ფონი და ზოგადი სიტუაცია
იშვიათმიწა ელემენტებიპერიოდულ ცხრილში IIIB სკანდიუმის, იტრიუმის და ლანთანის იატაკია. 17 ელემენტია. იშვიათმიწა ლითონებს აქვთ უნიკალური ფიზიკური და ქიმიური თვისებები და ფართოდ გამოიყენება მრეწველობაში, სოფლის მეურნეობასა და სხვა სფეროებში. იშვიათმიწა ლითონების სისუფთავე პირდაპირ განსაზღვრავს მასალების განსაკუთრებულ თვისებებს. იშვიათმიწა ლითონების სხვადასხვა სისუფთავით შესაძლებელია კერამიკული მასალების, ფლუორესცენტური მასალების და ელექტრონული მასალების წარმოება სხვადასხვა შესრულების მოთხოვნებით. ამჟამად, იშვიათმიწა ლითონების მოპოვების ტექნოლოგიის განვითარებით, სუფთა იშვიათმიწა ლითონების ნაერთები კარგ საბაზრო პერსპექტივას წარმოადგენს და მაღალი ხარისხის იშვიათმიწა ლითონების მომზადება სუფთა იშვიათმიწა ლითონების ნაერთების მაღალ მოთხოვნებს აყენებს. ცერიუმის ნაერთს გამოყენების ფართო სპექტრი აქვს და მისი გავლენა უმეტეს გამოყენებაში დაკავშირებულია მის სისუფთავესთან, ფიზიკურ თვისებებთან და მინარევების შემცველობასთან. იშვიათმიწა ლითონების განაწილებაში, ცერიუმი მსუბუქი იშვიათმიწა ლითონების რესურსების დაახლოებით 50%-ს შეადგენს. მაღალი სისუფთავის ცერიუმის გამოყენების ზრდასთან ერთად, ცერიუმის ნაერთებისთვის არაიშვიათმიწა ლითონების შემცველობის ინდექსის მოთხოვნა სულ უფრო და უფრო იზრდება.ცერიუმის ოქსიდიარის ცერიუმის ოქსიდი, CAS ნომერია 1306-38-3, მოლეკულური ფორმულაა CeO2, მოლეკულური წონა: 172.11; ცერიუმის ოქსიდი იშვიათმიწა ელემენტის ცერიუმის ყველაზე სტაბილური ოქსიდია. ოთახის ტემპერატურაზე ის ღია ყვითელი მყარია და გაცხელებისას მუქდება. ცერიუმის ოქსიდი ფართოდ გამოიყენება ლუმინესცენტურ მასალებში, კატალიზატორებში, გასაპრიალებელ ფხვნილში, ულტრაიისფერი დამცავ და სხვა ასპექტებში, მისი შესანიშნავი მახასიათებლების გამო. ბოლო წლებში მან მრავალი მკვლევრის ინტერესი გამოიწვია. ცერიუმის ოქსიდის მომზადება და გამოყენება ბოლო წლებში კვლევის ცენტრად იქცა.
წარმოების პროცესი
მეთოდი 1: ოთახის ტემპერატურაზე მოურიეთ, ცერიუმის სულფატის 0.1 მოლ/ლ ხსნარს დაუმატეთ 5.0 მოლ/ლ ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარი, pH მნიშვნელობა 10-ზე მეტი გახადეთ და დაიწყება დალექვის რეაქცია. ნალექი ამოტუმბეს, რამდენჯერმე გარეცხეს დეიონიზებული წყლით და შემდეგ 24 საათის განმავლობაში გააშრეს 90°C ტემპერატურაზე გახურებულ ღუმელში. დაფქვისა და ფილტრაციის შემდეგ (ნაწილაკების ზომა 0.1 მმ-ზე ნაკლებია), მიიღება ცერიუმის ოქსიდი და ინახება მშრალ ადგილას ჰერმეტულად შესანახად. მეთოდი 2: ნედლეულად აღებულია ცერიუმის ქლორიდი ან ცერიუმის ნიტრატი, pH მნიშვნელობა ამიაკის წყლით 2-მდე რეგულირება, ცერიუმის ოქსალატის დასალექად ოქსალატის დამატება, გაცხელების, გამყარების, გამოყოფისა და გარეცხვის შემდეგ, გაშრობა 110°C-ზე, შემდეგ კი ცერიუმის ოქსიდამდე დაწვა 900-1000°C ტემპერატურაზე. ცერიუმის ოქსიდის მიღება შესაძლებელია ცერიუმის ოქსიდისა და ნახშირბადის ფხვნილის ნარევის 1250°C ტემპერატურაზე გაცხელებით ნახშირბადის მონოქსიდის ატმოსფეროში.
აპლიკაცია
ცერიუმის ოქსიდი გამოიყენება მინის ინდუსტრიის დანამატებად, ფირფიტისებრი მინის დასაფქვავ მასალებში და გაფართოვდა მინის დასაფქვავ მინაში, ოპტიკურ ლინზებში, კინესკოპში, გათეთრებაში, გასუფთავებაში, ულტრაიისფერი გამოსხივების მინის და ელექტრონული მავთულის შთანთქმის და ა.შ. იგი ასევე გამოიყენება სათვალის ლინზების ანტირეფლექტორად, ხოლო ცერიუმი გამოიყენება ცერიუმ-ტიტანის ყვითელი ფერის მისაცემად, რათა მინა ღია ყვითელი გახდეს. იშვიათმიწა ნივთიერებების დაჟანგვის ფრონტი გარკვეულ გავლენას ახდენს მინის კერამიკის კრისტალიზაციასა და თვისებებზე CaO-MgO-AI2O3-SiO2 სისტემაში. კვლევის შედეგები აჩვენებს, რომ შესაბამისი დაჟანგვის ფრონტის დამატება სასარგებლოა მინის სითხის გასუფთავების ეფექტის გასაუმჯობესებლად, ბუშტების აღმოსაფხვრელად, მინის სტრუქტურის კომპაქტურობისთვის და მასალების მექანიკური თვისებებისა და ტუტეებისადმი მდგრადობის გასაუმჯობესებლად. ცერიუმის ოქსიდის ოპტიმალური დამატების რაოდენობაა 1.5, როდესაც ის გამოიყენება კერამიკულ მინანქარსა და ელექტრონულ ინდუსტრიაში, როგორც პიეზოელექტრული კერამიკული პენეტრანტი. იგი ასევე გამოიყენება მაღალი აქტივობის კატალიზატორის, გაზის ნათურის ინკანდესენტური საფარის, რენტგენის ფლუორესცენტური ეკრანის წარმოებაში (ძირითადად გამოიყენება ლინზების გასაპრიალებლად). იშვიათმიწა ცერიუმის გასაპრიალებელი ფხვნილი ფართოდ გამოიყენება კამერებში, კამერის ლინზებში, ტელევიზორის ფოტო მილებში, ლინზებში და ა.შ. მისი გამოყენება ასევე შესაძლებელია მინის ინდუსტრიაში. ცერიუმის ოქსიდის და ტიტანის დიოქსიდის ერთად გამოყენება შესაძლებელია მინის გაყვითლების მისაცემად. მინის გაუფერულებისთვის ცერიუმის ოქსიდს აქვს სტაბილური მუშაობის, დაბალი ფასის და ხილული სინათლის შთანთქმის არარსებობის უპირატესობები. გარდა ამისა, შენობებსა და მანქანებში გამოყენებულ მინას ემატება ცერიუმის ოქსიდი ულტრაიისფერი სინათლის გამტარობის შესამცირებლად. იშვიათმიწა ლითონების ლუმინესცენტური მასალების წარმოებისთვის, ცერიუმის ოქსიდი ემატება აქტივატორად ენერგოდამზოგავი ნათურების ლუმინესცენტურ მასალებში გამოყენებულ იშვიათმიწა სამფეროვან ფოსფორებს და ინდიკატორებსა და რადიაციის დეტექტორებში გამოყენებულ ფოსფორებს. ცერიუმის ოქსიდი ასევე წარმოადგენს ნედლეულს ლითონის ცერიუმის დასამზადებლად. გარდა ამისა, ნახევარგამტარულ მასალებში, მაღალი ხარისხის პიგმენტებსა და ფოტომგრძნობიარე მინის სენსიბილიზატორებში, ფართოდ გამოიყენება საავტომობილო გამონაბოლქვის გამწმენდი. ავტომობილის გამონაბოლქვის გაწმენდის კატალიზატორი ძირითადად შედგება თაფლისებრი კერამიკის (ან ლითონის) მატარებლისა და ზედაპირის გააქტიურებული საფარისგან. გააქტიურებული საფარი შედგება გამა-ტრიოქსიდის დიდი ფართობისგან, ზედაპირის ფართობის სტაბილიზაციისთვის საჭირო რაოდენობის ოქსიდებისგან და საფარში გაფანტული კატალიზური აქტივობის მქონე ლითონისგან. ძვირადღირებული Pt-ს, Rh დოზის შესამცირებლად, Pd-ს დოზის გაზრდა შედარებით იაფია, ამცირებს კატალიზატორის ღირებულებას ავტომობილის გამონაბოლქვის გამწმენდი კატალიზატორების შემცირების გარეშე. სხვადასხვა შესრულების წინაპირობაა Pt.Pd. Rh სამმაგი კატალიზატორის საფარის გააქტიურება, როგორც წესი, სრული ჩაძირვის მეთოდით ცერიუმის ოქსიდის და ლანთანუმის ოქსიდის გარკვეული რაოდენობის დამატება, რაც წარმოადგენს იშვიათმიწა ლითონების კატალიზურ ეფექტს. ძვირფასი ლითონების სამმაგი კატალიზატორი. ლანთანუმის ოქსიდი და ცერიუმის ოქსიდი გამოიყენებოდა დამხმარე ნივთიერებებად A-ალუმინის საყრდენი კეთილშობილი ლითონების კატალიზატორების მუშაობის გასაუმჯობესებლად. კვლევის თანახმად, ცერიუმის ოქსიდის და ლანთანუმის ოქსიდის კატალიზური მექანიზმი ძირითადად აქტიური საფარის კატალიზური აქტივობის გაუმჯობესებას, ჰაერ-საწვავის თანაფარდობისა და კატალიზის ავტომატურად რეგულირებას, ასევე მატარებლის თერმული სტაბილურობისა და მექანიკური სიმტკიცის გაუმჯობესებას.