В последние годы применение лантанидных реагентов в органическом синтезе получило стремительное развитие. Среди них многие лантанидные реагенты продемонстрировали явный селективный катализ в реакциях образования углерод-углеродных связей; одновременно многие из них показали отличные характеристики в реакциях органического окисления и органического восстановления, способствуя превращению функциональных групп. Использование редкоземельных элементов в сельском хозяйстве является научным достижением с китайской спецификой, полученным китайскими учеными и техниками после многолетней напряженной работы, и активно продвигается как важная мера по увеличению сельскохозяйственного производства в Китае. Карбонат редкоземельного элемента легко растворяется в кислоте, образуя соответствующие соли и диоксид углерода, что позволяет удобно использовать его в синтезе различных солей и комплексов редкоземельных элементов без внесения анионных примесей. Например, он может реагировать с сильными кислотами, такими как азотная, соляная, перхлорная и серная кислоты, образуя водорастворимые соли. Реагирует с фосфорной и фтористоводородной кислотами, превращаясь в нерастворимые фосфаты и фториды редкоземельных элементов. Вступая в реакцию со многими органическими кислотами, карбонаты редкоземельных элементов образуют соответствующие органические соединения. В зависимости от концентрации в растворе они могут представлять собой растворимые комплексные катионы или комплексные анионы, или же выпадать в осадок менее растворимые нейтральные соединения. С другой стороны, карбонаты редкоземельных элементов могут разлагаться на соответствующие оксиды путем прокаливания, которые могут быть непосредственно использованы при получении многих новых редкоземельных материалов. В настоящее время годовой объем производства карбонатов редкоземельных элементов в Китае составляет более 10 000 тонн, что составляет более четверти всех редкоземельных товаров, указывая на то, что промышленное производство и применение карбонатов редкоземельных элементов играют очень важную роль в развитии редкоземельной промышленности.
Карбонат церия — неорганическое соединение с химической формулой C3Ce2O9, молекулярной массой 460, logP -7,40530, PSA 198,80000, температурой кипения 333,6ºC при 760 мм рт. ст. и температурой вспышки 169,8ºC. В промышленном производстве редкоземельных элементов карбонат церия является промежуточным сырьем для получения различных продуктов на основе церия, таких как различные соли церия и оксид церия. Он имеет широкий спектр применения и является важным продуктом из легких редкоземельных элементов. Кристаллы гидратированного карбоната церия имеют структуру типа лантанита, и на их СЭМ-снимках видно, что основная форма кристаллов гидратированного карбоната церия — чешуйчатая, причем чешуйки связаны между собой слабыми взаимодействиями, образуя лепесткообразную структуру, которая является рыхлой, поэтому под действием механической силы легко раскалывается на мелкие фрагменты. Карбонат церия, производимый в настоящее время традиционными методами, после сушки содержит лишь 42-46% от общего количества редкоземельных элементов, что ограничивает эффективность его производства.
Полученный карбонат церия отличается низким водопотреблением, стабильным качеством, не требует сушки или центрифужной сушки, а общее содержание редкоземельных элементов может достигать 72–74%. Процесс получения карбоната церия с высоким содержанием редкоземельных элементов является простым и одностадийным. Применяется следующая технологическая схема: используется одностадийный метод получения карбоната церия с высоким содержанием редкоземельных элементов, а именно: исходный раствор церия с массовой концентрацией CeO240–90 г/л нагревают до 95–105 °C, затем при постоянном перемешивании добавляют бикарбонат аммония для осаждения карбоната церия. Количество бикарбоната аммония регулируют таким образом, чтобы значение pH исходной жидкости в конечном итоге составляло 6,3–6,5, а скорость добавления подбирается так, чтобы исходная жидкость не вытекала из емкости. В качестве исходного раствора церия используется как минимум один из следующих растворов: водный раствор хлорида церия, водный раствор сульфата церия или водный раствор нитрата церия. Научно-исследовательская группа компании UrbanMines Tech. Co., Ltd. применяет новый метод синтеза, добавляя твердый бикарбонат аммония или водный раствор бикарбоната аммония.
