در سالهای اخیر، کاربرد واکنشگرهای لانتانید در سنتز آلی به طور چشمگیری توسعه یافته است. در میان آنها، مشخص شده است که بسیاری از واکنشگرهای لانتانید در واکنش تشکیل پیوند کربن-کربن، کاتالیز انتخابی واضحی دارند. در عین حال، مشخص شده است که بسیاری از واکنشگرهای لانتانید در واکنشهای اکسیداسیون آلی و واکنشهای کاهش آلی برای تبدیل گروههای عاملی، ویژگیهای بسیار خوبی دارند. استفاده از عناصر خاکی کمیاب در کشاورزی، یک دستاورد تحقیقاتی علمی با ویژگیهای چینی است که پس از سالها تلاش سخت توسط محققان علمی و فناوری چینی به دست آمده و به عنوان یک اقدام مهم برای افزایش تولید کشاورزی در چین، به شدت ترویج شده است. کربنات عناصر خاکی کمیاب به راحتی در اسید حل میشود تا نمکها و دی اکسید کربن مربوطه را تشکیل دهد، که میتواند به راحتی در سنتز نمکها و کمپلکسهای مختلف عناصر خاکی کمیاب بدون ایجاد ناخالصیهای آنیونی مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان مثال، میتواند با اسیدهای قوی مانند اسید نیتریک، اسید هیدروکلریک، اسید نیتریک، اسید پرکلریک و اسید سولفوریک واکنش دهد تا نمکهای محلول در آب را تشکیل دهد. با اسید فسفریک و اسید هیدروفلوئوریک واکنش داده و به فسفاتها و فلورایدهای عناصر خاکی کمیاب نامحلول تبدیل شود. با بسیاری از اسیدهای آلی واکنش داده و ترکیبات آلی کمیاب مربوطه را تشکیل میدهند. آنها میتوانند کاتیونهای کمپلکس محلول یا آنیونهای کمپلکس باشند، یا ترکیبات خنثی با محلولیت کمتر، بسته به مقدار محلول، رسوب کنند. از سوی دیگر، کربنات عناصر کمیاب را میتوان با کلسیناسیون به اکسیدهای مربوطه تجزیه کرد که میتوانند مستقیماً در تهیه بسیاری از مواد جدید عناصر کمیاب مورد استفاده قرار گیرند. در حال حاضر، تولید سالانه کربنات عناصر کمیاب در چین بیش از 10،000 تن است که بیش از یک چهارم کل کالاهای عناصر کمیاب را تشکیل میدهد، که نشان میدهد تولید و کاربرد صنعتی کربنات عناصر کمیاب نقش بسیار مهمی در توسعه صنعت عناصر کمیاب دارد.
کربنات سریم یک ترکیب معدنی با فرمول شیمیایی C3Ce2O9، وزن مولکولی 460، logP برابر با -7.40530، PSA برابر با 198.80000، نقطه جوش 333.6 درجه سانتیگراد در 760 میلی متر جیوه و نقطه اشتعال 169.8 درجه سانتیگراد است. در تولید صنعتی عناصر خاکی کمیاب، کربنات سریم یک ماده اولیه واسطه برای تهیه محصولات مختلف سریم مانند نمکهای مختلف سریم و اکسید سریم است. این ماده کاربردهای گستردهای دارد و یک محصول مهم خاکی کمیاب سبک است. کریستال کربنات سریم هیدراته دارای ساختاری از نوع لانتانت است و عکس SEM آن نشان میدهد که شکل اولیه کریستال کربنات سریم هیدراته پوسته پوسته است و پوستهها توسط برهمکنشهای ضعیف به هم متصل شدهاند تا ساختاری گلبرگ مانند تشکیل دهند و ساختار آن سست است، بنابراین تحت عمل نیروی مکانیکی به راحتی به قطعات کوچک تقسیم میشود. کربنات سریم که به طور مرسوم در صنعت تولید میشود، در حال حاضر تنها ۴۲ تا ۴۶ درصد از کل عناصر کمیاب خاکی را پس از خشک شدن داراست که این امر راندمان تولید کربنات سریم را محدود میکند.
