ซีเรียมคาร์บอเนต

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การประยุกต์ใช้สารประกอบแลนทานัมในสังเคราะห์สารอินทรีย์ได้พัฒนาไปอย่างรวดเร็ว พบว่าสารประกอบแลนทานัมหลายชนิดมีฤทธิ์เร่งปฏิกิริยาแบบเลือกเฉพาะในปฏิกิริยาการสร้างพันธะคาร์บอน-คาร์บอน ในขณะเดียวกันก็พบว่าสารประกอบแลนทานัมหลายชนิดมีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมในปฏิกิริยาออกซิเดชันอินทรีย์และปฏิกิริยารีดักชันอินทรีย์เพื่อเปลี่ยนหมู่ฟังก์ชัน การใช้ธาตุหายากในภาคเกษตรกรรมเป็นความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์ที่มีลักษณะเฉพาะของจีน ซึ่งได้มาจากการทำงานหนักของนักวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีชาวจีนเป็นเวลาหลายปี และได้รับการส่งเสริมอย่างแข็งขันในฐานะมาตรการสำคัญในการเพิ่มผลผลิตทางการเกษตรในประเทศจีน คาร์บอเนตของธาตุหายากละลายได้ง่ายในกรดเพื่อสร้างเกลือและคาร์บอนไดออกไซด์ที่สอดคล้องกัน ซึ่งสามารถนำมาใช้ในการสังเคราะห์เกลือและสารประกอบเชิงซ้อนของธาตุหายากต่างๆ ได้อย่างสะดวกโดยไม่ก่อให้เกิดสิ่งเจือปนประจุลบ ตัวอย่างเช่น สามารถทำปฏิกิริยากับกรดแก่ เช่น กรดไนตริก กรดไฮโดรคลอริก กรดเปอร์คลอริก และกรดซัลฟิวริก เพื่อสร้างเกลือที่ละลายน้ำได้ ทำปฏิกิริยากับกรดฟอสฟอริกและกรดไฮโดรฟลูออริกเพื่อเปลี่ยนเป็นฟอสเฟตและฟลูออไรด์ของธาตุหายากที่ไม่ละลายน้ำ ทำปฏิกิริยากับกรดอินทรีย์หลายชนิดเพื่อสร้างสารประกอบอินทรีย์ของธาตุหายากที่สอดคล้องกัน ซึ่งอาจเป็นแคตไอออนเชิงซ้อนหรือแอนไอออนเชิงซ้อนที่ละลายน้ำได้ หรือสารประกอบที่เป็นกลางที่ละลายน้ำได้น้อยกว่าจะตกตะกอนขึ้นอยู่กับค่าความละลาย ในทางกลับกัน คาร์บอเนตของธาตุหายากสามารถสลายตัวเป็นออกไซด์ที่สอดคล้องกันได้โดยการเผา ซึ่งสามารถนำไปใช้โดยตรงในการเตรียมวัสดุธาตุหายากใหม่ๆ ได้หลายชนิด ปัจจุบัน ผลผลิตคาร์บอเนตของธาตุหายากในประเทศจีนมีมากกว่า 10,000 ตันต่อปี คิดเป็นมากกว่าหนึ่งในสี่ของสินค้าธาตุหายากทั้งหมด แสดงให้เห็นว่าการผลิตและการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมของคาร์บอเนตของธาตุหายากมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งต่อการพัฒนาอุตสาหกรรมธาตุหายาก

