Նախապատմություն և ընդհանուր իրավիճակ
Հազվագյուտ հողային տարրերՊարբերական աղյուսակում IIIB սկանդիումի, իտրիումի և լանթանի հատակածածկույթն է։ Կան l7 տարրեր։ Հազվագյուտ հողային տարրերն ունեն եզակի ֆիզիկական և քիմիական հատկություններ և լայնորեն օգտագործվել են արդյունաբերության, գյուղատնտեսության և այլ ոլորտներում։ Հազվագյուտ հողային միացությունների մաքրությունն ուղղակիորեն որոշում է նյութերի հատուկ հատկությունները։ Հազվագյուտ հողային նյութերի տարբեր մաքրությունները կարող են արտադրել կերամիկական նյութեր, լյումինեսցենտ նյութեր և էլեկտրոնային նյութեր՝ տարբեր կատարողական պահանջներով։ Ներկայումս, հազվագյուտ հողային տարրերի արդյունահանման տեխնոլոգիայի զարգացման հետ մեկտեղ, մաքուր հազվագյուտ հողային միացությունները ներկայացնում են լավ շուկայական հեռանկարներ, և բարձր արդյունավետությամբ հազվագյուտ հողային նյութերի պատրաստումը առաջ է քաշում մաքուր հազվագյուտ հողային միացությունների ավելի բարձր պահանջներ։ Ցերիումի միացությունն ունի լայն կիրառություն, և դրա ազդեցությունը կիրառությունների մեծ մասում կապված է դրա մաքրության, ֆիզիկական հատկությունների և խառնուրդների պարունակության հետ։ Հազվագյուտ հողային տարրերի բաշխման մեջ ցերիումը կազմում է թեթև հազվագյուտ հողային պաշարների մոտ 50%-ը։ Բարձր մաքրության ցերիումի կիրառման աճին զուգընթաց, ցերիումի միացությունների համար ոչ հազվագյուտ հողային պարունակության ինդեքսի պահանջը գնալով բարձրանում է։Ցերիումի օքսիդՑերիումի օքսիդ է, CAS համարը՝ 1306-38-3, մոլեկուլային բանաձևը՝ CeO2, մոլեկուլային քաշը՝ 172.11։ Ցերիումի օքսիդը հազվագյուտ հողային տարր ցերիումի ամենակայուն օքսիդն է։ Այն սենյակային ջերմաստիճանում բաց դեղին պինդ նյութ է և տաքացնելիս մգանում է։ Ցերիումի օքսիդը լայնորեն օգտագործվում է լուսարձակող նյութերում, կատալիզատորներում, փայլեցնող փոշու մեջ, ուլտրամանուշակագույն ճառագայթներից պաշտպանող և այլ ասպեկտներում՝ իր գերազանց կատարողականության շնորհիվ։ Վերջին տարիներին այն հետաքրքրություն է առաջացրել բազմաթիվ հետազոտողների մոտ։ Ցերիումի օքսիդի պատրաստումը և կիրառումը վերջին տարիներին դարձել են հետազոտական կենտրոն։
Արտադրական գործընթաց
Մեթոդ 1. Խառնել սենյակային ջերմաստիճանում, ավելացնել 5.0 մոլ/լ նատրիումի հիդրօքսիդի լուծույթ 0.1 մոլ/լ ցերիումի սուլֆատի լուծույթին, կարգավորել pH-ի արժեքը 10-ից բարձր, և տեղի է ունեցել նստվածքի ռեակցիան: Նստվածքը մղվել է պոմպով, մի քանի անգամ լվացվել ապաիոնացված ջրով, ապա չորացվել 90°C ջեռոցում 24 ժամ: Մանրացնելուց և զտելուց հետո (մասնիկների չափը 0.1 մմ-ից պակաս է), ստացվել է ցերիումի օքսիդ և տեղադրվել չոր տեղում՝ փակ պահեստավորման համար: Մեթոդ 2. Որպես հումք վերցնել ցերիումի քլորիդը կամ ցերիումի նիտրատը, pH-ի արժեքը կարգավորել 2-ի ամոնիակային ջրով, ավելացնել օքսալատ՝ ցերիումի օքսալատը նստեցնելու համար, տաքացնելուց, չորացնելուց, բաժանելուց և լվանալուց հետո, չորացնելուց 110°C-ում, ապա այրել մինչև ցերիումի օքսիդ 900-1000°C ջերմաստիճանում: Ցերիումի օքսիդը կարելի է ստանալ ցերիումի օքսիդի և ածխածնի փոշու խառնուրդը 1250°C-ում տաքացնելով ածխածնի մոնօքսիդի մթնոլորտում:
Դիմում
