Háttér és általános helyzet
RitkaföldfémekA periódusos rendszerben a IIIB szkandium, ittrium és lantán padlólapja található. L7 elem található benne. A ritkaföldfémek egyedi fizikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek, és széles körben használják az iparban, a mezőgazdaságban és más területeken. A ritkaföldfém-vegyületek tisztasága közvetlenül meghatározza az anyagok különleges tulajdonságait. A ritkaföldfém-anyagok különböző tisztaságából kerámiaanyagok, fluoreszkáló anyagok és elektronikus anyagok állíthatók elő, eltérő teljesítménykövetelményekkel. Jelenleg a ritkaföldfém-kitermelési technológia fejlődésével a tiszta ritkaföldfém-vegyületek jó piaci kilátásokat jelentenek, és a nagy teljesítményű ritkaföldfém-anyagok előállítása magasabb követelményeket támaszt a tiszta ritkaföldfém-vegyületekkel szemben. A cériumvegyület széles körben felhasználható, és a legtöbb alkalmazásban hatása összefügg a tisztaságával, fizikai tulajdonságaival és szennyeződés-tartalmával. A ritkaföldfémek eloszlásában a cérium a könnyű ritkaföldfém-források mintegy 50%-át teszi ki. A nagy tisztaságú cérium növekvő alkalmazásával a cériumvegyületek nem ritkaföldfém-tartalom-indexének követelménye egyre magasabb.Cérium-oxidA cerium-oxid CAS-száma 1306-38-3, molekulaképlete CeO2, molekulatömege 172,11; A cerium-oxid a ritkaföldfém cérium legstabilabb oxidja. Szobahőmérsékleten halványsárga szilárd anyag, amely melegítésre sötétedik. A cerium-oxidot széles körben használják lumineszcens anyagokban, katalizátorokban, polírozó porokban, UV-árnyékolásban és egyéb területeken kiváló teljesítménye miatt. Az elmúlt években számos kutató érdeklődését felkeltette. A cerium-oxid előállítása és teljesítménye az utóbbi években a kutatás egyik fő témájává vált.
Gyártási folyamat
1. módszer: Szobahőmérsékleten keverjük, majd 0,1 mol/l-es cérium-szulfát oldathoz 5,0 mol/l-es nátrium-hidroxid oldatot adunk, a pH-értéket 10-nél nagyobbra állítjuk be, és megindul a kicsapódási reakció. Az üledéket kiszivattyúzzuk, többször ioncserélt vízzel mossuk, majd 24 órán át 90 °C-os kemencében szárítjuk. Őrlés és szűrés után (0,1 mm-nél kisebb részecskeméret) cérium-oxidot nyerünk, amelyet száraz, lezárt helyen tárolunk. 2. módszer: Cérium-kloridot vagy cérium-nitrátot veszünk alapanyagként, a pH-értéket ammóniás vízzel 2-re állítjuk be, oxalátot adunk hozzá a cérium-oxalát kicsapásához, majd melegítjük, kikeményítjük, elválasztjuk és mossuk, 110 °C-on szárítjuk, majd 900-1000 °C-on cérium-oxiddá égetjük. A cérium-oxidot a cérium-oxid és a szénpor keverékének 1250 °C-on, szén-monoxid atmoszférában történő melegítésével állítjuk elő.
Alkalmazás
A cerium-oxidot üvegipari adalékanyagként, síküveg-csiszolóanyagokban használják, de kiterjesztették alkalmazását üvegcsiszolásra, optikai lencsékre, kineszkópokra, fehérítésre, derítésre, az ultraibolya sugárzás elnyelésére és elektronikus vezetékek elnyelésére is. Szemüveglencsékhez fényvisszaverődés-gátlóként is használják, a cerium pedig a cerium-titán sárgává teszi az üveget, így az világossárga lesz. A ritkaföldfém oxidációs frontja bizonyos hatással van az üvegkerámia kristályosodására és tulajdonságaira a CaO-MgO-AI2O3-SiO2 rendszerben. A kutatási eredmények azt mutatják, hogy a megfelelő oxidációs front hozzáadása előnyös az üvegfolyadék derítési hatásának javítására, a buborékok eltávolítására, az üvegszerkezet tömörítésére, valamint az anyagok mechanikai tulajdonságainak és lúgállóságának javítására. A cerium-oxid optimális adagolási mennyisége 1,5, ha kerámia mázban és elektronikai iparban piezoelektromos kerámia penetrációs anyagként használják. Nagy aktivitású katalizátorok, gázlámpák izzólámpáinak burkolatai, röntgensugár-fluoreszkáló képernyők (főleg lencsepolírozó szerekben) gyártásához is használják. A ritkaföldfém cérium polírozó port széles körben használják kamerákban, kameralencsékben, televíziók képcsöveiben, lencsékben stb. Üvegipari felhasználásra is alkalmas. A cérium-oxid és a titán-dioxid együttesen sárgára színezhetik az üveget. Az üveg elszíntelenítésére szolgáló cérium-oxid előnyei közé tartozik a stabil teljesítmény magas hőmérsékleten, az alacsony ár és a látható fény elnyelésének hiánya. Ezenkívül a cérium-oxidot az épületekben és autókban használt üveghez adják az ultraibolya fény áteresztőképességének csökkentése érdekében. Ritkaföldfém lumineszcens anyagok előállításához a cérium-oxidot aktivátorként adják az energiatakarékos lámpák lumineszcens anyagaiban használt ritkaföldfém háromszínű foszforokhoz, valamint az indikátorokban és sugárzásdetektorokban használt foszforokhoz. A cérium-oxid a cérium fém előállításának alapanyaga is. Ezenkívül félvezető anyagokban, kiváló minőségű pigmentekben és fényérzékeny üvegszenzibilizátorokban széles körben használják az autóipari kipufogógáz-tisztítókat. Az autóipari kipufogógáz-tisztítás katalizátora főként méhsejt kerámia (vagy fém) hordozóból és felületaktivált bevonatból áll. Az aktivált bevonat nagy felületű gamma-trioxidból, megfelelő mennyiségű, a felületet stabilizáló oxidból és a bevonatban diszpergált katalitikus aktivitású fémből áll. A drága Pt és Rh adagolásának csökkentése, a Pd adagolásának növelése viszonylag olcsó, és a katalizátor költségének csökkentése anélkül, hogy csökkentené az autó kipufogógáz-tisztító katalizátorainak teljesítményét, a különböző teljesítményfeltételek mellett. Az Rh háromkomponensű katalizátor bevonat aktiválása általában teljes immerziós módszerrel történik, bizonyos mennyiségű cérium-oxid és lantán-oxid hozzáadásával, ami kiváló ritkaföldfém katalitikus hatást biztosít. Nemesfém háromkomponensű katalizátor. A lantán-oxidot és a cérium-oxidot segédanyagként használták az A-alumínium-oxid hordozós nemesfém katalizátorok teljesítményének javítására. A kutatás szerint a cérium-oxid és a lantán-oxid katalitikus mechanizmusa elsősorban az aktív bevonat katalitikus aktivitásának javításában, a levegő-üzemanyag arány és a katalízis automatikus beállításában, valamint a hordozó hőstabilitásának és mechanikai szilárdságának javításában rejlik.