نوعی مصرف کم آب، کیفیت پایدار، کربنات سریم تولید شده نیازی به خشک شدن یا خشک شدن پس از خشک شدن گریز از مرکز ندارد و مقدار کل عناصر خاکی کمیاب میتواند به ۷۲٪ تا ۷۴٪ برسد و این فرآیند ساده و یک فرآیند تک مرحلهای برای تهیه کربنات سریم با مقدار کل بالای عناصر خاکی کمیاب است. طرح فنی زیر اتخاذ شده است: از یک روش تک مرحلهای برای تهیه کربنات سریم با مقدار کل بالای عناصر خاکی کمیاب استفاده میشود، یعنی محلول خوراک سریم با غلظت جرمی CeO240-90g/L در دمای ۹۵ تا ۱۰۵ درجه سانتیگراد گرم میشود و بیکربنات آمونیوم تحت هم زدن مداوم برای رسوب کربنات سریم اضافه میشود. مقدار بیکربنات آمونیوم طوری تنظیم میشود که مقدار pH مایع خوراک در نهایت به ۶.۳ تا ۶.۵ تنظیم شود و سرعت افزودن مناسب است تا مایع خوراک از ناودان خارج نشود. محلول خوراک سریم حداقل یکی از محلولهای آبی کلرید سریم، محلول آبی سولفات سریم یا محلول آبی نیترات سریم است. تیم تحقیق و توسعه شرکت UrbanMines Tech. Co., Ltd. با افزودن بیکربنات آمونیوم جامد یا محلول آبی بیکربنات آمونیوم، روش سنتز جدیدی را اتخاذ میکند.
کربنات سریم میتواند برای تهیه اکسید سریم، دی اکسید سریم و سایر نانومواد استفاده شود. کاربردها و مثالها به شرح زیر است:
۱. یک شیشه بنفش ضد تابش که به شدت اشعه ماوراء بنفش و بخش زرد نور مرئی را جذب میکند. بر اساس ترکیب شیشه فلوت معمولی سودا-لایم-سیلیکا، این شیشه شامل مواد اولیه زیر با درصد وزنی است: سیلیس ۷۲ تا ۸۲٪، اکسید سدیم ۶ تا ۱۵٪، اکسید کلسیم ۴ تا ۱۳٪، اکسید منیزیم ۲ تا ۸٪، آلومینا ۰ تا ۳٪، اکسید آهن ۰.۰۵ تا ۰.۳٪، کربنات سریم ۰.۱ تا ۳٪، کربنات نئودیمیوم ۰.۴ تا ۱.۲٪، دی اکسید منگنز ۰.۵ تا ۳٪. شیشه با ضخامت ۴ میلیمتر، عبور نور مرئی بیش از ۸۰٪، عبور نور ماوراء بنفش کمتر از ۱۵٪ و عبور در طول موجهای ۵۶۸ تا ۵۹۰ نانومتر کمتر از ۱۵٪ دارد.
۲. یک رنگ گرماگیر و صرفهجوییکننده در انرژی، که با مخلوط کردن یک پرکننده و یک ماده تشکیلدهنده فیلم تشکیل میشود و پرکننده با مخلوط کردن مواد اولیه زیر به صورت قطعات وزنی تشکیل میشود: ۲۰ تا ۳۵ قسمت دیاکسید سیلیکون و ۸ تا ۲۰ قسمت اکسید آلومینیوم، ۴ تا ۱۰ قسمت اکسید تیتانیوم، ۴ تا ۱۰ قسمت زیرکونیا، ۱ تا ۵ قسمت اکسید روی، ۱ تا ۵ قسمت اکسید منیزیم، ۰.۸ تا ۵ قسمت کاربید سیلیکون، ۰.۰۲ تا ۰.۵ قسمت اکسید ایتریم و ۰.۰۱ تا ۱.۵ قسمت اکسید کروم. قطعات، ۰.۰۱-۱.۵ قسمت کائولن، ۰.۰۱-۱.۵ قسمت مواد خاکی کمیاب، ۰.