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.
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.
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).
СВОЙСТВА.
Иттрий — 39
Иттрий (Y) — редкоземельный металл
, атомный номер 39, атомная масса 88,91, температура плавления 1509ОС, плотность 4,47 г/см3.
Y — второй по счёту, после , редкоземельный металл, не лантаноид.
Этот элемент получил название в честь шведской деревни Иттерби, вблизи которой был найден минерал, тяжёлый камень чёрного цвета, похожий на каменный уголь, который назвали иттербитом. После исследования этого минерала, в нём был обнаружен окисел нового элемента, похожий на окислы кальция и алюминия. Этот окисел был назван иттриевой землёй и, затем, после перевода этого окисла в хлористое соединение с помощью металлического натрия, был выделен новый металл, который был назван иттрием.
Y входит в состав сложных минералов, распылённых в земной коре и очень трудно выделяется из них. Значительно более концентрированы и изучены радиоактивные изотопы иттрия.
В природных и техногенных видах сырья, Y содержится в минералах эвделите, бастнезите, в хибинском апатите, а также, в фосфогипсе из хибинского апатита и в природном концентрате Томтора.
Легко растворяется в минеральных кислотах, окисляется в кипящей воде, а на воздухе-только при высокой температуре (400ОС). При окислении, на поверхности металла образуется плёнка, которая препятствует дальнейшему окислению металла в его массе. Иттрий достаточно хорошо распространён в земной коре (до 0,0028%), однако чрезвычайно рассеян, что серьёзно усложняет его добычу и выделение.
ПОЛУЧЕНИЕ.
Получение иттрия представляет собой сложный и многостадийный процесс.
Получение иттрия, например, из минерала ксенотима (фосфата иттрия),в котором, после обогащения содержится до 36% окисла иттрия и 24% окислов других РЗМ, состоит в следующем. Минерал ксенотим обрабатывают серной кислотой при высокой температуре. Затем, этот раствор загружают в ионообменную колонну, содержащую смолу. Здесь иттрий отделяется и вместе с другими лантаноидами,сохраняется в катионите. Для отделения от него иттрия, через колонну пропускают элюент-раствор уксусной кислоты. Полученные разные фракции элюента содержат разные элементы. После дополнительной и длительной очистки фракции, содержащей Y, получают окись иттрия Y2O3, из которой, затем, при необходимости, получают металлический Y.
Из других минералов содержащих иттрий, способы получения его окиси, как в лаборатории, так и в промышленности, значительно отличаются от вышеописанного.
Для получения металлического иттрия, его окись восстанавливают, превращая, при высокой температуре во фторид иттрия YF3. Это промежуточное соединение смешивают с кальцием и, в титановом тигле, нагревают в индукционной печи, в атмосфере инертного газа, при температуре 1600ОС и, таким образом, получают металлический иттрий. После отделения шлака, остаётся иттрий чистотой 99%. Доведение его до более высокой чистоты осуществляется сложными и дорогостоящими способами.
ПРИМЕНЕНИЕ.
Из всех редкоземельных металлов, иттрий, является одним из самых востребованных и широко используемых.
Люминофоры. Для качественного свечения экранов цветных телевизоров, применяется иттрий, который добавляют в состав люминофоров, для нанесения на электронно-лучевые трубки.
Керамика. Сохранение жаропрочных свойств керамическими изделиями при очень высоких температурах (до 2200ОС), обеспечивает материал цитрит (керамика из циркония с содержанием иттрия), у которого очень низкая теплопроводность.
Производство стекла. Иттрий-локс, замечательный материал, представляющий собой твёрдый раствор из двуокиси тория в окиси иттрия. Он пропускает видимый свет, а также и инфракрасное излучение. Его используют в качестве окон в специальной аппаратуре для космической техники, в смотровых глазках печей, с высокими температурами.
Сверхпроводники. Y используется для создания сверхпроводников на основе керамики иттрий-медь-барий, у которого переход в сверхпроводящее состояние происходит при температуре -183ОС.
Электротехника. Алюминий, легированный иттрием, увеличивает электропроводность изготовленных из него проводов. Нихромовый провод, легированный иттрием, применяется для нагрева промышленных агрегатов электрическим током и служит в два-три раза дольше чем обычный нихромовый.
Термоэлектрические материалы. Теллурид иттрия обладает очень высокой термоэдс и применяется для производства термоэлектрогенераторов с высоким КПД.
Аэрокосмическая техника. При высокой удельной прочности и высокой жаропрочности бериллид иттрия, является одним из лучших конструктивных материалов для создания изделий для космоса-корпусов ракет и спутников.
Автомобильные катализаторы. Для нейтрализации отработавших выхлопных газов автомобилей применяются автомобильные катализаторы, выполненные с добавкой иттрия.
Лазеры. Искусственные иттрий-алюминиевые гранаты применяются для производства твердотельных лазеров.
Металлургия. Добавка иттрия, как легирующего металла, в нержавеющую сталь, содержащую 25% хрома, значительно повышает её жаропрочные свойства. Легирование иттрием сплавов алюминия и магния значительно добавляют им прочностных и жаростойких качеств. Металлический Y хорошо прокатывается, легко вытягивается в трубы, хорошо сваривается. Легирующие металлы-хром, ванадий, молибден, для придания им мелкозернистой структуры, сами легируются иттрием, что улучшает их возможности при легировании сталей. Иттрий применяется для производства долговечных выпускных стаканов в сталеразливочных ковшах, применяемых в чёрной металлургии.
Атомная техника. Изготовление трубопроводов, по которым течёт расплав из ядерного горючего атомных реакторов-урана или плутония, из металлического иттрия, значительно повышает срок службы этих трубопроводов, т.к. иттрий не реагирует с этими расплавами. Сплав иттрия с бериллием применяется для изготовления замедлителей и отражателей нейтронов, в атомных реакторах при высоких температурах.
Экология. При ядерных взрывах образуется радиоактивный изотоп иттрий-91. Вместе со стронцием-90, это наиболее опасный продукт ядерного деления. Опасен также изотоп иттрий-90. Эти изотопы накапливаются в мировом океане в процессе экспериментальных ядерных взрывов и захоронений на дне океанов радиоактивных отходов, что серьёзно угрожает безопасности морской фауны и, соответственно, человека. Борьба с этими явлениями, становится одной из первоочередных задач по защите природы и человека.
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.