Premesse e situazione generale
elementi delle terre rareNella tavola periodica, gli elementi del gruppo IIIB sono scandio, ittrio e lantanio. In totale sono 17. Le terre rare possiedono proprietà fisiche e chimiche uniche e sono ampiamente utilizzate nell'industria, nell'agricoltura e in altri settori. La purezza dei composti di terre rare determina direttamente le proprietà specifiche dei materiali. Diversi gradi di purezza dei materiali a base di terre rare consentono di produrre materiali ceramici, fluorescenti ed elettronici con diverse caratteristiche prestazionali. Attualmente, con lo sviluppo delle tecnologie di estrazione delle terre rare, i composti di terre rare ad alta purezza presentano buone prospettive di mercato e la produzione di materiali ad alte prestazioni richiede composti di terre rare ad alta purezza. Il cerio ha una vasta gamma di applicazioni e il suo effetto nella maggior parte dei casi è correlato alla purezza, alle proprietà fisiche e al contenuto di impurità. Nella distribuzione degli elementi delle terre rare, il cerio rappresenta circa il 50% delle risorse di terre rare leggere. Con la crescente applicazione del cerio ad alta purezza, il requisito di un indice di contenuto di non-terre rare per i composti di cerio è sempre più elevato.Ossido di cerioL'ossido di cerio è l'ossido di cerio, il cui numero CAS è 1306-38-3, la cui formula molecolare è CeO2 e il cui peso molecolare è 172,11. È l'ossido più stabile dell'elemento delle terre rare cerio. Si presenta come un solido giallo pallido a temperatura ambiente, che diventa più scuro con il riscaldamento. Grazie alle sue eccellenti prestazioni, l'ossido di cerio è ampiamente utilizzato in materiali luminescenti, catalizzatori, polveri lucidanti, schermature UV e altri ambiti. Negli ultimi anni, ha suscitato l'interesse di numerosi ricercatori. La preparazione e le prestazioni dell'ossido di cerio sono diventate un tema di ricerca di grande interesse.
Processo di produzione
Metodo 1: Mescolare a temperatura ambiente, aggiungere una soluzione di idrossido di sodio 5,0 mol/L a una soluzione di solfato di cerio 0,1 mol/L, regolare il valore del pH a un valore superiore a 10 e avviare la reazione di precipitazione. Il sedimento viene pompato, lavato più volte con acqua deionizzata e quindi essiccato in forno a 90℃ per 24 ore. Dopo macinazione e filtrazione (granulometria inferiore a 0,1 mm), si ottiene ossido di cerio che viene conservato in un luogo asciutto e sigillato. Metodo 2: Utilizzando cloruro di cerio o nitrato di cerio come materie prime, regolare il valore del pH a 2 con acqua ammoniacale, aggiungere ossalato per precipitare ossalato di cerio, dopo riscaldamento, stagionatura, separazione e lavaggio, essiccazione a 110℃, quindi calcinazione per ottenere ossido di cerio a 900 ~ 1000℃. L'ossido di cerio si può ottenere riscaldando una miscela di ossido di cerio e polvere di carbonio a 1250 °C in atmosfera di monossido di carbonio.
Applicazione
L'ossido di cerio è utilizzato come additivo nell'industria del vetro, nei materiali per la molatura del vetro piano e trova applicazione nella molatura del vetro, nelle lenti ottiche, nei cinescopi, nello sbiancamento, nella chiarificazione, nella protezione dai raggi ultravioletti e nell'assorbimento dei cavi elettronici, ecc. Viene anche utilizzato come antiriflesso per le lenti degli occhiali e, insieme al cerio, nella produzione del giallo cerio-titanio per conferire al vetro una colorazione giallo chiaro. Il fronte di ossidazione delle terre rare ha una certa influenza sulla cristallizzazione e sulle proprietà delle vetroceramiche nel sistema CaO-MgO-Al2O3-SiO2. I risultati della ricerca mostrano che l'aggiunta di un fronte di ossidazione appropriato è vantaggiosa per migliorare l'effetto di chiarificazione del vetro liquido, eliminare le bolle, rendere più compatta la struttura del vetro e migliorare le proprietà meccaniche e la resistenza agli alcali dei materiali. La quantità ottimale di ossido di cerio da aggiungere è 1,5, quando viene utilizzato negli smalti ceramici e nell'industria elettronica come penetrante ceramico piezoelettrico. Viene anche utilizzato nella produzione di catalizzatori ad alta attività, coperture per lampade a incandescenza a gas e schermi fluorescenti a raggi X (principalmente come agente lucidante per lenti). La polvere lucidante a base di cerio, un materiale a base di terre rare, è ampiamente utilizzata in fotocamere, obiettivi fotografici, tubi catodici per televisori, lenti e altro ancora. Trova impiego anche nell'industria del vetro. L'ossido di cerio e il biossido di titanio, utilizzati insieme, possono conferire al vetro una colorazione gialla. L'ossido di cerio per la decolorazione del vetro presenta i vantaggi di una stabilità elevata alle alte temperature, un prezzo contenuto e l'assenza di assorbimento della luce visibile. Inoltre, l'ossido di cerio viene aggiunto al vetro utilizzato nell'edilizia e nelle automobili per ridurre la trasmissione della luce ultravioletta. Nella produzione di materiali luminescenti a base di terre rare, l'ossido di cerio viene aggiunto come attivatore nei fosfori tricolore a base di terre rare utilizzati nelle lampade a risparmio energetico e nei fosfori impiegati in indicatori e rivelatori di radiazioni. L'ossido di cerio è anche una materia prima per la produzione di cerio metallico. Inoltre, trova ampio impiego nei materiali semiconduttori, nei pigmenti di alta qualità, nei fotosensibilizzatori per vetri e nei depuratori di gas di scarico per autoveicoli. Il catalizzatore per la depurazione dei gas di scarico è composto principalmente da un supporto ceramico (o metallico) a nido d'ape e da un rivestimento superficiale attivato. Il rivestimento attivato è costituito da un'ampia area di gamma-triossido, una quantità appropriata di ossidi che stabilizzano l'area superficiale e un metallo con attività catalitica disperso all'interno del rivestimento. Al fine di ridurre il costoso dosaggio di Pt e Rh, aumentare il dosaggio di Pd è relativamente economico, ridurre il costo del catalizzatore senza ridurre i catalizzatori per la purificazione dei gas di scarico delle automobili a parità di prestazioni, comunemente si utilizza il rivestimento catalitico ternario Pt-Pd-Rh attivato, solitamente con un metodo di immersione totale per aggiungere una certa quantità di ossido di cerio e ossido di lantanio, che costituisce un catalizzatore ternario di metalli preziosi con eccellente effetto catalitico a base di terre rare. L'ossido di lantanio e l'ossido di cerio sono stati utilizzati come ausiliari per migliorare le prestazioni dei catalizzatori a base di metalli nobili supportati su allumina. Secondo la ricerca, il meccanismo catalitico dell'ossido di cerio e dell'ossido di lantanio consiste principalmente nel migliorare l'attività catalitica del rivestimento attivo, regolare automaticamente il rapporto aria-combustibile e la catalisi, e migliorare la stabilità termica e la resistenza meccanica del supporto.