Ցերիումի օքսիդը օգտագործվում է ապակու արդյունաբերության, ապակու հղկող նյութերի հավելումների համար և ընդլայնվել է ապակու հղկող նյութերի, օպտիկական ոսպնյակների, կինեսկոպի, սպիտակեցման, մաքրման, ապակու ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման և էլեկտրոնային մետաղալարերի կլանման համար և այլն: Այն նաև օգտագործվում է որպես հակաանդրադարձնող միջոց ակնոցի ոսպնյակների համար, իսկ ցերիումն օգտագործվում է ցերիում-տիտանի դեղին գույն ստանալու համար՝ ապակին բաց դեղին դարձնելու համար: Հազվագյուտ հողային օքսիդացման ճակատը որոշակի ազդեցություն ունի ապակե-կերամիկայի բյուրեղացման և հատկությունների վրա CaO-MgO-AI2O3-SiO2 համակարգում: Հետազոտությունների արդյունքները ցույց են տալիս, որ համապատասխան օքսիդացման ճակատի ավելացումը օգտակար է ապակե հեղուկի մաքրման ազդեցությունը բարելավելու, փուչիկները վերացնելու, ապակե կառուցվածքը կոմպակտ դարձնելու և նյութերի մեխանիկական հատկությունները և ալկալիների նկատմամբ դիմադրությունը բարելավելու համար: Ցերիումի օքսիդի օպտիմալ ավելացման քանակը 1.5 է, երբ այն օգտագործվում է կերամիկական փայլեցման և էլեկտրոնային արդյունաբերության մեջ որպես պիեզոէլեկտրական կերամիկական թափանցող նյութ: Այն նաև օգտագործվում է բարձր ակտիվության կատալիզատորների, գազային լամպերի շիկացման ծածկույթների, ռենտգենյան ֆլուորեսցենտ էկրանների արտադրության մեջ (հիմնականում օգտագործվում է ոսպնյակների հղկման միջոց): Հազվագյուտ հողային ցերիումի փայլեցնող փոշին լայնորեն օգտագործվում է տեսախցիկներում, տեսախցիկի օբյեկտիվներում, հեռուստացույցի պատկերի խողովակներում, օբյեկտիվներում և այլն: Այն կարող է օգտագործվել նաև ապակու արդյունաբերության մեջ: Ցերիումի օքսիդը և տիտանի երկօքսիդը կարող են օգտագործվել միասին՝ ապակին դեղին դարձնելու համար: Ցերիումի օքսիդը ապակու գունաթափման համար ունի բարձր ջերմաստիճանում կայուն աշխատանքի, ցածր գնի և տեսանելի լույսի կլանման բացակայության առավելությունները: Բացի այդ, ցերիումի օքսիդը ավելացվում է շենքերում և մեքենաներում օգտագործվող ապակու՝ ուլտրամանուշակագույն լույսի թափանցելիությունը նվազեցնելու համար: Հազվագյուտ հողային լյումինեսցենտային նյութերի արտադրության համար ցերիումի օքսիդը ավելացվում է որպես ակտիվատոր էներգախնայող լամպերի լյումինեսցենտային նյութերում օգտագործվող հազվագյուտ հողային եռագույն ֆոսֆորներին և ինդիկատորներում և ճառագայթման դետեկտորներում օգտագործվող ֆոսֆորներին: Ցերիումի օքսիդը նաև հումք է մետաղական ցերիումի պատրաստման համար: Բացի այդ, կիսահաղորդչային նյութերում, բարձրորակ գունանյութերում և լուսազգայուն ապակու զգայունացնողումներում, ավտոմեքենաների արտանետումների մաքրող միջոցներում լայնորեն օգտագործվել են: Ավտոմեքենաների արտանետումների մաքրման կատալիզատորը հիմնականում բաղկացած է մեղրամոմային կերամիկական (կամ մետաղական) կրիչից և մակերեսային ակտիվացված ծածկույթից: Ակտիվացված ծածկույթը բաղկացած է գամմա-եռօքսիդի մեծ մակերեսից, մակերեսը կայունացնող համապատասխան քանակությամբ օքսիդներից և ծածկույթի մեջ ցրված կատալիտիկ ակտիվությամբ մետաղից: Pt-ի թանկարժեք Rh դեղաչափը նվազեցնելու համար Pd-ի դեղաչափը բարձրացնելը համեմատաբար էժան է, նվազեցնում է կատալիզատորի արժեքը՝ առանց ավտոմեքենաների արտանետումների մաքրման կատալիզատորների քանակը նվազեցնելու: Տարբեր արդյունավետության պայմաններում լայնորեն օգտագործվում է Pt: Pd: Rh եռակի կատալիզատորային ծածկույթի ակտիվացումը, որը սովորաբար կատարվում է լրիվ ընկղմման մեթոդով՝ որոշակի քանակությամբ ցերիումի օքսիդ և լանթանի օքսիդ ավելացնելու համար, ապահովում է հազվագյուտ մետաղների եռակի կատալիզատորային ազդեցություն, որը գերազանց է: Թանկարժեք մետաղների եռակի կատալիզատոր: Լանթանի օքսիդը և ցերիումի օքսիդը օգտագործվել են որպես օժանդակ նյութեր՝ A-ալյումինի հիմքով ազնիվ մետաղների կատալիզատորների աշխատանքը բարելավելու համար: Հետազոտությունների համաձայն, ցերիումի օքսիդի և լանթանի օքսիդի կատալիտիկ մեխանիզմը հիմնականում ակտիվ ծածկույթի կատալիտիկ ակտիվության բարելավումն է, օդ-վառելիք հարաբերակցության և կատալիզացիայի ավտոմատ կարգավորումը, ինչպես նաև կրիչի ջերմային կայունության և մեխանիկական ամրության բարելավումը: