De toepassing van lanthanidereagentia in de organische synthese heeft zich de afgelopen jaren razendsnel ontwikkeld. Veel lanthanidereagentia blijken een duidelijke selectieve katalyse te vertonen bij de vorming van koolstof-koolstofbindingen. Tegelijkertijd blijken veel lanthanidereagentia uitstekende eigenschappen te hebben bij organische oxidatie- en reductiereacties voor de omzetting van functionele groepen. Het gebruik van zeldzame aardmetalen in de landbouw is een wetenschappelijke doorbraak met Chinese kenmerken, bereikt door Chinese wetenschappers en technologen na jarenlange inspanningen, en wordt krachtig gepromoot als een belangrijke maatregel om de landbouwproductie in China te verhogen. Zeldzame-aardcarbonaat is gemakkelijk oplosbaar in zuur en vormt daarbij overeenkomstige zouten en koolstofdioxide. Dit maakt het mogelijk om diverse zeldzame-aardzouten en -complexen gemakkelijk te synthetiseren zonder anionische onzuiverheden te introduceren. Het kan bijvoorbeeld reageren met sterke zuren zoals salpeterzuur, zoutzuur, perchloorzuur en zwavelzuur om wateroplosbare zouten te vormen. Reageert met fosforzuur en fluorwaterstofzuur om te worden omgezet in onoplosbare zeldzame-aardefosfaten en -fluoriden. Reageert met veel organische zuren om overeenkomstige organische verbindingen van zeldzame aardmetalen te vormen. Deze kunnen oplosbare complexe kationen of complexe anionen zijn, of er kunnen minder oplosbare neutrale verbindingen neerslaan, afhankelijk van de concentratie van de oplossing. Aan de andere kant kan zeldzame-aardcarbonaat door calcineren worden ontleed in overeenkomstige oxiden, die direct kunnen worden gebruikt bij de bereiding van veel nieuwe zeldzame-aardmaterialen. Momenteel bedraagt de jaarlijkse productie van zeldzame-aardcarbonaat in China meer dan 10.000 ton, goed voor meer dan een kwart van alle zeldzame-aardeproducten. Dit geeft aan dat de industriële productie en toepassing van zeldzame-aardcarbonaat een zeer belangrijke rol speelt in de ontwikkeling van de zeldzame-aarde-industrie.
Ceriumcarbonaat is een anorganische verbinding met de chemische formule C3Ce2O9, een molecuulgewicht van 460, een logP van -7,40530, een PSA van 198,80000, een kookpunt van 333,6 °C bij 760 mmHg en een vlampunt van 169,8 °C. Bij de industriële productie van zeldzame aardmetalen is ceriumcarbonaat een tussenproduct voor de bereiding van diverse ceriumproducten, zoals verschillende ceriumzouten en ceriumoxide. Het heeft een breed scala aan toepassingen en is een belangrijk licht zeldzaam aardmetaal. Het gehydrateerde ceriumcarbonaatkristal heeft een lanthanietachtige structuur. Een SEM-foto laat zien dat de basisvorm van het gehydrateerde ceriumcarbonaatkristal schilferig is. De schilfers zijn door zwakke interacties met elkaar verbonden en vormen een bloembladachtige structuur. Deze structuur is los, waardoor het onder invloed van mechanische kracht gemakkelijk in kleine fragmenten kan breken. Het ceriumcarbonaat dat momenteel op conventionele wijze in de industrie wordt geproduceerd, bevat na drogen slechts 42-46% van de totale hoeveelheid zeldzame aardmetalen, wat de productie-efficiëntie van ceriumcarbonaat beperkt.
Dit ceriumcarbonaat heeft een laag waterverbruik, een stabiele kwaliteit en hoeft niet te worden gedroogd of gecentrifugeerd. Het totale gehalte aan zeldzame aardmetalen kan oplopen tot 72% à 74%. Het proces is eenvoudig en bestaat uit één stap voor de bereiding van ceriumcarbonaat met een hoog gehalte aan zeldzame aardmetalen. Het volgende technische schema wordt toegepast: een éénstapsmethode wordt gebruikt om ceriumcarbonaat met een hoog gehalte aan zeldzame aardmetalen te bereiden. Hierbij wordt een ceriumoplossing met een massaconcentratie van CeO2 (40-90 g/L) verwarmd tot 95-105 °C, waarna onder constant roeren ammoniumbicarbonaat wordt toegevoegd om het ceriumcarbonaat te precipiteren. De hoeveelheid ammoniumbicarbonaat wordt zodanig aangepast dat de pH-waarde van de voedingsvloeistof uiteindelijk 6,3-6,5 bedraagt. De toevoegingssnelheid is zodanig dat de voedingsvloeistof niet over de rand van de trog loopt. De ceriumvoedingsoplossing bestaat uit ten minste één van de volgende oplossingen: een waterige ceriumchlorideoplossing, een waterige ceriumsulfaatoplossing of een waterige ceriumnitraatoplossing. Het R&D-team van UrbanMines Tech. Co., Ltd. gebruikt een nieuwe synthesemethode door toevoeging van vast ammoniumbicarbonaat of een waterige ammoniumbicarbonaatoplossing.
