Ces dernières années, l'utilisation des réactifs lanthanides en synthèse organique a connu un développement fulgurant. Parmi eux, de nombreux réactifs lanthanides présentent une catalyse sélective remarquable dans la formation de liaisons carbone-carbone. Parallèlement, beaucoup d'autres possèdent d'excellentes propriétés dans les réactions d'oxydation et de réduction organiques, permettant la conversion de groupes fonctionnels. L'utilisation des terres rares en agriculture, fruit de plusieurs années de recherche menée par des scientifiques et des technologues chinois, constitue une avancée majeure et a été activement promue comme un levier important pour accroître la production agricole en Chine. Les carbonates de terres rares, facilement solubles dans les acides, forment les sels correspondants et du dioxyde de carbone, ce qui permet leur utilisation aisée dans la synthèse de divers sels et complexes de terres rares sans introduction d'impuretés anioniques. Par exemple, ils réagissent avec des acides forts tels que l'acide nitrique, l'acide chlorhydrique, l'acide perchlorique et l'acide sulfurique pour former des sels solubles dans l'eau. Ils réagissent également avec l'acide phosphorique et l'acide fluorhydrique pour se transformer en phosphates et fluorures de terres rares insolubles. Ces composés réagissent avec de nombreux acides organiques pour former des composés organométalliques de terres rares. Il peut s'agir de cations ou d'anions complexes solubles, ou encore de composés neutres moins solubles qui précipitent, selon la valeur de la solution. Par ailleurs, le carbonate de terre rare peut être décomposé en oxydes correspondants par calcination, lesquels peuvent être utilisés directement dans la préparation de nombreux nouveaux matériaux à base de terres rares. Actuellement, la production annuelle de carbonate de terre rare en Chine dépasse les 10 000 tonnes, soit plus d'un quart de la production totale de terres rares, ce qui témoigne du rôle crucial que joue la production et l'application industrielles du carbonate de terre rare dans le développement de l'industrie des terres rares.
Le carbonate de cérium est un composé inorganique de formule chimique C₃Ce₂O₉, de masse molaire 460 g/mol, de logP -7,40530, d'aire de surface spécifique (PSA) 198,80000, de point d'ébullition 333,6 °C à 760 mmHg et de point d'éclair 169,8 °C. Dans la production industrielle de terres rares, le carbonate de cérium est une matière première intermédiaire pour la préparation de divers produits à base de cérium, tels que différents sels de cérium et l'oxyde de cérium. Il possède de nombreuses applications et constitue un produit important parmi les terres rares légères. Le cristal de carbonate de cérium hydraté présente une structure de type lanthanite. Son observation au MEB révèle une morphologie lamellaire, les lamelles étant liées entre elles par de faibles interactions pour former une structure en forme de pétales. Cette structure étant lâche, elle se fragmente facilement sous l'effet de contraintes mécaniques. Le carbonate de cérium produit de manière conventionnelle dans l'industrie ne contient actuellement que 42 à 46 % de terres rares totales après séchage, ce qui limite l'efficacité de sa production.
Ce procédé, caractérisé par une faible consommation d'eau et une qualité stable, permet d'obtenir du carbonate de cérium sans séchage préalable, même par centrifugation. Sa teneur en terres rares atteint 72 à 74 %. Simple et réalisé en une seule étape, il permet de préparer un carbonate de cérium à haute teneur en terres rares. Le schéma technique est le suivant : une solution de cérium d'une concentration massique de CeO₂ de 240 à 90 g/L est chauffée entre 95 °C et 105 °C. Sous agitation constante, du bicarbonate d'ammonium est ajouté pour précipiter le carbonate de cérium. La quantité de bicarbonate d'ammonium est ajustée afin d'obtenir un pH final compris entre 6,3 et 6,5, et le débit d'ajout est adapté pour éviter tout débordement. La solution de cérium utilisée est au moins une solution aqueuse de chlorure de cérium, de sulfate de cérium ou de nitrate de cérium. L'équipe R&D d'UrbanMines Tech. Co., Ltd. adopte une nouvelle méthode de synthèse par ajout de bicarbonate d'ammonium solide ou de solution aqueuse de bicarbonate d'ammonium.
Le carbonate de cérium peut être utilisé pour préparer de l'oxyde de cérium, du dioxyde de cérium et d'autres nanomatériaux. Voici quelques exemples d'applications :
1. Verre violet antireflet absorbant fortement les rayons ultraviolets et la partie jaune de la lumière visible. Composé à partir d'un verre flotté silico-sodocalcique ordinaire, il contient les matières premières suivantes (en pourcentage massique) : silice (72 à 82 %), oxyde de sodium (6 à 15 %), oxyde de calcium (4 à 13 %), oxyde de magnésium (2 à 8 %), alumine (0 à 3 %), oxyde de fer (0,05 à 0,3 %), carbonate de cérium (0,1 à 3 %), carbonate de néodyme (0,4 à 1,2 %) et dioxyde de manganèse (0,5 à 3 %). Ce verre de 4 mm d'épaisseur présente une transmittance supérieure à 80 % pour la lumière visible, inférieure à 15 % pour les ultraviolets et inférieure à 15 % pour les longueurs d'onde comprises entre 568 et 590 nm.
2. Une peinture endothermique à économie d'énergie, caractérisée en ce qu'elle est formée par le mélange d'une charge et d'un matériau filmogène, la charge étant formée par le mélange des matières premières suivantes en parties en poids : 20 à 35 parties de dioxyde de silicium et 8 à 20 parties d'oxyde d'aluminium, 4 à 10 parties d'oxyde de titane, 4 à 10 parties de zircone, 1 à 5 parties d'oxyde de zinc, 1 à 5 parties d'oxyde de magnésium, 0,8 à 5 parties de carbure de silicium, 0,02 à 0,5 parties d'oxyde d'yttrium et 0,01 à 1,5 parties d'oxyde de chrome, 0,01 à 1,5 parties de kaolin, 0,01 à 1,5 parties de terres rares, 0,8 à 5 parties de noir de carbone, la taille des particules de chaque matière première étant de 1 à 5 μm ; Dans cette formulation, les terres rares comprennent 0,01 à 1,5 partie de carbonate de lanthane, 0,01 à 1,5 partie de carbonate de cérium, 1,5 partie de carbonate de praséodyme, 0,01 à 1,5 partie de carbonate de néodyme et 0,01 à 1,5 partie de nitrate de prométhium ; le matériau filmogène est un mélange de carbonate de potassium et de sodium, composé à parts égales de carbonate de potassium et de carbonate de sodium. Le rapport pondéral de mélange entre la charge et le matériau filmogène est de 2,5:7,5, 3,8:6,2 ou 4,8:5,2. Par ailleurs, un procédé de préparation de peinture endothermique à économie d'énergie est caractérisé par les étapes suivantes :
Étape 1, préparation de la charge : peser d'abord 20 à 35 parties de silice, 8 à 20 parties d'alumine, 4 à 10 parties d'oxyde de titane, 4 à 10 parties de zircone et 1 à 5 parties d'oxyde de zinc en poids, 1 à 5 parties d'oxyde de magnésium, 0,8 à 5 parties de carbure de silicium, 0,02 à 0,5 partie d'oxyde d'yttrium, 0,01 à 1,5 partie de trioxyde de chrome, 0,01 à 1,5 partie de kaolin, 0,01 à 1,5 partie de terres rares et 0,8 à 5 parties de noir de carbone, puis mélanger uniformément dans un mélangeur pour obtenir une charge ; dans lequel le matériau de terres rares comprend 0,01 à 1,5 parties de carbonate de lanthane, 0,01 à 1,5 parties de carbonate de cérium, 0,01 à 1,5 parties de carbonate de praséodyme, 0,01 à 1,5 parties de carbonate de néodyme et 0,01 à 1,5 parties de nitrate de prométhium ;
Étape 2, préparation du matériau filmogène : le matériau filmogène est le carbonate de sodium et de potassium ; peser d’abord le carbonate de potassium et le carbonate de sodium respectivement, puis les mélanger uniformément pour obtenir le matériau filmogène ; le carbonate de sodium et de potassium est obtenu en mélangeant des quantités égales de carbonate de potassium et de carbonate de sodium.
Étape 3, le rapport de mélange de charge et de matériau de film en poids est de 2,5 : 7,5, 3,8 : 6,2 ou 4,8 : 5,2, et le mélange est mélangé et dispersé uniformément pour obtenir un mélange ;
À l'étape 4, le mélange est broyé à billes pendant 6 à 8 heures, puis le produit fini est obtenu en passant à travers un tamis, et la maille du tamis est de 1 à 5 μm.
3. Préparation d'oxyde de cérium ultrafin : À partir de carbonate de cérium hydraté, un oxyde de cérium ultrafin, d'une taille médiane de particules inférieure à 3 µm, a été préparé par broyage à billes direct et calcination. Les produits obtenus présentent tous une structure cubique de type fluorine. L'augmentation de la température de calcination entraîne une diminution de la taille des particules, un resserrement de leur distribution et une augmentation de la cristallinité. Cependant, le pouvoir de polissage de trois verres différents atteint sa valeur maximale entre 900 °C et 1 000 °C. Il apparaît donc que le taux d'élimination des substances présentes à la surface du verre lors du polissage est fortement influencé par la taille des particules, la cristallinité et l'activité de surface de la poudre à polir.