Contexto e situação geral
Elementos de terras rarasOs elementos do grupo IIIB, escândio, ítrio e lantânio, compõem a base da tabela periódica. Existem 17 elementos. As terras raras possuem propriedades físico-químicas únicas e têm sido amplamente utilizadas na indústria, agricultura e outros campos. A pureza dos compostos de terras raras determina diretamente as propriedades especiais dos materiais. Diferentes níveis de pureza permitem a produção de materiais cerâmicos, materiais fluorescentes e materiais eletrônicos com diferentes requisitos de desempenho. Atualmente, com o desenvolvimento da tecnologia de extração de terras raras, os compostos de terras raras puros apresentam boas perspectivas de mercado, e a preparação de materiais de terras raras de alto desempenho impõe requisitos ainda maiores para a pureza desses compostos. O cério possui uma ampla gama de aplicações, e seu efeito na maioria delas está relacionado à sua pureza, propriedades físicas e teor de impurezas. Na distribuição dos elementos de terras raras, o cério representa cerca de 50% dos recursos de terras raras leves. Com o aumento da aplicação de cério de alta pureza, a exigência de um índice de pureza mais elevado para os compostos de cério torna-se cada vez maior.Óxido de cérioO óxido de cério, cujo número CAS é 1306-38-3, fórmula molecular é CeO₂ e massa molecular é 172,11, é o óxido mais estável do elemento de terras raras cério. É um sólido amarelo pálido à temperatura ambiente e escurece quando aquecido. Devido ao seu excelente desempenho, o óxido de cério é amplamente utilizado em materiais luminescentes, catalisadores, pós de polimento, proteção UV e outras aplicações. Nos últimos anos, despertou o interesse de muitos pesquisadores. A preparação e o desempenho do óxido de cério tornaram-se um tema de pesquisa de grande interesse recentemente.
Processo de Produção
Método 1: Agitar à temperatura ambiente, adicionar solução de hidróxido de sódio 5,0 mol/L à solução de sulfato de cério 0,1 mol/L, ajustar o pH para um valor superior a 10 e ocorrer a reação de precipitação. O sedimento é bombeado, lavado várias vezes com água deionizada e, em seguida, seco em estufa a 90 °C por 24 horas. Após moagem e filtração (tamanho de partícula inferior a 0,1 mm), obtém-se o óxido de cério, que é armazenado em local seco e hermeticamente fechado. Método 2: Utilizando cloreto de cério ou nitrato de cério como matérias-primas, ajustar o pH para 2 com solução de amônia, adicionar oxalato para precipitar o oxalato de cério, aquecer, curar, separar e lavar, secar a 110 °C e, em seguida, calcinar para obter o óxido de cério a 900-1000 °C. O óxido de cério pode ser obtido aquecendo-se a mistura de óxido de cério e pó de carbono a 1250°C em uma atmosfera de monóxido de carbono.
Aplicativo
O óxido de cério é utilizado como aditivo na indústria vidreira, em materiais para polimento de vidro plano, e tem sido aplicado também em vidros para polimento, lentes ópticas, cinescópios, branqueamento, clarificação, vidros resistentes à radiação ultravioleta e na absorção de fios eletrônicos, entre outros. É utilizado ainda como antirreflexo em lentes oftálmicas, e o cério é empregado na produção de amarelo-titânio para conferir uma tonalidade amarela clara ao vidro. A frente de oxidação de terras raras exerce influência na cristalização e nas propriedades de vitrocerâmicas no sistema CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂. Os resultados da pesquisa demonstram que a adição de uma frente de oxidação adequada é benéfica para melhorar a clarificação do vidro líquido, eliminar bolhas, compactar a estrutura do vidro e aprimorar as propriedades mecânicas e a resistência a álcalis dos materiais. A quantidade ideal de óxido de cério a ser adicionada é 1,5, quando utilizado em esmaltes cerâmicos e na indústria eletrônica como penetrante piezoelétrico. É também utilizado na fabricação de catalisadores de alta atividade, revestimentos de lâmpadas incandescentes a gás e telas de fluorescência de raios X (principalmente como agente de polimento de lentes). O pó de cério, um elemento de terras raras, é amplamente utilizado em câmeras, lentes de câmeras, tubos de imagem de televisores, lentes e outros componentes. Também pode ser utilizado na indústria vidreira. O óxido de cério e o dióxido de titânio podem ser usados em conjunto para amarelar o vidro. O óxido de cério para descoloração do vidro apresenta as vantagens de desempenho estável em altas temperaturas, baixo custo e não absorção de luz visível. Além disso, o óxido de cério é adicionado ao vidro utilizado em edifícios e automóveis para reduzir a transmitância da luz ultravioleta. Para a produção de materiais luminescentes de terras raras, o óxido de cério é adicionado como ativador em fósforos tricolores de terras raras, utilizados em materiais luminescentes de lâmpadas economizadoras de energia e em fósforos usados em indicadores e detectores de radiação. O óxido de cério também é matéria-prima para a preparação do metal cério. Ademais, tem sido amplamente utilizado em materiais semicondutores, pigmentos de alta qualidade e sensibilizadores de vidro fotossensíveis, além de purificadores de gases de escape automotivos. O catalisador para purificação de gases de escape automotivos é composto principalmente por um suporte cerâmico (ou metálico) em formato de colmeia e um revestimento ativado superficialmente. O revestimento ativado consiste em uma grande área de trióxido gama, uma quantidade adequada de óxidos que estabilizam a área superficial e um metal com atividade catalítica disperso dentro do revestimento. Para reduzir a dosagem de Pt e Rh, que são caros, aumentar a dosagem de Pd, que é relativamente barato, reduz o custo do catalisador sem comprometer o desempenho dos catalisadores de purificação de gases de escape de automóveis, mantendo diferentes níveis de desempenho. A ativação do revestimento catalítico ternário de Pt-Pd com Rh geralmente é feita por imersão total, adicionando-se uma certa quantidade de óxido de cério e óxido de lantânio, o que resulta em um catalisador ternário de metais preciosos com excelente efeito catalítico. O óxido de lantânio e o óxido de cério são usados como auxiliares para melhorar o desempenho de catalisadores de metais nobres suportados em alumina. De acordo com pesquisas, o mecanismo catalítico do óxido de cério e do óxido de lantânio consiste principalmente em melhorar a atividade catalítica do revestimento ativo, ajustar automaticamente a relação ar-combustível e a catálise, além de melhorar a estabilidade térmica e a resistência mecânica do suporte.