In den letzten Jahren hat die Anwendung von Lanthanidreagenzien in der organischen Synthese rasante Fortschritte gemacht. Viele dieser Reagenzien weisen eine ausgeprägte selektive Katalyse bei der Bildung von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen auf und eignen sich zudem hervorragend für organische Oxidations- und Reduktionsreaktionen zur Umwandlung funktioneller Gruppen. Die landwirtschaftliche Nutzung von Seltenen Erden ist ein wissenschaftliches Forschungsergebnis mit chinesischem Charakter, das durch jahrelange harte Arbeit chinesischer Wissenschaftler und Techniker erzielt wurde und als wichtige Maßnahme zur Steigerung der landwirtschaftlichen Produktion in China intensiv gefördert wird. Seltene Erdencarbonate sind in Säuren leicht löslich und bilden die entsprechenden Salze und Kohlendioxid. Sie eignen sich daher für die Synthese verschiedener Seltenerdsalze und -komplexe, ohne dass anionische Verunreinigungen entstehen. Beispielsweise reagieren sie mit starken Säuren wie Salpetersäure, Salzsäure, Perchlorsäure und Schwefelsäure zu wasserlöslichen Salzen. Seltenerdcarbonate reagieren mit Phosphorsäure und Fluorwasserstoffsäure zu unlöslichen Seltenerdphosphaten und -fluoriden. Mit vielen organischen Säuren bilden sie entsprechende organische Seltenerdverbindungen. Je nach Lösungskonzentration können diese als lösliche komplexe Kationen oder Anionen vorliegen oder als schwerlösliche neutrale Verbindungen ausfallen. Andererseits lassen sich Seltenerdcarbonate durch Kalzinierung in die entsprechenden Oxide zersetzen, die direkt zur Herstellung vieler neuer Seltenerdmaterialien verwendet werden können. Derzeit beträgt die jährliche Produktion von Seltenerdcarbonaten in China über 10.000 Tonnen und macht damit mehr als ein Viertel der gesamten Seltenerdproduktion aus. Dies unterstreicht die bedeutende Rolle der industriellen Produktion und Anwendung von Seltenerdcarbonaten für die Entwicklung der Seltenerdindustrie.
Cercarbonat ist eine anorganische Verbindung mit der chemischen Formel C₃Ce₂O₉, einer molaren Masse von 460 g/mol, einem logP-Wert von -7,40530, einer spezifischen Oberfläche (PSA) von 198,80000, einem Siedepunkt von 333,6 °C bei 760 mmHg und einem Flammpunkt von 169,8 °C. In der industriellen Seltenerdmetallproduktion dient Cercarbonat als Zwischenprodukt für die Herstellung verschiedener Cerprodukte wie Cersalze und Ceroxid. Es findet breite Anwendung und ist ein wichtiges Leichtseltester-Produkt. Hydratisierte Cercarbonatkristalle weisen eine Lanthanit-Struktur auf. Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen zeigen, dass die Grundform der Kristalle plättchenartig ist. Die Plättchen sind durch schwache Wechselwirkungen zu einer blütenblattartigen Struktur verbunden. Aufgrund dieser lockeren Struktur zerfällt das Kristall unter mechanischer Einwirkung leicht in kleine Fragmente. Das in der Industrie konventionell hergestellte Cercarbonat enthält nach dem Trocknen nur noch 42-46 % der gesamten Seltenen Erden, was die Produktionseffizienz von Cercarbonat einschränkt.
Ein Verfahren mit geringem Wasserverbrauch und stabiler Qualität ermöglicht die Herstellung von Cercarbonat, das weder getrocknet noch nach der Zentrifugation getrocknet werden muss. Der Gesamtgehalt an Seltenen Erden kann 72–74 % erreichen. Das Verfahren ist einfach und einstufig. Dabei wird eine Cer-Zulauflösung mit einer Massenkonzentration von CeO₂ 40–90 g/L auf 95–105 °C erhitzt. Unter ständigem Rühren wird Ammoniumhydrogencarbonat zugegeben, um das Cercarbonat auszufällen. Die Menge an Ammoniumhydrogencarbonat wird so eingestellt, dass der pH-Wert der Ausgangslösung 6,3–6,5 beträgt. Die Zugabegeschwindigkeit ist so gewählt, dass die Ausgangslösung nicht überläuft. Die Cer-Zulauflösung besteht mindestens aus einer wässrigen Lösung von Cerchlorid, Cersulfat oder Cernitrat. Das Forschungs- und Entwicklungsteam von UrbanMines Tech. Co., Ltd. verwendet ein neues Syntheseverfahren durch Zugabe von festem Ammoniumbicarbonat oder wässriger Ammoniumbicarbonatlösung.
Cercarbonat kann zur Herstellung von Ceroxid, Cerdioxid und anderen Nanomaterialien verwendet werden. Anwendungen und Beispiele sind im Folgenden aufgeführt:
1. Ein entspiegeltes violettes Glas, das ultraviolette Strahlen und den gelben Anteil des sichtbaren Lichts stark absorbiert. Basierend auf der Zusammensetzung von gewöhnlichem Natronkalk-Silikat-Floatglas enthält es folgende Rohstoffe in Gewichtsprozent: Siliciumdioxid 72–82 %, Natriumoxid 6–15 %, Calciumoxid 4–13 %, Magnesiumoxid 2–8 %, Aluminiumoxid 0–3 %, Eisenoxid 0,05–0,3 %, Cercarbonat 0,1–3 %, Neodymcarbonat 0,4–1,2 % und Mangandioxid 0,5–3 %. Das 4 mm dicke Glas weist eine Lichtdurchlässigkeit im sichtbaren Bereich von über 80 %, eine UV-Lichtdurchlässigkeit von unter 15 % und eine Lichtdurchlässigkeit im Wellenlängenbereich von 568–590 nm von unter 15 % auf.
