Предыстория и общая ситуация
Редкоземельные элементыРедкоземельные элементы составляют основу IIIB-группы скандия, иттрия и лантана в периодической таблице. Всего их 17. Редкоземельные элементы обладают уникальными физико-химическими свойствами и широко используются в промышленности, сельском хозяйстве и других областях. Чистота соединений редкоземельных элементов напрямую определяет особые свойства материалов. Различная чистота редкоземельных материалов позволяет получать керамические материалы, люминесцентные материалы и электронные материалы с различными требованиями к характеристикам. В настоящее время, с развитием технологий добычи редкоземельных элементов, чистые редкоземельные соединения представляют собой хорошие рыночные перспективы, и получение высокоэффективных редкоземельных материалов предъявляет более высокие требования к чистоте этих соединений. Соединения церия имеют широкий спектр применения, и их влияние в большинстве областей связано с их чистотой, физическими свойствами и содержанием примесей. В распределении редкоземельных элементов церий составляет около 50% легких редкоземельных ресурсов. С увеличением применения высокочистого церия требования к содержанию не-редкоземельных элементов в соединениях церия становятся все выше.Оксид церияОксид церия (CAS) имеет номер 1306-38-3, молекулярную формулу CeO2 и молекулярную массу 172,11. Оксид церия является наиболее стабильным оксидом редкоземельного элемента церия. При комнатной температуре это бледно-желтое твердое вещество, которое темнеет при нагревании. Благодаря своим превосходным характеристикам оксид церия широко используется в люминесцентных материалах, катализаторах, полировальных порошках, УФ-защитных материалах и других областях. В последние годы он привлек внимание многих исследователей. Получение и свойства оксида церия стали актуальной темой исследований в последние годы.
Производственный процесс
Метод 1: При комнатной температуре перемешивают, добавляют раствор гидроксида натрия концентрацией 5,0 моль/л к раствору сульфата церия концентрацией 0,1 моль/л, регулируют значение pH до уровня выше 10, и происходит реакция осаждения. Осадок откачивают, несколько раз промывают деионизированной водой, а затем сушат в печи при 90℃ в течение 24 часов. После измельчения и фильтрации (размер частиц менее 0,1 мм) получают оксид церия и помещают в сухое место для герметичного хранения. Метод 2: В качестве сырья используют хлорид церия или нитрат церия, регулируют значение pH до 2 с помощью аммиачной воды, добавляют оксалат для осаждения оксалата церия, после нагревания, отверждения, разделения и промывки сушат при 110℃, затем сжигают до оксида церия при 900–1000℃. Оксид церия можно получить нагреванием смеси оксида церия и углеродного порошка при температуре 1250℃ в атмосфере монооксида углерода.
Приложение
Оксид церия используется в качестве добавки в стекольной промышленности, в качестве материала для шлифовки листового стекла, а также в производстве стекла для шлифовки, оптических линз, кинескопов, для отбеливания, осветления, защиты стекла от ультрафиолетового излучения и поглощения электронного провода и т.д. Он также используется в качестве антиотражателя для линз очков, а церий используется для придания стеклу желтого цвета с помощью церийтитана. Фронт окисления редкоземельных элементов оказывает определенное влияние на кристаллизацию и свойства стеклокерамики в системе CaO-MgO-Al2O3-SiO2. Результаты исследований показывают, что добавление соответствующего фронта окисления способствует улучшению осветляющего эффекта жидкого стекла, устранению пузырьков, созданию компактной структуры стекла, а также улучшению механических свойств и щелочестойкости материалов. Оптимальное количество оксида церия составляет 1,5 при его использовании в керамической глазури и электронной промышленности в качестве пьезоэлектрического керамического пенетранта. Он также используется в производстве высокоактивных катализаторов, крышек газовых ламп накаливания, рентгенофлуоресцентных экранов (в основном в качестве полирующего агента для линз). Полировальный порошок на основе редкоземельного церия широко используется в фотоаппаратах, объективах фотоаппаратов, кинескопах телевизоров, линзах и т. д. Он также может применяться в стекольной промышленности. Оксид церия и диоксид титана могут использоваться вместе для придания стеклу желтого цвета. Оксид церия для обесцвечивания стекла обладает преимуществами стабильной работы при высоких температурах, низкой ценой и отсутствием поглощения видимого света. Кроме того, оксид церия добавляется в стекло, используемое в строительстве и автомобилях, для снижения пропускания ультрафиолетового света. Для производства редкоземельных люминесцентных материалов оксид церия добавляется в качестве активатора в редкоземельные трехцветные люминофоры, используемые в люминесцентных материалах энергосберегающих ламп и люминофорах, используемых в индикаторах и детекторах излучения. Оксид церия также является сырьем для получения металлического церия. Кроме того, в полупроводниковых материалах, высококачественных пигментах и фоточувствительных сенсибилизаторах для стекла автомобильные очистители выхлопных газов широко используются. Катализатор для очистки автомобильных выхлопных газов в основном состоит из сотового керамического (или металлического) носителя и активированного поверхностного покрытия. Активированное покрытие состоит из большой площади гамма-триоксида, соответствующего количества оксидов, стабилизирующих поверхность, и металла с каталитической активностью, диспергированного в покрытии. Для снижения стоимости дорогостоящих Pt и Rh, увеличения дозировки Pd, что относительно дешево, и снижения стоимости катализатора без снижения эффективности автомобильных очистителей выхлопных газов, обычно используется тройной катализатор Pt-Pd-активация Rh, обычно представляющий собой метод полного погружения с добавлением определенного количества оксида церия и оксида лантана, образующий тройной катализатор на основе редкоземельных металлов с превосходным каталитическим эффектом. Оксид лантана и оксид церия использовались в качестве вспомогательных веществ для улучшения характеристик катализаторов на основе благородных металлов, нанесенных на подложку из оксида алюминия (¦A-Alumina). Согласно исследованию, каталитический механизм действия оксида церия и оксида лантана заключается главным образом в повышении каталитической активности активного покрытия, автоматической регулировке соотношения воздух-топливо и катализа, а также улучшении термической стабильности и механической прочности носителя.