เซเรียมคาร์บอเนตเป็นสารประกอบอนินทรีย์ที่มีสูตรเคมี C3Ce2O9 น้ำหนักโมเลกุล 460 ค่า logP เท่ากับ -7.40530 ค่า PSA เท่ากับ 198.80000 จุดเดือด 333.6 องศาเซลเซียส ที่ความดัน 760 มิลลิเมตรปรอท และจุดวาบไฟ 169.8 องศาเซลเซียส ในการผลิตแร่หายากในระดับอุตสาหกรรม เซเรียมคาร์บอเนตเป็นวัตถุดิบขั้นกลางสำหรับการเตรียมผลิตภัณฑ์เซเรียมต่างๆ เช่น เกลือเซเรียมและเซเรียมออกไซด์ชนิดต่างๆ มีการใช้งานที่หลากหลายและเป็นผลิตภัณฑ์แร่หายากชนิดเบาที่สำคัญ ผลึกซีเรียมคาร์บอเนตไฮเดรตมีโครงสร้างแบบแลนทาไนต์ และภาพถ่าย SEM แสดงให้เห็นว่ารูปร่างพื้นฐานของผลึกซีเรียมคาร์บอเนตไฮเดรตเป็นแบบเกล็ด โดยเกล็ดเหล่านี้ยึดติดกันด้วยแรงยึดเหนี่ยวที่อ่อนแอเพื่อสร้างโครงสร้างคล้ายกลีบดอกไม้ และโครงสร้างนี้หลวม ดังนั้นภายใต้แรงทางกลจึงแตกออกเป็นชิ้นเล็กๆ ได้ง่าย ซีเรียมคาร์บอเนตที่ผลิตในอุตสาหกรรมทั่วไปในปัจจุบันมีธาตุหายากทั้งหมดเพียง 42-46% หลังจากอบแห้ง ซึ่งจำกัดประสิทธิภาพการผลิตของซีเรียมคาร์บอเนต

ซีเรียมคาร์บอเนตชนิดนี้ใช้น้ำน้อย คุณภาพคงที่ ไม่จำเป็นต้องอบแห้งหรืออบแห้งด้วยแรงเหวี่ยง และมีปริมาณธาตุหายากรวมสูงถึง 72% ถึง 74% กระบวนการผลิตง่ายและเป็นกระบวนการขั้นตอนเดียวสำหรับการเตรียมซีเรียมคาร์บอเนตที่มีปริมาณธาตุหายากรวมสูง โดยใช้วิธีการแบบขั้นตอนเดียว คือ นำสารละลายซีเรียมที่มีความเข้มข้นมวล CeO240-90 กรัม/ลิตร มาให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 95-105°C แล้วเติมแอมโมเนียมไบคาร์บอเนตลงไปพร้อมกับการกวนอย่างต่อเนื่องเพื่อให้ซีเรียมคาร์บอเนตตกตะกอน ปริมาณแอมโมเนียมไบคาร์บอเนตจะถูกปรับเพื่อให้ค่า pH ของสารละลายอยู่ในช่วง 6.3 ถึง 6.5 และอัตราการเติมที่เหมาะสมเพื่อไม่ให้สารละลายไหลล้นออกจากภาชนะ สารละลายตั้งต้นของซีเรียมอย่างน้อยหนึ่งชนิด ได้แก่ สารละลายซีเรียมคลอไรด์ สารละลายซีเรียมซัลเฟต หรือสารละลายซีเรียมไนเตรต ทีมวิจัยและพัฒนาของบริษัท UrbanMines Tech. Co., Ltd. ได้นำวิธีการสังเคราะห์แบบใหม่มาใช้โดยการเติมแอมโมเนียมไบคาร์บอเนตในรูปของแข็งหรือสารละลายแอมโมเนียมไบคาร์บอเนต

ซีเรียมคาร์บอเนตสามารถนำมาใช้ในการเตรียมซีเรียมออกไซด์ ซีเรียมไดออกไซด์ และวัสดุนาโนอื่นๆ ตัวอย่างการใช้งานมีดังต่อไปนี้:

