Achtergrond en algemene situatie
Zeldzame aardelementenDe elementen scandium, yttrium en lanthanum in het periodiek systeem behoren tot de groep IIIB. Er zijn 17 elementen. Zeldzame aardmetalen hebben unieke fysische en chemische eigenschappen en worden veelvuldig gebruikt in de industrie, landbouw en andere sectoren. De zuiverheid van zeldzame-aardmetaalverbindingen bepaalt direct de specifieke eigenschappen van de materialen. Verschillende zuiverheidsgraden van zeldzame-aardmetaalmaterialen maken de productie mogelijk van keramische materialen, fluorescerende materialen en elektronische materialen met uiteenlopende prestatie-eisen. Met de huidige ontwikkelingen in de extractietechnologie voor zeldzame aardmetalen, bieden zuivere zeldzame-aardmetaalverbindingen goede marktperspectieven. De productie van hoogwaardige zeldzame-aardmetaalmaterialen stelt steeds hogere eisen aan de zuiverheid van deze verbindingen. Ceriumverbindingen hebben een breed scala aan toepassingen, waarbij het effect in de meeste toepassingen afhangt van de zuiverheid, fysische eigenschappen en het gehalte aan onzuiverheden. Cerium vertegenwoordigt ongeveer 50% van de lichte zeldzame-aardmetalen. Door de toenemende toepassing van zeer zuiver cerium worden de eisen aan het gehalte aan niet-zeldzame-aardmetalen in ceriumverbindingen steeds hoger.CeriumoxideCeriumoxide is het meest stabiele oxide van het zeldzame aardmetaal cerium. Het is een lichtgele vaste stof bij kamertemperatuur en wordt donkerder bij verhitting. Vanwege zijn uitstekende eigenschappen wordt ceriumoxide veel gebruikt in luminescente materialen, katalysatoren, polijstpoeder, UV-bescherming en andere toepassingen. De laatste jaren heeft het de interesse van veel onderzoekers gewekt. De bereiding en eigenschappen van ceriumoxide zijn de laatste jaren een belangrijk onderzoeksthema geworden.
Productieproces
Methode 1: Roer bij kamertemperatuur, voeg een natriumhydroxideoplossing van 5,0 mol/L toe aan een ceriumsulfaatoplossing van 0,1 mol/L, stel de pH-waarde in op meer dan 10, waarna de precipitatiereactie plaatsvindt. Het bezinksel wordt afgezogen, meerdere malen gewassen met gedemineraliseerd water en vervolgens 24 uur gedroogd in een oven van 90 °C. Na malen en filteren (deeltjesgrootte kleiner dan 0,1 mm) wordt ceriumoxide verkregen en op een droge plaats luchtdicht bewaard. Methode 2: Neem ceriumchloride of ceriumnitraat als grondstof, stel de pH-waarde in op 2 met ammoniakwater, voeg oxalaat toe om ceriumoxalaat te precipiteren, verhit, laat uitharden, scheid en was, droog bij 110 °C en verbrand vervolgens tot ceriumoxide bij 900-1000 °C. Ceriumoxide kan worden verkregen door een mengsel van ceriumoxide en koolstofpoeder te verhitten tot 1250℃ in een atmosfeer van koolmonoxide.
Sollicitatie
Ceriumoxide wordt gebruikt als additief in de glasindustrie, als slijpmiddel voor vlakglas en vindt zijn toepassing ook in slijpglas, optische lenzen, microscopen, bleken, helder maken, UV-werend glas en de absorptie van elektrische draden, enzovoort. Het wordt ook gebruikt als antireflectiemiddel voor brillenglazen en ceriumoxide wordt gebruikt om ceriumtitaniumgeel te maken, wat het glas een lichtgele kleur geeft. De oxidatie van zeldzame aardmetalen heeft een zekere invloed op de kristallisatie en eigenschappen van glaskeramiek in het CaO-MgO-Al2O3-SiO2-systeem. Onderzoek toont aan dat de toevoeging van een geschikte oxidatie gunstig is voor het verbeteren van het heldere effect van glasvloeistof, het verwijderen van luchtbellen, het verdichten van de glasstructuur en het verbeteren van de mechanische eigenschappen en alkalibestendigheid van materialen. De optimale toevoegingshoeveelheid ceriumoxide is 1,5, wanneer het wordt gebruikt in keramisch glazuur en in de elektronica-industrie als piëzo-elektrisch keramisch penetrant. Het wordt ook gebruikt bij de productie van zeer actieve katalysatoren, afdekkingen voor gaslampen en röntgenfluorescentieschermen (voornamelijk als lenspolijstmiddel). Het zeldzame-aardemetaal ceriumpolijstpoeder wordt veel gebruikt in camera's, cameralenzen, beeldbuizen en lenzen van televisies. Het kan ook in de glasindustrie worden toegepast. Ceriumoxide en titaniumdioxide kunnen samen worden gebruikt om glas te vergelen. Ceriumoxide voor het ontkleuren van glas heeft als voordelen een stabiele werking bij hoge temperaturen, een lage prijs en geen absorptie van zichtbaar licht. Bovendien wordt ceriumoxide toegevoegd aan glas dat in gebouwen en auto's wordt gebruikt om de transmissie van ultraviolet licht te verminderen. Voor de productie van luminescente materialen op basis van zeldzame aardmetalen wordt ceriumoxide toegevoegd als activator in de driekleurige fosforen van zeldzame aardmetalen die worden gebruikt in de luminescente materialen van spaarlampen en de fosforen die worden gebruikt in indicatoren en stralingsdetectoren. Ceriumoxide is ook een grondstof voor de bereiding van het metaal cerium. Daarnaast wordt het veelvuldig gebruikt in halfgeleidermaterialen, hoogwaardige pigmenten en lichtgevoelige glassensibilisatoren, en in uitlaatgasreinigers voor auto's. De katalysator voor uitlaatgasreiniging bestaat hoofdzakelijk uit een honingraatkeramische (of metalen) drager en een oppervlakte-activerende coating. De geactiveerde coating bestaat uit een groot oppervlak gammatrioxide, een geschikte hoeveelheid oxiden die het oppervlak stabiliseren, en een metaal met katalytische activiteit dat in de coating is verspreid. Om de dure Pt- en Rh-dosering te verlagen en de relatief goedkope Pd-dosering te verhogen, worden de kosten van de katalysator verlaagd zonder de prestaties van de uitlaatgasreinigingskatalysatoren voor auto's te verminderen, onder de voorwaarde van verschillende prestaties. De activering van de Rh-ternaire katalysatorcoating gebeurt meestal door middel van een volledige onderdompeling, waarbij een bepaalde hoeveelheid ceriumoxide en lanthaanoxide wordt toegevoegd. Dit resulteert in een ternaire katalysator met een uitstekend katalytisch effect van zeldzame aardmetalen. Lanthaanoxide en ceriumoxide worden gebruikt als hulpstoffen om de prestaties van op A-aluminiumoxide gedragen edelmetaalkatalysatoren te verbeteren. Volgens het onderzoek is het katalytische mechanisme van ceriumoxide en lanthaanoxide hoofdzakelijk gericht op het verbeteren van de katalytische activiteit van de actieve coating, het automatisch aanpassen van de lucht-brandstofverhouding en de katalyse, en het verbeteren van de thermische stabiliteit en mechanische sterkte van de drager.