Иттрий

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.

Содержание иттрия в земной коре около 2,8*10^-3 % (по массе). Иттрий присутствует во многих минералах, содержащих редкоземельные элементы: лопарите, монаците, иттропаризите, эвксените, ксенотиме и др. В иттропаризите, эвксените и ксенотиме содержится до 50 % Y и более.

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 м³/моль, атомный радиус 0 ,181 нм, ионный радиус Y +³0 ,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⁺ , (р₀=—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<OH) при 30 °С иттрий не корродирует. Скорость корро­зии иттрия в хлоридных и нитратных водных растворах снижается с повышением рН среды. Наличие в растворах нитрат-ионов NO^ii осо­бенно хлорид-ионов С1- сильно снижает коррозионную стойкость иттрия.

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.