简介 钆是一种银白色的金属,具有延展性,熔点为1313°C,沸点为3266°C,相对密度7.9004。它的化学符号是Gd(英语:Gadolinium),在元素周期表中位于原子序号64的位置,属于镧系元素和稀土元素。钆具有铁磁性,其居里点约为室温(19℃或66℉)。将一块钆放入冰水中冷却时,它可以吸附磁铁;但当温度回升后,钆会脱离磁铁掉落。
化学性质 钆能够与大多数元素直接化合,形成Gd(III)化合物。加热或在高温条件下,它可以与氮气、硫、磷、硒、碳、硅或砷反应,生成二元化合物。与其他稀土元素不同的是,金属钆在干燥空气中相对稳定;但在潮湿的空气下会迅速失去光泽,并形成一层易脱落的氧化钆薄膜。这一过程遵循化学方程式:4 Gd + 3 O2 → 2 Gd2O3。
应用 由于其具有最高的热中子俘获截面,钆被用于反应堆控制材料和核辐射防护结构。此外,它还作为钇铁石榴石和钇铝石榴石的添加剂,用于制造新型磁性材料。利用钆盐进行磁场冷却的方法,可以实现接近绝对零度(0.002K)的超低温状态。钆化合物还可作为荧光粉的基础材料,用于制造X射线增感屏及投影电视装置。
用途 主要用于原子能工业中,是制备磁性材料和有色合金添加剂的重要成分。
生产方法 采用氟化物的钙热还原法。这种方法的优势在于:反应过程平缓;金属钙容易提纯且供应稳定;还原温度一般在金属和渣熔点以上50~100℃之间,在真空感应炉中进行,该设备需能调节控制炉温至1800℃并保持控温精度±10℃。氟化钙的蒸发压低,便于金属凝聚和分离。
还原剂钙需经过799.93Pa氦分压下的蒸馏提纯,并储存在充氦密封干燥箱内以避免氧化及吸入空气中的水分。还原过程中,过量10%~15%的钙屑或钙粒与氟化钆混合后装入钽坩埚中并压实盖好,随后在真空感应炉中抽至10-2Pa,缓慢加热至400~600℃脱气,然后充入净化氩气至6×10^4Pa,继续升温至800~1000℃使材料开始发生还原反应。将温度升至1800℃并保持10~15min,让金属与渣熔化充分分层分离,最终获得致密的金属锭。
通常情况下,采用此法生产的稀土金属纯度可达95%~98%,为了进一步提高产品纯度,需使用更纯净的氟化物。还原剂钙在使用前要经过提纯并保存在充氦密封干燥箱内。