.
Его используют для изготовления оптических, инфракрасных лазеров большой мощности, компонентов микроволновых радаров, производства иттриевых ферритов для радиоэлектроники.
Радиоактивный изотоп иттрия применяется для лечения раковых заболеваний, как источник бета-излучения. Нанесение соединений иттрия на компоненты двигателей внутреннего сгорания усиливает их износостойкость в 300 раз. Из оксосульфида иттрия производят красную компоненту люминофора для телевизоров и компьютерных мониторов.
Общие сведения и методы получения
Иттрий (Y) - редкоземельный металл светло-серого цвета. Свое название получил от шведского селения Иттербю. Открыт в 1794 г. финским химиком И. Гадолином. Металлический иприй получен в 1828 г. немецким химиком Ф. Велером.
Для отделения основной массы иттрия от других элементов лучшим способом считается его отделение на ионообменных колоннах в процессе разделения РЗМ иттриевой подгруппы.
Для получения иттрия высокой чистоты применяют метод металло-термического восстановления его фторида с использованием в качестве восстановителя стружки кальция. Затем путем переплавки в вакууме и дистилляции получается иттрий чистотой 99,8-99 % Для повышения чистоты его подвергают дву- и трехкратной дистилляции.
Физические свойства
Атомные характеристики. Атомный номер 39, атомная масса 88 ,905 а.е.м, атомный объем 19,886*10- 6 м 3 /моль, атомный радиус 0 ,181 нм, ионный радиус Y + 3 0 ,097 нм. Конфигурация внешних электронных оболочек атома 4 d "5 s 2 .
Природный иттрий состоит из одного устойчивого изотопа 89 Y . Известно 18 искусственных радиоактивных изотопов, важнейшими из которых являются 90 Y и 91 Y , образующегося при делении урана и тория.
Химические свойства
Нормальный электродный потенциал реакции Y -3 e »± Y 3+ , (р 0 =-2,1 В. Электрохимический эквивалент 0,30715 мг/Кл.
В соединениях проявляет степень окисления +3. В атмосфере воздуха при нормальных условиях иттрий весьма устойчив: он лишь слегка тускнеет, но не теряет металлического блеска. При 370-425 °С на поверхности иттрия образуется черная и плотная пленка оксидов: интенсивно* 1 окисление начинается выше 760 "С.
Компактный иттрий медленно окисляется в кипящей воде, легко растворяется в серной, соляной и азотной кислотах, медленно - в уксусной н почти инертен к плавиковой кислоте. В щелочных средах (1 н. растворы NaOH и NH Иттрий легко взаимодействует с галогенами. С водородом иттрий образует в интервале 314-1540"С устойчивые металлические гидриды различного состава. При 760 °С иттрий взаимодействует с азотом, образуя YN. Технологические свойства Иттрий - металл достаточно пластичный. Поддается обработке давлением в горячем и холодном состояниях. Однако деформируемость его зависит от степени чистоты. Так, в холодном состоянии недостаточно чистый иттрий можно прокатать со степенью обжатия не более 10- 15 % за одни проход. Путем холодной прокатки с небольшими обжатиями и промежуточными отжигами можно получить из иттрия ленту и фольгу толщиной 0,5-0,05 мм. Горячая прокатка, а также горячая ковка и прессование легко осуществляются при 800-850 °С. Однако выше 760 °С происходит интенсивное окисление иттрия, поэтому обработку его давлением прн высоких температурах следует проводить, принимая специальные меры против окисления и газонасыщения (вакуум, защитные оболочки, нейтральная атмосфера и др.). Температура конца рекристаллизации технического иттрия 600°С, а дистиллированного 450-500 °С. Иттрий легко обрабатывается резанием (обточка, фрезерование, сверление и др.), однако во избежание его возгорания скорости резания необходимо поддерживать минимальными, а также применять постоянное охлаждение эмульсией или маслом. Иттрий легко сваривается дуговой сваркой с неплавящимся вольфрамовым электродом в атмосфере инертного газа. При сварке иттрия с другими металлами оптимальные результаты достигаются при применении присадочного материала (например, хрома для улучшения диффузии). Металлический иттрий, содержащий 0,1-0,3 % кислорода, отличается склонностью к растрескиванию в процессе сварки. Области применения В качестве основы сплавов иттрий применяют редко, но широко используют для легирования и модифицирования. В настоящее время наиболее широкие области применения иттрия, его соединений, сплавов и лигатур в промышленности следующие: производство легированной стали; модифицирование чугуна; производство сплавов на основе никеля, хрома, молибдена и других металлов - для повышения жаростойкости и жаропрочности; выплавка ванадия, тантала, вольфрама и молибдена и сплавов на их основе - для увеличения пластичности; производство медных, титановых, алюминиевых и магниевых сплавов; атомная энергетика; электроника - в качестве катодных материалов (оксиды иттрия), а также для поглощения газов в электровакуумных приборах; изготонление квантовых генераторов - лазеров; производство тугоплавких и огнеупорных материалов; химия - в качестве катализаторов; производство стекла и керамики. Рафинирование металлов и сплавов от примесей (кислород, азот, водород и углерод), вызывающих хрупкость сплавов, что особенно важно для тугоплавких хладноломких металлов с объемноцентрированной кубической решеткой, а также примесей, вызывающих хладноломкость (сера, фосфор, мышьяк в стали, хромоникелевых и никелевых сплавах; свинец и висмут в медных сплавах). Имеются сведения об использовании изотопа 90 Y в медицине.