2. Eine endotherme, energiesparende Farbe, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch Mischen eines Füllstoffs und eines filmbildenden Materials hergestellt wird, wobei der Füllstoff durch Mischen der folgenden Rohstoffe in Gewichtsteilen hergestellt wird: 20 bis 35 Teile Siliciumdioxid und 8 bis 20 Teile Aluminiumoxid, 4 bis 10 Teile Titandioxid, 4 bis 10 Teile Zirkoniumdioxid, 1 bis 5 Teile Zinkoxid, 1 bis 5 Teile Magnesiumoxid, 0,8 bis 5 Teile Siliciumcarbid, 0,02 bis 0,5 Teile Yttriumoxid und 0,01 bis 1,5 Teile Chromoxid, 0,01 bis 1,5 Teile Kaolin, 0,01 bis 1,5 Teile Seltenerdmaterialien, 0,8 bis 5 Teile Ruß, wobei die Partikelgröße jedes Rohstoffs 1 bis 5 μm beträgt; wobei die Seltenerdmaterialien 0,01–1,5 Teile Lanthancarbonat, 0,01–1,5 Teile Cercarbonat, 1,5 Teile Praseodymcarbonat, 0,01–1,5 Teile Neodymcarbonat und 0,01–1,5 Teile Promethiumnitrat umfassen; das filmbildende Material ist Kaliumnatriumcarbonat; das Kaliumnatriumcarbonat wird mit gleichen Gewichtsanteilen von Kaliumcarbonat und Natriumcarbonat gemischt. Das Gewichtsmischungsverhältnis von Füllstoff und filmbildendem Material beträgt 2,5:7,5, 3,8:6,2 oder 4,8:5,2. Ferner ist ein Herstellungsverfahren für endotherme, energiesparende Farbe dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst:
Schritt 1, die Herstellung des Füllstoffs: Zuerst werden 20-35 Gewichtsteile Siliciumdioxid, 8-20 Gewichtsteile Aluminiumoxid, 4-10 Gewichtsteile Titandioxid, 4-10 Gewichtsteile Zirkoniumdioxid und 1-5 Gewichtsteile Zinkoxid, 1 bis 5 Gewichtsteile Magnesiumoxid, 0,8 bis 5 Gewichtsteile Siliciumcarbid, 0,02 bis 0,5 Gewichtsteile Yttriumoxid, 0,01 bis 1,5 Gewichtsteile Chromtrioxid, 0,01 bis 1,5 Gewichtsteile Kaolin, 0,01 bis 1,5 Gewichtsteile Seltenerdmaterialien und 0,8 bis 5 Gewichtsteile Ruß abgewogen und anschließend in einem Mischer gleichmäßig vermischt, um einen Füllstoff zu erhalten. wobei das Seltenerdmaterial 0,01 bis 1,5 Teile Lanthancarbonat, 0,01 bis 1,5 Teile Cercarbonat, 0,01 bis 1,5 Teile Praseodymcarbonat, 0,01 bis 1,5 Teile Neodymcarbonat und 0,01 bis 1,5 Teile Promethiumnitrat umfasst;
Schritt 2, die Herstellung des filmbildenden Materials, das filmbildende Material ist Natriumkaliumcarbonat; zuerst werden Kaliumcarbonat und Natriumcarbonat jeweils nach Gewicht abgewogen und dann gleichmäßig vermischt, um das filmbildende Material zu erhalten; das Natriumkaliumcarbonat ist das gleiche Gewicht von Kaliumcarbonat und Natriumcarbonat, das gemischt wird;
Schritt 3, das Mischungsverhältnis von Füllstoff und Filmmaterial nach Gewicht beträgt 2,5:7,5, 3,8:6,2 oder 4,8:5,2, und die Mischung wird gleichmäßig vermischt und dispergiert, um eine Mischung zu erhalten;
Im vierten Schritt wird die Mischung 6-8 Stunden lang in einer Kugelmühle gemahlen. Das fertige Produkt wird anschließend durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 1-5 μm gewonnen.
3. Herstellung von ultrafeinem Ceroxid: Ausgehend von hydratisiertem Cercarbonat als Vorläufer wurde durch direktes Kugelmahlen und anschließende Kalzinierung ultrafeines Ceroxid mit einer mittleren Partikelgröße von unter 3 μm hergestellt. Die erhaltenen Produkte weisen alle eine kubische Fluoritstruktur auf. Mit steigender Kalzinierungstemperatur verringert sich die Partikelgröße, die Partikelgrößenverteilung wird enger und die Kristallinität nimmt zu. Die Polierleistung von drei verschiedenen Glassorten erreichte jedoch ein Maximum zwischen 900 °C und 1000 °C. Daher wird angenommen, dass die Abtragsrate von Glasoberflächensubstanzen während des Polierprozesses maßgeblich von der Partikelgröße, der Kristallinität und der Oberflächenaktivität des Polierpulvers beeinflusst wird.