Ceriumcarbonaat kan worden gebruikt voor de bereiding van ceriumoxide, ceriumdioxide en andere nanomaterialen. De toepassingen en voorbeelden zijn als volgt:
1. Een ontspiegelend violet glas dat ultraviolette straling en het gele deel van zichtbaar licht sterk absorbeert. Gebaseerd op de samenstelling van gewoon soda-calcium-silica floatglas, bevat het de volgende grondstoffen in gewichtspercentages: silica 72-82%, natriumoxide 6-15%, calciumoxide 4-13%, magnesiumoxide 2-8%, aluminiumoxide 0-3%, ijzeroxide 0,05-0,3%, ceriumcarbonaat 0,1-3%, neodymiumcarbonaat 0,4-1,2%, mangaandioxide 0,5-3%. Het 4 mm dikke glas heeft een lichtdoorlatendheid van zichtbaar licht van meer dan 80%, een ultraviolette doorlatendheid van minder dan 15% en een doorlatendheid bij golflengten van 568-590 nm van minder dan 15%.
2. Een endotherme energiebesparende verf, gekenmerkt doordat deze is gevormd door het mengen van een vulstof en een filmvormend materiaal, waarbij de vulstof is gevormd door het mengen van de volgende grondstoffen in gewichtsdelen: 20 tot 35 delen siliciumdioxide, 8 tot 20 delen aluminiumoxide, 4 tot 10 delen titaniumoxide, 4 tot 10 delen zirkoniumoxide, 1 tot 5 delen zinkoxide, 1 tot 5 delen magnesiumoxide, 0,8 tot 5 delen siliciumcarbide, 0,02 tot 0,5 delen yttriumoxide, 0,01 tot 1,5 delen chroomoxide, 0,01-1,5 delen kaolien, 0,01-1,5 delen zeldzame aardmetalen en 0,8-5 delen roet, waarbij de deeltjesgrootte van elke grondstof 1-5 μm bedraagt; waarbij de zeldzame aardmetalen 0,01-1,5 delen lanthaancarbonaat, 0,01-1,5 delen ceriumcarbonaat, 1,5 delen praseodymiumcarbonaat, 0,01-1,5 delen praseodymiumcarbonaat, 0,01-1,5 delen neodymiumcarbonaat en 0,01-1,5 delen promethiumnitraat omvatten; het filmvormende materiaal is kaliumnatriumcarbonaat; het kaliumnatriumcarbonaat wordt gemengd met gelijke gewichtshoeveelheden kaliumcarbonaat en natriumcarbonaat. De gewichtsmengverhouding van het vulmiddel en het filmvormende materiaal is 2,5:7,5, 3,8:6,2 of 4,8:5,2. Verder wordt een bereidingsmethode voor endotherme energiebesparende verf gekenmerkt door de volgende stappen:
Stap 1, de bereiding van het vulmiddel: weeg eerst 20-35 delen silica, 8-20 delen aluminiumoxide, 4-10 delen titaniumoxide, 4-10 delen zirkoniumoxide en 1-5 delen zinkoxide af, samen met 1-5 delen magnesiumoxide, 0,8-5 delen siliciumcarbide, 0,02-0,5 delen yttriumoxide, 0,01-1,5 delen chroomtrioxide, 0,01-1,5 delen kaolien, 0,01-1,5 delen zeldzame aardmetalen en 0,8-5 delen roet. Meng deze ingrediënten vervolgens gelijkmatig in een menger om een vulmiddel te verkrijgen. waarbij het zeldzame-aardemateriaal 0,01-1,5 delen lanthaancarbonaat, 0,01-1,5 delen ceriumcarbonaat, 0,01-1,5 delen praseodymiumcarbonaat, 0,01-1,5 delen neodymiumcarbonaat en 0,01-1,5 delen promethiumnitraat omvat;
Stap 2, de bereiding van het filmvormende materiaal: het filmvormende materiaal is natriumkaliumcarbonaat. Weeg eerst kaliumcarbonaat en natriumcarbonaat af naar gewicht en meng ze vervolgens gelijkmatig om het filmvormende materiaal te verkrijgen. Het natriumkaliumcarbonaat wordt gemengd met gelijke hoeveelheden kaliumcarbonaat en natriumcarbonaat.
Stap 3: de mengverhouding van vulstof en filmmateriaal in gewicht is 2,5:7,5, 3,8:6,2 of 4,8:5,2, en het mengsel wordt gelijkmatig gemengd en gedispergeerd om een mengsel te verkrijgen;
In stap 4 wordt het mengsel 6-8 uur lang kogelgemalen, waarna het eindproduct door een zeef met een maaswijdte van 1-5 μm wordt gezeefd.
3. Bereiding van ultrafijn ceriumoxide: Met behulp van gehydrateerd ceriumcarbonaat als precursor werd ultrafijn ceriumoxide met een mediane deeltjesgrootte van minder dan 3 μm bereid door middel van direct kogelmalen en calcineren. De verkregen producten hebben allemaal een kubische fluorietstructuur. Naarmate de calcineertemperatuur toeneemt, neemt de deeltjesgrootte van de producten af, wordt de deeltjesgrootteverdeling smaller en neemt de kristalliniteit toe. Het polijstvermogen van de drie verschillende glassoorten vertoonde echter een maximumwaarde tussen 900℃ en 1000℃. Daarom wordt aangenomen dat de verwijderingssnelheid van oppervlakteverontreinigingen van het glas tijdens het polijstproces sterk wordt beïnvloed door de deeltjesgrootte, kristalliniteit en oppervlakteactiviteit van het polijstpoeder.