Карбонат церия можно использовать для получения оксида церия, диоксида церия и других наноматериалов. Примеры и области применения приведены ниже:
1. Антибликовое фиолетовое стекло, сильно поглощающее ультрафиолетовые лучи и желтую часть видимого света. Основано на составе обычного флоат-стекла на основе натриево-кальциево-силикатной смеси и включает следующие сырьевые материалы в весовых процентах: диоксид кремния 72–82%, оксид натрия 6–15%, оксид кальция 4–13%, оксид магния 2–8%, оксид алюминия 0–3%, оксид железа 0,05–0,3%, карбонат церия 0,1–3%, карбонат неодима 0,4–1,2%, диоксид марганца 0,5–3%. Стекло толщиной 4 мм имеет коэффициент пропускания видимого света более 80%, коэффициент пропускания ультрафиолетового излучения менее 15% и коэффициент пропускания на длинах волн 568–590 нм менее 15%.
2. Эндотермическая энергосберегающая краска, характеризующаяся тем, что она образована путем смешивания наполнителя и пленкообразующего материала, причем наполнитель образован путем смешивания следующих сырьевых материалов в весовых частях: 20–35 частей диоксида кремния и 8–20 частей оксида алюминия, 4–10 частей оксида титана, 4–10 частей диоксида циркония, 1–5 частей оксида цинка, 1–5 частей оксида магния, 0,8–5 частей карбида кремния, 0,02–0,5 частей оксида иттрия и 0,01–1,5 частей оксида хрома, 0,01–1,5 частей каолина, 0,01–1,5 частей редкоземельных элементов, 0,8–5 частей сажи, при этом размер частиц каждого сырьевого материала составляет 1–5 мкм; В данном случае редкоземельные материалы включают 0,01-1,5 частей карбоната лантана, 0,01-1,5 частей карбоната церия, 1,5 частей карбоната празеодима, 0,01-1,5 частей карбоната празеодима, 0,01-1,5 частей карбоната неодима и 0,01-1,5 частей нитрата прометия; пленкообразующим материалом является карбонат калия-натрия; карбонат калия-натрия смешивают с равным по весу количеством карбоната калия и карбоната натрия. Весовое соотношение смешивания наполнителя и пленкообразующего материала составляет 2,5:7,5, 3,8:6,2 или 4,8:5,2. Кроме того, способ приготовления эндотермической энергосберегающей краски характеризуется тем, что включает следующие этапы:
Шаг 1, подготовка наполнителя: сначала взвесить 20-35 частей диоксида кремния, 8-20 частей оксида алюминия, 4-10 частей оксида титана, 4-10 частей диоксида циркония и 1-5 частей оксида цинка, 1-5 частей оксида магния, 0,8-5 частей карбида кремния, 0,02-0,5 частей оксида иттрия, 0,01-1,5 частей триоксида хрома, 0,01-1,5 частей каолина, 0,01-1,5 частей редкоземельных элементов и 0,8-5 частей сажи, а затем равномерно перемешать в смесителе для получения наполнителя; При этом редкоземельный материал включает 0,01-1,5 частей карбоната лантана, 0,01-1,5 частей карбоната церия, 0,01-1,5 частей карбоната празеодима, 0,01-1,5 частей карбоната неодима и 0,01–1,5 частей нитрата прометия;
Шаг 2, подготовка пленкообразующего материала. В качестве пленкообразующего материала используется карбонат натрия-калия; сначала взвешивают карбонат калия и карбонат натрия соответственно по весу, а затем равномерно смешивают их для получения пленкообразующего материала; карбонат натрия-калия смешивают в равных количествах с карбонатом калия и карбонатом натрия;
На этапе 3 соотношение смешивания наполнителя и пленочного материала по весу составляет 2,5:7,5, 3,8:6,2 или 4,8:5,2, после чего смесь равномерно перемешивается и диспергируется для получения однородной смеси;
На 4-м этапе смесь измельчают в шаровой мельнице в течение 6-8 часов, а затем готовый продукт получают путем просеивания через сито с размером ячейки 1-5 мкм.
3. Получение ультрадисперсного оксида церия: Используя гидратированный карбонат церия в качестве прекурсора, методом прямого шарового измельчения и прокаливания был получен ультрадисперсный оксид церия со средним размером частиц менее 3 мкм. Все полученные продукты имеют кубическую структуру флюорита. С повышением температуры прокаливания размер частиц продуктов уменьшается, распределение частиц по размерам становится уже, а кристалличность увеличивается. Однако полирующая способность трех различных стекол достигла максимального значения в диапазоне температур от 900 до 1000 ℃. Поэтому считается, что скорость удаления поверхностных веществ стекла в процессе полировки в значительной степени зависит от размера частиц, кристалличности и поверхностной активности полировального порошка.