مركب سحري من العناصر الأرضية النادرة: أكسيد السيريوم

أكسيد السيريومالصيغة الجزيئية هيثاني أكسيد السيريومالاسم الصيني المستعار:أكسيد السيريوم (IV)الوزن الجزيئي: ١٧٢٫١١٥٠٠. يُستخدم كمواد تلميع، ومحفز، وحامل (مساعد) للمحفز، وممتص للأشعة فوق البنفسجية، ومحلول إلكتروليت لخلايا الوقود، وممتص لعوادم السيارات، والسيراميك الكهربائي، إلخ.

الخاصية الكيميائية

عند درجة حرارة ٢٠٠٠ درجة مئوية وضغط ١٥ ميجا باسكال، يُمكن الحصول على أكسيد السيريوم الثلاثي عن طريق اختزاله بالهيدروجين. عند درجة حرارة ٢٠٠٠ درجة مئوية وضغط ٥ ميجا باسكال، يكون لون أكسيد السيريوم أصفر فاتحًا، وأحمر فاتحًا، وورديًا.

الممتلكات المادية

المنتجات النقية عبارة عن مسحوق أبيض ثقيل أو بلورات مكعبة، في حين أن المنتجات غير النقية تكون صفراء فاتحة أو حتى وردية إلى بنية حمراء (بسبب وجود كميات ضئيلة من اللانثانوم والبراسيوديميوم وما إلى ذلك).

الكثافة 7.13 جم/سم3، نقطة الانصهار 2397 درجة مئوية، نقطة الغليان 3500 درجة مئوية.

غير قابلة للذوبان في الماء والقلويات، قابلة للذوبان بشكل طفيف في الأحماض.

سام، الجرعة المميتة المتوسطة (للفئران، عن طريق الفم) حوالي 1 جرام / كجم.

طريقة الإنتاج

طريقة إنتاج أكسيد السيريوم هي بشكل أساسي ترسيب حمض الأكساليك، أي أخذ كلوريد السيريوم أو محلول نترات السيريوم كمواد خام، وضبط قيمة الرقم الهيدروجيني إلى 2 مع حمض الأكساليك، وإضافة الأمونيا لترسيب أكسالات السيريوم، والتسخين، والنضج، والفصل، والغسل، والتجفيف عند 110 درجة مئوية، والحرق عند 900 ~ 1000 درجة مئوية لتكوين أكسيد السيريوم.

CeCl2+H2C2O4+2NH4OH → CeC2O4+2H2O+2NH4Cl

طلب

عوامل مؤكسدة. محفزات للتفاعلات العضوية. استخدام عينات قياسية من معادن أرضية نادرة لتحليل الفولاذ. تحليل معايرة الأكسدة والاختزال. زجاج متغير اللون. مظلة شمسية من مينا الزجاج. سبيكة مقاومة للحرارة.

يُستخدم كمادة مضافة في صناعة الزجاج، ومادة لطحن الزجاج المسطح، ومادة مقاومة للأشعة فوق البنفسجية في مستحضرات التجميل. وُسِّع نطاق استخدامه حاليًا ليشمل طحن النظارات، والعدسات البصرية، وأنابيب الصور، حيث يلعب دورًا في إزالة اللون، والتوضيح، وامتصاص الأشعة فوق البنفسجية للزجاج، وامتصاص الخطوط الإلكترونية.

