Pozadina i opšta situacija
Rijetki zemni elementisu podna ploča IIIB skandija, itrija i lantana u periodnom sistemu. Postoji 17 elemenata. Rijetke zemlje imaju jedinstvena fizička i hemijska svojstva i široko se koriste u industriji, poljoprivredi i drugim oblastima. Čistoća rijetkih zemalja direktno određuje posebna svojstva materijala. Različita čistoća rijetkih zemalja može proizvesti keramičke materijale, fluorescentne materijale i elektronske materijale sa različitim zahtjevima za performansama. Trenutno, razvojem tehnologije ekstrakcije rijetkih zemalja, čista rijetka zemlja predstavlja dobru tržišnu perspektivu, a priprema visokoučinkovitih rijetkih zemalja postavlja veće zahtjeve za čista rijetka zemlja. Cerijumovo jedinjenje ima širok spektar upotrebe, a njegov učinak u većini primjena povezan je s njegovom čistoćom, fizičkim svojstvima i sadržajem nečistoća. U distribuciji rijetkih zemalja, cerijum čini oko 50% resursa lakih rijetkih zemalja. Sa sve većom primjenom cerija visoke čistoće, zahtjev za indeksom sadržaja nerijetkih zemalja za cerijumova jedinjenja je sve veći i veći.Cerijum oksidje cerijum oksid, CAS broj je 1306-38-3, molekularna formula je CeO2, molekularna težina: 172,11; Cerijum oksid je najstabilniji oksid rijetkog zemnog elementa cerija. Na sobnoj temperaturi je blijedožuta čvrsta supstanca, a zagrijavanjem postaje tamniji. Cerijum oksid se zbog svojih odličnih performansi široko koristi u luminiscentnim materijalima, katalizatorima, prašku za poliranje, UV zaštiti i drugim aspektima. Posljednjih godina pobudio je interes mnogih istraživača. Priprema i performanse cerijum oksida postale su istraživačka žarišna tačka posljednjih godina.
Proizvodni proces
Metoda 1: Miješati na sobnoj temperaturi, dodati rastvor natrijum hidroksida od 5,0 mol/L u rastvor cerijum sulfata od 0,1 mol/L, podesiti pH vrijednost da bude veća od 10 i odvija se reakcija taloženja. Sediment je ispumpan, ispran nekoliko puta deionizovanom vodom, a zatim sušen u pećnici na 90℃ tokom 24 sata. Nakon mljevenja i filtriranja (veličina čestica manja od 0,1 mm), dobija se cerijum oksid i čuva na suvom mjestu radi zatvorenog skladištenja. Metoda 2: Uzimanje cerijum hlorida ili cerijum nitrata kao sirovina, podešavanje pH vrijednosti na 2 amonijačnom vodom, dodavanje oksalata za taloženje cerijum oksalata, nakon zagrijavanja, sušenja, odvajanja i pranja, sušenja na 110℃, a zatim spaljivanja do cerijum oksida na 900 ~ 1000℃. Cerijum oksid se može dobiti zagrijavanjem smjese cerijum oksida i ugljeničnog praha na 1250℃ u atmosferi ugljen-monoksida.
Aplikacija
Cerijum oksid se koristi kao aditivi u industriji stakla, materijali za brušenje pločastog stakla, a proširena je i na brušenje stakla, optička sočiva, kineskope, izbjeljivanje, bistrenje, ultraljubičasto zračenje stakla i apsorpciju elektronskih žica i tako dalje. Također se koristi kao antireflektor za sočiva za naočale, a cerijum se koristi za postizanje žute boje cerijum-titanijuma kako bi staklo postalo svijetložuto. Oksidacijski front rijetkih zemalja ima određeni utjecaj na kristalizaciju i svojstva staklene keramike u sistemu CaO-MgO-Al2O3-SiO2. Rezultati istraživanja pokazuju da je dodavanje odgovarajućeg oksidacijskog fronta korisno za poboljšanje efekta bistrenja staklene tekućine, uklanjanje mjehurića, zgušnjavanje strukture stakla i poboljšanje mehaničkih svojstava i otpornosti materijala na alkalije. Optimalna količina dodanog cerijum oksida je 1,5, kada se koristi u keramičkoj glazuri i elektronskoj industriji kao piezoelektrični keramički penetrant. Također se koristi u proizvodnji visokoaktivnog katalizatora, poklopaca za žarulje plinskih lampi, fluorescentnih ekrana za rendgenske zrake (uglavnom se koristi kao sredstvo za poliranje sočiva). Prašak za poliranje rijetkih zemalja cerijuma se široko koristi u kamerama, objektivima kamera, TV cijevima, sočivima i tako dalje. Može se koristiti i u staklarskoj industriji. Cerijum oksid i titanijum dioksid mogu se koristiti zajedno da bi staklo postalo žuto. Cerijum oksid za uklanjanje boje stakla ima prednosti stabilnih performansi na visokim temperaturama, niske cijene i bez apsorpcije vidljive svjetlosti. Osim toga, cerijum oksid se dodaje staklu koje se koristi u zgradama i automobilima kako bi se smanjila propusnost ultraljubičastog svjetla. Za proizvodnju luminiscentnih materijala od rijetkih zemalja, cerijum oksid se dodaje kao aktivator u trobojnim fosforima od rijetkih zemalja koji se koriste u luminiscentnim materijalima energetski štedljivih lampi i fosforima koji se koriste u indikatorima i detektorima zračenja. Cerijum oksid je također sirovina za pripremu metalnog cerijuma. Osim toga, u poluprovodničkim materijalima, visokokvalitetnim pigmentima i fotosenzibilizatorima za staklo, široko se koristi pročišćivač ispušnih plinova automobila. Katalizator za pročišćavanje ispušnih plinova automobila uglavnom se sastoji od keramičkog (ili metalnog) nosača u obliku saća i površinski aktiviranog premaza. Aktivirani premaz sastoji se od velike površine gama-trioksida, odgovarajuće količine oksida koji stabiliziraju površinu i metala s katalitičkim djelovanjem dispergiranog unutar premaza. Kako bi se smanjila skupa doza Pt i Rh, povećanje doze Pd je relativno jeftino, smanjujući troškove katalizatora bez smanjenja performansi katalizatora za prečišćavanje automobilskih ispušnih plinova pod pretpostavkom različitih performansi, obično se koristi Pt i Pd. Aktivacija Rh ternarnog katalitičkog premaza, obično metodom potpunog uranjanja za dodavanje određene količine cerijum oksida i lantan oksida, predstavlja rijetki zemni katalitički učinak s izvrsnim učinkom. Ternarni katalizator od plemenitih metala. Lantan oksid i cerijum oksid korišteni su kao pomoćna sredstva za poboljšanje performansi katalizatora od plemenitih metala na nosaču ¦ A-alumine. Prema istraživanju, katalitički mehanizam cerijum oksida i lantan oksida uglavnom se sastoji u poboljšanju katalitičke aktivnosti aktivnog premaza, automatskom podešavanju odnosa zraka i goriva i katalize, te poboljšanju termičke stabilnosti i mehaničke čvrstoće nosača.