1. กระจกสีม่วงกันแสงสะท้อนที่ดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตและแสงสีเหลืองในช่วงคลื่นแสงที่มองเห็นได้อย่างดีเยี่ยม โดยมีส่วนประกอบพื้นฐานจากกระจกโซดา-ไลม์-ซิลิกาแบบธรรมดา ประกอบด้วยวัตถุดิบดังต่อไปนี้ (คิดเป็นเปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก): ซิลิกา 72-82%, โซเดียมออกไซด์ 6-15%, แคลเซียมออกไซด์ 4-13%, แมกนีเซียมออกไซด์ 2-8%, อลูมินา 0-3%, เหล็กออกไซด์ 0.05-0.3%, ซีเรียมคาร์บอเนต 0.1-3%, นีโอไดเมียมคาร์บอเนต 0.4-1.2%, แมงกานีสไดออกไซด์ 0.5-3% กระจกหนา 4 มม. นี้มีค่าการส่งผ่านแสงที่มองเห็นได้มากกว่า 80%, ค่าการส่งผ่านรังสีอัลตราไวโอเลตน้อยกว่า 15% และค่าการส่งผ่านแสงในช่วงคลื่น 568-590 นาโนเมตรน้อยกว่า 15%

2. สีประหยัดพลังงานแบบดูดความร้อน ซึ่งมีลักษณะเฉพาะคือ เกิดจากการผสมสารเติมเต็มและวัสดุสร้างฟิล์ม โดยสารเติมเต็มเกิดจากการผสมวัตถุดิบต่อไปนี้ในสัดส่วนน้ำหนัก: ซิลิคอนไดออกไซด์ 20 ถึง 35 ส่วน, อะลูมิเนียมออกไซด์ 8 ถึง 20 ส่วน, ไทเทเนียมออกไซด์ 4 ถึง 10 ส่วน, เซอร์โคเนีย 4 ถึง 10 ส่วน, ซิงค์ออกไซด์ 1 ถึง 5 ส่วน, แมกนีเซียมออกไซด์ 1 ถึง 5 ส่วน, ซิลิคอนคาร์ไบด์ 0.8 ถึง 5 ส่วน, อิตเทรียมออกไซด์ 0.02 ถึง 0.5 ส่วน, โครเมียมออกไซด์ 0.01 ถึง 1.5 ส่วน, เคโอไลน์ 0.01-1.5 ส่วน, ธาตุหายาก 0.01-1.5 ส่วน, คาร์บอนแบล็ก 0.8-5 ส่วน โดยขนาดอนุภาคของวัตถุดิบแต่ละชนิดคือ 1-5 ไมโครเมตร โดยที่วัสดุธาตุหายากประกอบด้วยแลนทานัมคาร์บอเนต 0.01-1.5 ส่วน, ซีเรียมคาร์บอเนต 0.01-1.5 ส่วน, พราซีโอดีเมียมคาร์บอเนต 1.5 ส่วน, พราซีโอดีเมียมคาร์บอเนต 0.01 ถึง 1.5 ส่วน, นีโอดีเมียมคาร์บอเนต 0.01 ถึง 1.5 ส่วน และโพรมีเทียมไนเตรต 0.01 ถึง 1.5 ส่วน; วัสดุสร้างฟิล์มคือโพแทสเซียมโซเดียมคาร์บอเนต; โพแทสเซียมโซเดียมคาร์บอเนตผสมกับโพแทสเซียมคาร์บอเนตและโซเดียมคาร์บอเนตในน้ำหนักที่เท่ากัน อัตราส่วนการผสมน้ำหนักของสารตัวเติมและวัสดุสร้างฟิล์มคือ 2.5:7.5, 3.8:6.2 หรือ 4.8:5.2 นอกจากนี้ วิธีการเตรียมสีประหยัดพลังงานแบบดูดความร้อนชนิดหนึ่งมีลักษณะเฉพาะคือประกอบด้วยขั้นตอนดังต่อไปนี้:

