Chương 1: TỔNG QUAN LÝ THU ẾT
1.2 Ứng dụng của các nguyên tố đất hiếm
Các NTĐH có rất nhiều ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực khoa học kỹ thuật và vai trò của nó trong công nghệ chế tạo vật liệu là không thể thay thế được.
Các NTĐH được dùng làm xúc tác crackinh dầu mỏ, xúc tác trong quá trình tổng hợp amoniac, xilen và nhiều hợp chất hữu cơ khác. NTĐH còn dùng làm xúc tác để làm sạch khí thải ô tô, xúc tác trong lò đốt rác y tế. So với các xúc tác cùng loại chứa nguyên tố quý (Pt), xúc tác chứa NTĐH bền nhiệt, bền hóa học, có hoạt tính cao hơn và điều quan trọng là giá thành rẻ hơn. Sau khi sử dụng một thời gian, xúc tác đất hiếm được phục hồi lại bằng cách rửa bằng HCl loãng.
Trong công nghiệp thủy tinh, các NTĐH được sử dụng khá nhiều để khử màu và tạo màu cho thủy tinh như: Nd2O3 (tím hồng), CeO2 (vàng chanh), Pr6O11 (xanh lá cây), Er2O3 (hồng nhạt). Nd2O3 còn được dùng trong quang học laze và dùng làm tụ điện gốm.
Trong công nghiệp luyện kim, các NTĐH được dùng để cho thêm vào một số hợp kim. Thí dụ như để sản xuất gang biến tính người ta cho thêm các NTĐH. Do tác dụng của các NTĐH, không những một số tạp chất có hại trong gang bị loại ra mà cấu
trúc của cacbon trong gang cũng biến đổi làm giảm tính giòn của gang và gang biến tính đó có thể thay thế thép.
Trong lĩnh vực vật liệu từ, các NTĐH cũng đóng vai trò quan trọng. Các vật liệu từ chứa đất hiếm có độ phản từ và mật độ năng lượng từ cao, giá thành rẻ và được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực chế tạo động cơ điện, máy gia tốc proton, máy tính. Đó là các hợp kim NdFeB, SmCo6, SmFeCu có từ tính mạnh gấp nhiều lần so với nam châm làm bằng sắt và như vậy, các hợp kim trên cho phép thu nhỏ động cơ điện. Chẳng hạn một nam châm bằng sắt nặng 40kg có thể thay thế bằng một nam châm làm bằng hợp kim của Samari và Coban chỉ nặng 2,45kg với giá thành giảm 50%.
Các nguyên tố đất hiếm còn được sử dụng trong việc chế tạo vật liệu phát quang có hiệu suất cao và ít tốn năng lượng.
Khoảng những năm 1950, người ta bắt đầu dùng halophotphat canxi để chế tạo đèn ống. Từ những năm 1979, đèn ba màu xuất hiện trên thị trường. Vật liệu huỳnh quang dùng chế tạo đèn ba màu là hỗn hợp chứa đất hiếm sau: BaMg2Al6O27(Eu2+):
xanh da trời, CeMgAl11O19(Tb3+): xanh lá cây, Y2O3(Eu3+): đỏ.
Hỗn hợp của ba loại bột huỳnh quang nói trên phát ra ánh sáng trắng. So với đèn ống dùng halophotphat canxi, đèn ba màu phát ra ánh sáng trắng gần ánh sáng tự nhiên hơn và cho phép tiết kiệm năng lượng điện.
Trong các máy chụp Rơnghen có một chi tiết quan trọng – tấm tăng quang đặt trước phim chụp. Nó biến tia Rơnghen thành ánh sáng ở vùng nhìn thấy để có thể tác dụng lên phim ảnh. Các loại bột huỳnh quang chứa đất hiếm dùng để chế tạo tấm tăng quang có công thức như sau: BaFCl(Eu3+); LaOBr(Tm3+); LaOBr(Tb3+).Gd2O2S(Th3+).
