О неорганических материалах – оксид церия
Оксид церияОксид церия — неорганическое вещество с химической формулой CeO₂. Это бледно-желтый или желтовато-коричневый порошок с плотностью 7,13 г/см₃ и температурой плавления 2397 °C. Он нерастворим в воде и щелочах, но слабо растворим в кислотах. При температуре 2000 °C и давлении 15 МПа оксид церия может быть восстановлен водородом с образованиемтриоксид церияПри температурах от 2000°C до давления выше 5 МПа оксид церия приобретает желтовато-красноватый, иногда розовый цвет. Он используется в качестве полирующего материала, катализатора, носителя катализатора (добавки), поглотителя УФ-излучения, электролита топливных элементов, поглотителя выхлопных газов автомобилей и электронной керамики.
I. Применение
Окислитель. Катализатор органических реакций. Стандарт редкоземельных металлов для анализа стали. Анализ методом окислительно-восстановительного титрования. Обесцвечивание стекла. Солнцезащитное средство для стеклянной эмали. Термостойкий сплав.
Используется в качестве добавки в стекольной промышленности, в качестве шлифовального материала для листового стекла, а также в косметике в качестве ингибитора УФ-излучения. Его применение расширилось и теперь включает полировку стекла для очков, оптических линз и электронно-лучевых трубок, обеспечивая обесцвечивание, осветление и поглощение ультрафиолетового и электронного излучения.
II. Влияние редкоземельных элементов
1. Редкоземельные элементыЭффект полировки
Полировальные порошки на основе редкоземельных элементов обладают преимуществами высокой скорости полировки, высокого качества поверхности и длительного срока службы. По сравнению с традиционными полировальными порошками на основе оксида железа, они экологически безопасны и легко удаляются с поверхностей, загрязненных примесями.Полировальные порошки на основе оксида церияПолировка линз с использованием редкоземельных элементов занимает одну минуту, в то время как полировальным порошкам на основе оксида железа требуется от 30 до 60 минут. Таким образом, полировальные порошки на основе редкоземельных элементов обладают преимуществами низкой дозировки, высокой скорости полировки и высокой эффективности полировки. Они также могут улучшить качество полировки и условия эксплуатации. Полировальные порошки для стекла на основе редкоземельных элементов обычно изготавливаются из оксидов, богатых церием. Оксид церия является чрезвычайно эффективным полировальным составом, поскольку он может полировать стекло одновременно за счет химического разложения и механического трения. Полировальные порошки на основе редкоземельных элементов и церия широко используются для полировки фотоаппаратов, объективов видеокамер, кинескопов телевизоров, линз очков и в других областях. В моей стране действуют десятки заводов по производству полировальных порошков на основе редкоземельных элементов, более десяти из которых имеют производственную мощность более 100 тонн. Компания Baotou Tianjiao Qingmei Rare Earth Polishing Powder Co., Ltd., китайско-иностранное совместное предприятие, является одним из крупнейших производителей полировальных порошков на основе редкоземельных элементов в моей стране, с годовой производственной мощностью 1200 тонн. Ее продукция продается как внутри страны, так и за рубежом.
2. Обесцвечивание стекла
Все виды стекла содержат оксид железа, который может попадать в стекло через сырье, песок, известняк и стеклобой в составе стеклобойной смеси. Он существует в двух формах: двухвалентное железо, которое окрашивает стекло в темно-синий цвет, и трехвалентное железо, которое окрашивает его в желтый цвет. Обесцвечивание включает окисление ионов двухвалентного железа до трехвалентного, поскольку интенсивность цвета трехвалентного железа составляет лишь одну десятую от интенсивности цвета двухвалентного железа. Затем добавляется корректор цвета для нейтрализации цвета до светло-зеленого.
В качестве редкоземельных элементов для обесцвечивания стекла используются в основном оксид церия и оксид неодима. Редкоземельные обесцвечивающие вещества для стекла заменяют традиционные белые обесцвечивающие вещества на основе мышьяка, повышая эффективность и предотвращая загрязнение мышьяком. Оксид церия обладает преимуществами высокой термостойкости, низкой стоимости и не поглощает видимый свет при обесцвечивании стекла.
3.Окрашивание стекла
Ионы редкоземельных элементов проявляют стабильные, яркие цвета при высоких температурах и используются для создания различных цветных стекол путем добавления их в жидкости. Оксиды редкоземельных элементов, такие как неодим, празеодим, эрбий и церий, являются превосходными красителями для стекла. Когда прозрачное стекло с этими красителями поглощает видимый свет в диапазоне от 400 до 700 нанометров, оно демонстрирует красивые цвета. Эти цветные стекла могут использоваться для создания защитных покрытий для индикаторных ламп в авиации, навигации и различных транспортных средствах, а также для различных высококачественных художественных украшений.
При добавлении оксида неодима к натриево-кальциевому и свинцовому стеклу глубина цвета стекла зависит от толщины, содержания неодима и интенсивности источника света. Тонкое стекло приобретает бледно-розовый оттенок, а более толстое – синевато-фиолетовый. Это явление известно как дихроизм неодима. Оксид празеодима дает зеленый цвет, похожий на цвет хрома. Оксид эрбия, используемый в фотохромном и хрустальном стекле, дает розовый оттенок. Оксид церия в сочетании с диоксидом титана создает желтый оттенок. Оксид празеодима и оксид неодима могут использоваться в празеодимово-неодимовом черном стекле.
4. Осветлители на основе редкоземельных элементов
Вместо традиционного оксида мышьяка в качестве осветлителя стекла используется оксид церия для удаления пузырьков и следов красящих веществ. Это особенно эффективно при производстве бесцветных стеклянных бутылок, в результате чего получается кристально белое стекло с превосходной прозрачностью, повышенной прочностью и улучшенной термостойкостью. Кроме того, это исключает загрязнение окружающей среды и самого стекла мышьяком.
Кроме того,оксид церияОксид неодима можно добавлять в обычное стекло, например, в архитектурное и автомобильное стекло, а также в хрустальное стекло, для снижения пропускания УФ-излучения. Это применение широко распространено в Японии и США. С повышением уровня жизни в моей стране ожидается, что оно также найдет прочный рынок сбыта. Оксид неодима, добавляемый в стекло электронно-лучевых трубок, устраняет дисперсию красного света и повышает прозрачность. К специальным стеклам с добавками редкоземельных элементов относятся: лантановое стекло, благодаря высокому показателю преломления и низкой дисперсии, широко используется в производстве различных линз и современных объективов для фото- и видеокамер, особенно для оборудования для высотной фотосъемки; цериевое радиационно-стойкое стекло, используемое в автомобильном и телевизионном стекле; и неодимовое стекло, идеальный материал для больших лазеров, в первую очередь в устройствах управляемого ядерного синтеза.