ขั้นตอนที่ 1 การเตรียมสารตัวเติม เริ่มจากชั่งน้ำหนักซิลิกา 20-35 ส่วน, อลูมินา 8-20 ส่วน, ไทเทเนียมออกไซด์ 4-10 ส่วน, เซอร์โคเนีย 4-10 ส่วน และซิงค์ออกไซด์ 1-5 ส่วน โดยน้ำหนัก, แมกนีเซียมออกไซด์ 1-5 ส่วน, ซิลิคอนคาร์ไบด์ 0.8-5 ส่วน, อิตเทรียมออกไซด์ 0.02-0.5 ส่วน, โครเมียมไตรออกไซด์ 0.01-1.5 ส่วน, เคโอไลน์ 0.01-1.5 ส่วน, ธาตุหายาก 0.01-1.5 ส่วน และคาร์บอนแบล็ก 0.8-5 ส่วน จากนั้นผสมให้เข้ากันในเครื่องผสมจนได้สารตัวเติม โดยที่วัสดุธาตุหายากประกอบด้วยแลนทานัมคาร์บอเนต 0.01-1.5 ส่วน ซีเรียมคาร์บอเนต 0.01-1.5 ส่วน พราซีโอดีเมียมคาร์บอเนต 0.01-1.5 ส่วน นีโอดีเมียมคาร์บอเนต 0.01-1.5 ส่วน และโพรมีเทียมไนเตรต 0.01-1.5 ส่วน

ขั้นตอนที่ 2 การเตรียมวัสดุสำหรับสร้างฟิล์ม วัสดุสำหรับสร้างฟิล์มคือโซเดียมโพแทสเซียมคาร์บอเนต ขั้นแรกชั่งน้ำหนักโพแทสเซียมคาร์บอเนตและโซเดียมคาร์บอเนตตามลำดับ แล้วผสมให้เข้ากันจนได้วัสดุสำหรับสร้างฟิล์ม โดยโซเดียมโพแทสเซียมคาร์บอเนตจะต้องชั่งน้ำหนักโพแทสเซียมคาร์บอเนตและโซเดียมคาร์บอเนตให้เท่ากัน

ขั้นตอนที่ 3 อัตราส่วนการผสมของสารตัวเติมและวัสดุฟิล์มโดยน้ำหนักคือ 2.5:7.5, 3.8:6.2 หรือ 4.8:5.2 และผสมให้เข้ากันอย่างสม่ำเสมอจนได้ส่วนผสม

ในขั้นตอนที่ 4 ส่วนผสมจะถูกบดด้วยเครื่องบดลูกบอลเป็นเวลา 6-8 ชั่วโมง จากนั้นจึงได้ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปโดยการร่อนผ่านตะแกรงที่มีขนาดรู 1-5 ไมโครเมตร

3. การเตรียมเซเรียมออกไซด์ละเอียดพิเศษ: โดยใช้เซเรียมคาร์บอเนตไฮเดรตเป็นสารตั้งต้น เซเรียมออกไซด์ละเอียดพิเศษที่มีขนาดอนุภาคเฉลี่ยต่ำกว่า 3 ไมโครเมตรถูกเตรียมขึ้นโดยวิธีการบดด้วยลูกบอลโดยตรงและการเผา ผลิตภัณฑ์ที่ได้ทั้งหมดมีโครงสร้างฟลูออไรต์แบบลูกบาศก์ เมื่ออุณหภูมิการเผาเพิ่มขึ้น ขนาดอนุภาคของผลิตภัณฑ์จะลดลง การกระจายขนาดอนุภาคจะแคบลง และความเป็นผลึกจะเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม ความสามารถในการขัดเงาของแก้วทั้งสามชนิดแสดงค่าสูงสุดระหว่าง 900℃ ถึง 1000℃ ดังนั้นจึงเชื่อว่าอัตราการกำจัดสารบนพื้นผิวแก้วในระหว่างกระบวนการขัดเงาได้รับผลกระทบอย่างมากจากขนาดอนุภาค ความเป็นผลึก และกิจกรรมพื้นผิวของผงขัดเงา