۸-۵ قسمت کربن سیاه، اندازه ذرات هر ماده اولیه ۱-۵ میکرومتر است. که در آن، مواد خاکی کمیاب شامل 0.01-1.5 قسمت کربنات لانتانیم، 0.01-1.5 قسمت کربنات سریم، 1.5 قسمت کربنات پرازئودیمیوم، 0.01 تا 1.5 قسمت کربنات پرازئودیمیوم، 0.01 تا 1.5 قسمت کربنات نئودیمیوم و 0.01 تا 1.5 قسمت نیترات پرومتیوم است. ماده تشکیل دهنده فیلم، کربنات سدیم پتاسیم است. کربنات سدیم پتاسیم با وزن یکسانی از کربنات پتاسیم و کربنات سدیم مخلوط میشود. نسبت اختلاط وزنی پرکننده و ماده تشکیل دهنده فیلم 2.5:7.5، 3.8:6.2 یا 4.8:5.2 است. علاوه بر این، نوعی روش تهیه رنگ گرماگیر و کم مصرف با مراحل زیر مشخص میشود:
مرحله 1، آمادهسازی پرکننده، ابتدا 20 تا 35 قسمت سیلیس، 8 تا 20 قسمت آلومینا، 4 تا 10 قسمت اکسید تیتانیوم، 4 تا 10 قسمت زیرکونیا و 1 تا 5 قسمت اکسید روی را بر حسب وزن وزن کنید. 1 تا 5 قسمت اکسید منیزیم، 0.8 تا 5 قسمت کاربید سیلیکون، 0.02 تا 0.5 قسمت اکسید ایتریم، 0.01 تا 1.5 قسمت تری اکسید کروم، 0.01 تا 1.5 قسمت کائولن، 0.01 تا 1.5 قسمت مواد خاکی کمیاب و 0.8 تا 5 قسمت کربن سیاه، و سپس به طور یکنواخت در میکسر مخلوط کنید تا پرکننده به دست آید. که در آن، مواد خاکی کمیاب شامل 0.01-1.5 قسمت کربنات لانتانیم، 0.01-1.5 قسمت کربنات سریم، 0.01-1.5 قسمت کربنات پراسئودیمیوم، 0.01-1.5 قسمت کربنات نئودیمیوم و 0.01 تا 1.5 قسمت نیترات پرومتیوم است.
مرحله 2، آمادهسازی ماده تشکیلدهنده فیلم، ماده تشکیلدهنده فیلم، کربنات پتاسیم سدیم است؛ ابتدا کربنات پتاسیم و کربنات سدیم را به ترتیب وزن کنید و سپس آنها را به طور مساوی مخلوط کنید تا ماده تشکیلدهنده فیلم به دست آید؛ کربنات پتاسیم سدیم همان وزن کربنات پتاسیم و کربنات سدیم است که با هم مخلوط میشوند؛
مرحله 3، نسبت اختلاط وزنی پرکننده و فیلم 2.5: 7.5، 3.8: 6.2 یا 4.8: 5.2 است و مخلوط به طور یکنواخت مخلوط و پراکنده میشود تا مخلوطی حاصل شود.
در مرحله ۴، مخلوط به مدت ۶ تا ۸ ساعت آسیاب گلولهای میشود و سپس محصول نهایی با عبور از یک الک به دست میآید و مش این الک ۱ تا ۵ میکرومتر است.
۳. تهیه اکسید سریم فوق ریز: با استفاده از کربنات سریم هیدراته به عنوان پیش ماده، اکسید سریم فوق ریز با اندازه ذرات متوسط کمتر از ۳ میکرومتر با آسیاب گلولهای مستقیم و کلسیناسیون تهیه شد. محصولات به دست آمده همگی ساختار فلوریت مکعبی دارند. با افزایش دمای کلسیناسیون، اندازه ذرات محصولات کاهش مییابد، توزیع اندازه ذرات باریکتر میشود و بلورینگی افزایش مییابد. با این حال، توانایی صیقلکاری سه شیشه مختلف حداکثر مقدار بین ۹۰۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد را نشان داد. بنابراین، اعتقاد بر این است که میزان حذف مواد سطح شیشه در طول فرآیند صیقلکاری به شدت تحت تأثیر اندازه ذرات، بلورینگی و فعالیت سطحی پودر صیقلدهنده قرار میگیرد.