شهدت تطبيقات كواشف اللانثانيدات في التخليق العضوي تطورًا هائلًا في السنوات الأخيرة. وقد تبين أن العديد من هذه الكواشف تتمتع بقدرة تحفيزية انتقائية واضحة في تفاعلات تكوين روابط الكربون-كربون، فضلًا عن خصائصها الممتازة في تفاعلات الأكسدة والاختزال العضوية لتحويل المجموعات الوظيفية. ويُعدّ استخدام العناصر الأرضية النادرة في الزراعة إنجازًا علميًا صينيًا، تحقق بفضل جهود العلماء والتقنيين الصينيين على مدى سنوات، وقد حظي باهتمام كبير كإجراء هام لزيادة الإنتاج الزراعي في الصين. تتميز كربونات العناصر الأرضية النادرة بسهولة ذوبانها في الأحماض لتكوين الأملاح المقابلة وثاني أكسيد الكربون، مما يسهل استخدامها في تخليق مختلف أملاح ومركبات العناصر الأرضية النادرة دون إدخال شوائب أنيونية. فعلى سبيل المثال، تتفاعل مع الأحماض القوية كحمض النيتريك، وحمض الهيدروكلوريك، وحمض البيركلوريك، وحمض الكبريتيك لتكوين أملاح قابلة للذوبان في الماء. يتفاعل كربونات العناصر الأرضية النادرة مع حمض الفوسفوريك وحمض الهيدروفلوريك ليتحول إلى فوسفات وفلوريدات غير قابلة للذوبان. كما يتفاعل مع العديد من الأحماض العضوية لتكوين مركبات عضوية مقابلة من العناصر الأرضية النادرة. قد تكون هذه المركبات كاتيونات معقدة قابلة للذوبان أو أنيونات معقدة، أو قد تترسب مركبات متعادلة أقل ذوبانًا، وذلك تبعًا لقيمة المحلول. من جهة أخرى، يمكن تحلل كربونات العناصر الأرضية النادرة إلى أكاسيد مقابلة عن طريق التكليس، والتي يمكن استخدامها مباشرة في تحضير العديد من مواد العناصر الأرضية النادرة الجديدة. حاليًا، يتجاوز الإنتاج السنوي لكربونات العناصر الأرضية النادرة في الصين 10,000 طن، ما يمثل أكثر من ربع إجمالي سلع العناصر الأرضية النادرة، مما يدل على أن الإنتاج الصناعي لكربونات العناصر الأرضية النادرة وتطبيقاتها يلعبان دورًا بالغ الأهمية في تطوير صناعة العناصر الأرضية النادرة.
كربونات السيريوم مركب غير عضوي صيغته الكيميائية C3Ce2O9، ووزنه الجزيئي 460، وقيمة لوغاريتم معامل التوزيع (logP) له -7.40530، ومساحة سطحه النوعية (PSA) 198.80000، ونقطة غليانه 333.6 درجة مئوية عند ضغط 760 ملم زئبق، ونقطة وميضه 169.8 درجة مئوية. في الإنتاج الصناعي للعناصر الأرضية النادرة، تُعد كربونات السيريوم مادة خام وسيطة لتحضير منتجات السيريوم المختلفة، مثل أملاح السيريوم وأكسيد السيريوم. ولها استخدامات واسعة النطاق، وهي منتج مهم من العناصر الأرضية النادرة الخفيفة. تتميز بلورة كربونات السيريوم المائية ببنية شبيهة باللانثانيت، وتُظهر صورتها المُلتقطة بالمجهر الإلكتروني الماسح أن شكلها الأساسي رقائقي، وترتبط هذه الرقائق معًا بروابط ضعيفة لتُشكّل بنيةً تُشبه البتلات. هذه البنية غير متماسكة، لذا يسهل تكسرها إلى شظايا صغيرة تحت تأثير القوى الميكانيكية. تحتوي كربونات السيريوم المُنتجة بالطرق التقليدية في الصناعة حاليًا على 42-46% فقط من إجمالي العناصر الأرضية النادرة بعد التجفيف، مما يُحدّ من كفاءة إنتاجها.
يتميز هذا النوع من كربونات السيريوم باستهلاك منخفض للمياه وجودة ثابتة، ولا يحتاج إلى تجفيف أو تجفيف بالطرد المركزي، ويمكن أن تصل نسبة العناصر الأرضية النادرة فيه إلى 72% إلى 74%. العملية بسيطة وتتم في خطوة واحدة لتحضير كربونات السيريوم بنسبة عالية من العناصر الأرضية النادرة. تعتمد الطريقة التقنية التالية: يتم تحضير كربونات السيريوم بنسبة عالية من العناصر الأرضية النادرة في خطوة واحدة، وذلك بتسخين محلول تغذية السيريوم بتركيز كتلي CeO240-90 جم/لتر عند درجة حرارة تتراوح بين 95 و105 درجة مئوية، ثم يُضاف إليه بيكربونات الأمونيوم مع التحريك المستمر لترسيب كربونات السيريوم. يتم ضبط كمية بيكربونات الأمونيوم بحيث تصل قيمة الرقم الهيدروجيني (pH) للمحلول إلى 6.3-6.5، مع مراعاة معدل الإضافة المناسب لمنع تسرب المحلول من الحوض. يتكون محلول تغذية السيريوم من واحد على الأقل من محاليل كلوريد السيريوم المائية، أو كبريتات السيريوم المائية، أو نترات السيريوم المائية. وقد اعتمد فريق البحث والتطوير في شركة UrbanMines Tech. Co., Ltd. طريقة تصنيع جديدة بإضافة بيكربونات الأمونيوم الصلبة أو محلول بيكربونات الأمونيوم المائي.
يمكن استخدام كربونات السيريوم لتحضير أكسيد السيريوم، وثاني أكسيد السيريوم، ومواد نانوية أخرى. وفيما يلي تطبيقاتها وأمثلة عليها:
1. زجاج بنفسجي مضاد للوهج يمتص الأشعة فوق البنفسجية والجزء الأصفر من الضوء المرئي بكفاءة عالية. يتكون هذا الزجاج، بناءً على تركيبة زجاج الصودا والجير والسيليكا المصقول العادي، من المواد الخام التالية بنسب وزنية: السيليكا 72-82%، أكسيد الصوديوم 6-15%، أكسيد الكالسيوم 4-13%، أكسيد المغنيسيوم 2-8%، الألومينا 0-3%، أكسيد الحديد 0.05-0.3%، كربونات السيريوم 0.1-3%، كربونات النيوديميوم 0.4-1.2%، ثاني أكسيد المنغنيز 0.5-3%. يتميز هذا الزجاج، بسماكة 4 مم، بنفاذية للضوء المرئي تزيد عن 80%، ونفاذية للأشعة فوق البنفسجية تقل عن 15%، ونفاذية عند أطوال موجية تتراوح بين 568 و590 نانومتر تقل عن 15%.
2. طلاء ماص للحرارة موفر للطاقة، يتميز بأنه يتكون من مزيج من مادة مالئة ومادة مكونة للغشاء، وتتكون المادة المالئة من مزيج المواد الخام التالية بنسب وزنية: من 20 إلى 35 جزءًا من ثاني أكسيد السيليكون، ومن 8 إلى 20 جزءًا من أكسيد الألومنيوم، ومن 4 إلى 10 أجزاء من أكسيد التيتانيوم، ومن 4 إلى 10 أجزاء من الزركونيا، ومن 1 إلى 5 أجزاء من أكسيد الزنك، ومن 1 إلى 5 أجزاء من أكسيد المغنيسيوم، ومن 0.8 إلى 5 أجزاء من كربيد السيليكون، ومن 0.02 إلى 0.5 جزء من أكسيد الإيتريوم، ومن 0.01 إلى 1.5 جزء من أكسيد الكروم، ومن 0.01 إلى 1.5 جزء من الكاولين، ومن 0.01 إلى 1.5 جزء من مواد أرضية نادرة، ومن 0.8 إلى 5 أجزاء من الكربون الأسود، ويبلغ حجم جسيمات كل مادة خام من 