Từ năm 1988, Viện Vật Lý thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tiến hành chế tạo tấm tăng quang chứa LaOBr(Tb3+). Kết quả thử nghiệm đã cho thấy tấm tăng quang có chứa đất hiếm tự chế có độ nhạy cao hơn hẳn so với tấm tăng quang thường dùng CaWO4, giảm được thời gian chụp Rơnghen, cho phép giảm liều lượng chiếu xạ đối với bệnh nhân [4], [5], [10], [20], [21], [23].
1.2.2. Trong nông nghiệp
Việc ứng dụng các NTĐH trong nông nghiệp được tiến hành từ năm 1972 ở Trung Quốc. Kết quả thu được cho thấy đất hiếm có ảnh hưởng tới hơn 20 loại cây trồng [21]. Trong quá trình khảo sát đã xác định hàm lượng đất hiếm phù hợp dùng
cho các loại cây khác nhau. Trung bình 1g đất hiếm đủ để pha dung dịch ngâm 10 kg hạt giống, tăng năng suất 10%. Kết quả nghiên cứu về vai trò sinh lí của đất hiếm cho thấy đất hiếm có khả năng tăng hàm lượng chlorophyl, thúc đẩy quá trình quang hợp và làm tăng khả năng kháng bệnh của cây trồng, bảo vệ được môi trường (không làm cho các loài vật sống chung bị tiêu diệt, không thoái hóa chất độc như các loại thuốc trừ sâu). Phân bón loại này rất nhỏ (cỡ %0,%00) có tác dụng làm tăng hàm lượng chất diệp lục của cây, tăng sự hấp thụ các chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng, tăng khả năng chống chịu điều kiện thời tiết hết sức khắc nghiệt. Đó là một trong những nguyên nhân chính làm tăng năng suất và chất lượng sản phẩm thu hoạch [22], [23].
Song với việc nghiên cứu ứng dụng các nguyên tố vi lượng và các NTĐH trong nông nghiệp, các nhà khoa học đã nghiên cứu ảnh hưởng của đất hiếm đối với cơ thể sống bằng cách trộn đất hiếm vào thức ăn của khỉ. Kết quả nghiên cứu cho thấy, ở một giới hạn nhất định, đất hiếm hoàn toàn không độc đối với cơ thể sống [23].
Về mặt sinh thái, đất hiếm có tác dụng rõ rệt tới sự phát triển của lá và rễ, đặc biệt rõ rệt nhất đối với cây họ đậu [4], [5], [20].
Phương pháp sử dụng đất hiếm trong nông nghiệp thay đổi tùy theo từng loại cây, loại đất và điều kiện thời tiết. Đối với cây thời vụ, nồng độ 0,01 – 0,03% là thích hợp nhất. Ngược lại cây ăn quả đòi hỏi nồng độ cao hơn 0,05 – 0,1%.
Hiệu quả kinh tế của việc sử dụng đất hiếm trong nông nghiệp: hơn 90% cây trồng trong đó có ngũ cốc, rau, cây ăn quả được xử lí bằng đất hiếm cho năng suất tăng từ 5 – 10% hoặc cao hơn.
Ở nước ta, Viện Thổ nhưỡng và Nông hóa (Bộ Nông Nghiệp và Lương thực Thực phẩm) đã phối hợp với Viện Vật Lý (Viện Khoa Học Việt Nam) nghiên cứu ảnh hưởng của đất hiếm đến tốc độ sinh trưởng của cây đậu tương, cây lạc và cây chè. Kết quả sơ bộ cho thấy, dung dịch đất hiếm làm tăng sinh khối khoảng 15% [4], [5], [15].
Gần đây các nghiên cứu thử nghiệm phân bón vi lượng đất hiếm của trường Đại học Sư phạm thuộc Đại học Huế trên các loại cây trồng lâu năm như: Thanh trà, cam, cà phê và một số loại cây nông nghiệp ngắn ngày khác đều cho năng suất tăng từ 8-15%
[10], [11], [12], [13].
Hiện nay các thí nghiệm sử dụng đất hiếm trong nông nghiệp còn đang được tiến hành.