1 إلى 5 ميكرومتر. حيث تتضمن المواد الأرضية النادرة 0.01-1.5 جزء من كربونات اللانثانوم، و0.01-1.5 جزء من كربونات السيريوم، و1.5 جزء من كربونات البراسيوديميوم، و0.01-1.5 جزء من كربونات النيوديميوم، و0.01-1.5 جزء من نترات البروميثيوم؛ أما مادة تشكيل الطبقة فهي كربونات البوتاسيوم والصوديوم، حيث تُخلط كربونات البوتاسيوم والصوديوم بنسب وزنية متساوية من كربونات البوتاسيوم وكربونات الصوديوم. وتكون نسبة الخلط الوزنية للمادة المالئة ومادة تشكيل الطبقة 2.5:7.5 أو 3.8:6.2 أو 4.8:5.2. علاوة على ذلك، تتميز طريقة تحضير طلاء موفر للطاقة ماص للحرارة بالخطوات التالية:
الخطوة 1، تحضير الحشو، أولاً قم بوزن 20-35 جزءًا من السيليكا، و8-20 جزءًا من الألومينا، و4-10 أجزاء من أكسيد التيتانيوم، و4-10 أجزاء من الزركونيا، و1-5 أجزاء من أكسيد الزنك بالوزن، و1 إلى 5 أجزاء من أكسيد المغنيسيوم، و0.8 إلى 5 أجزاء من كربيد السيليكون، و0.02 إلى 0.5 جزء من أكسيد الإيتريوم، و0.01 إلى 1.5 جزء من ثالث أكسيد الكروم، و0.01 إلى 1.5 جزء من الكاولين، و0.01 إلى 1.5 جزء من مواد الأرض النادرة، و0.8 إلى 5 أجزاء من أسود الكربون، ثم اخلطها جيدًا في الخلاط للحصول على حشو؛ حيث تتضمن مادة الأرض النادرة 0.01-1.5 جزء من كربونات اللانثانوم، و0.01-1.5 جزء من كربونات السيريوم، و0.01-1.5 جزء من كربونات البراسيوديميوم، و0.01-1.5 جزء من كربونات النيوديميوم، و0.01-1.5 جزء من نترات البروميثيوم؛
الخطوة الثانية، تحضير مادة تشكيل الفيلم، وهي كربونات الصوديوم والبوتاسيوم؛ أولاً، يتم وزن كربونات البوتاسيوم وكربونات الصوديوم على التوالي بالوزن، ثم يتم خلطهما بالتساوي للحصول على مادة تشكيل الفيلم؛ يتم خلط كربونات الصوديوم والبوتاسيوم بنفس الوزن؛
الخطوة 3، نسبة خلط مادة الحشو ومادة الفيلم بالوزن هي 2.5: 7.5، 3.8: 6.2 أو 4.8: 5.2، ويتم خلط الخليط وتشتيته بشكل متجانس للحصول على خليط؛
في الخطوة 4، يتم طحن الخليط بالكرات لمدة 6-8 ساعات، ثم يتم الحصول على المنتج النهائي عن طريق تمريره من خلال غربال، وتكون فتحات الغربال 1-5 ميكرومتر.
3. تحضير أكسيد السيريوم فائق النعومة: باستخدام كربونات السيريوم المائية كمادة أولية، تم تحضير أكسيد السيريوم فائق النعومة بمتوسط حجم جسيمات أقل من 3 ميكرومتر عن طريق الطحن الكروي المباشر والتكليس. تتميز جميع المنتجات الناتجة ببنية فلوريت مكعبة. مع ارتفاع درجة حرارة التكليس، يقل حجم جسيمات المنتجات، ويصبح توزيع حجم الجسيمات أكثر تجانسًا، وتزداد درجة التبلور. ومع ذلك، أظهرت قدرة التلميع لثلاثة أنواع مختلفة من الزجاج قيمة قصوى بين 900 و1000 درجة مئوية. لذلك، يُعتقد أن معدل إزالة المواد من سطح الزجاج أثناء عملية التلميع يتأثر بشكل كبير بحجم الجسيمات ودرجة التبلور والنشاط السطحي لمسحوق التلميع.