تأثير تلميع العناصر الأرضية النادرة

يتميز مسحوق تلميع المعادن النادرة بسرعة تلميع عالية، ونعومة عالية، وعمر افتراضي طويل. وبالمقارنة مع مسحوق التلميع التقليدي - مسحوق الحديد الأحمر - فهو لا يُلوث البيئة، ويسهل إزالته من الجسم الملتصق. يستغرق تلميع العدسات باستخدام مسحوق أكسيد السيريوم دقيقة واحدة، بينما يستغرق استخدام مسحوق أكسيد الحديد من 30 إلى 60 دقيقة. لذلك، يتميز مسحوق تلميع المعادن النادرة بجرعة منخفضة، وسرعة تلميع عالية، وكفاءة عالية. كما أنه قادر على تغيير جودة التلميع وبيئة التشغيل. بشكل عام، يستخدم مسحوق تلميع زجاج المعادن النادرة بشكل أساسي أكاسيد غنية بالسيريوم. ويعود سبب فعالية أكسيد السيريوم في تلميع الزجاج إلى قدرته على التحلل الكيميائي والاحتكاك الميكانيكي في آن واحد. يُستخدم مسحوق تلميع السيريوم على نطاق واسع في تلميع الكاميرات، وعدسات الكاميرات، وأنابيب التلفزيون، والنظارات، وغيرها. يوجد حاليًا العشرات من مصانع مسحوق تلميع المعادن النادرة في الصين، بطاقة إنتاجية تزيد عن عشرة أطنان. تعد شركة Baotou Tianjiao Qingmei Rare Earth Polishing Powder المحدودة، وهي مشروع مشترك صيني أجنبي، حاليًا واحدة من أكبر مصانع مسحوق تلميع العناصر الأرضية النادرة في الصين، مع قدرة إنتاج سنوية تبلغ 1200 طن ومنتجات تباع محليًا ودوليًا.

إزالة لون الزجاج

يحتوي الزجاج على أكسيد الحديد، الذي يمكن استخلاصه من المواد الخام والرمل والحجر الجيري والزجاج المكسور في مكونات الزجاج. يوجد أكسيد الحديد على شكلين: الأول حديد ثنائي التكافؤ، الذي يُحوّل لون الزجاج إلى الأزرق الداكن، والثاني حديد ثلاثي التكافؤ، الذي يُحوّل لون الزجاج إلى الأصفر. يُعرّف تغير اللون بأنه أكسدة أيونات الحديد ثنائي التكافؤ إلى حديد ثلاثي التكافؤ، لأن كثافة لون الحديد ثلاثي التكافؤ لا تتجاوز عُشر كثافة الحديد ثنائي التكافؤ. ثم يُضاف مُلوّن لمعادلة اللون إلى لون أخضر فاتح.

العناصر الأرضية النادرة المستخدمة في إزالة لون الزجاج هي أساسًا أكسيد السيريوم وأكسيد النيوديميوم. استبدال عامل إزالة لون الزرنيخ الأبيض التقليدي بعامل إزالة لون الزجاج من العناصر الأرضية النادرة لا يُحسّن الكفاءة فحسب، بل يُجنّب أيضًا تلوث الزرنيخ الأبيض. يتميز أكسيد السيريوم المستخدم في إزالة لون الزجاج بمزايا مثل الأداء المستقر في درجات الحرارة العالية، والسعر المنخفض، وعدم امتصاص الضوء المرئي.

تلوين الزجاج

تتميز أيونات العناصر الأرضية النادرة بألوانها الثابتة والزاهية عند درجات الحرارة العالية، وتُستخدم لدمجها في المادة لتصنيع أنواع مختلفة من الزجاج الملون. تُعد أكاسيد العناصر الأرضية النادرة، مثل النيوديميوم والبراسيوديميوم والإربيوم والسيريوم، مُلوِّنات زجاجية ممتازة. عندما يمتص الزجاج الشفاف المُلوِّن للعناصر الأرضية النادرة الضوء المرئي بأطوال موجية تتراوح بين 400 و700 نانومتر، فإنه يُظهر ألوانًا جميلة. يمكن استخدام هذا الزجاج الملون في صناعة أغطية مصابيح مؤشرات الطيران والملاحة، ومركبات النقل المختلفة، والديكورات الفنية الراقية.

عند إضافة أكسيد النيوديميوم إلى زجاج الصوديوم والكالسيوم والرصاص، يعتمد لون الزجاج على سُمكه، ومحتواه من النيوديميوم، وشدة مصدر الضوء. يكون لون الزجاج الرقيق ورديًا فاتحًا، بينما يكون لون الزجاج السميك أزرق بنفسجي. تُسمى هذه الظاهرة ازدواجية لون النيوديميوم؛ يُنتج أكسيد البراسيوديميوم لونًا أخضرًا يُشبه لون الكروم؛ ويكون أكسيد الإربيوم الثلاثي ورديًا عند استخدامه في زجاج الفوتوكرومية والزجاج البلوري؛ ويُنتج مزيج أكسيد السيريوم وثاني أكسيد التيتانيوم لونًا أصفر. يُمكن استخدام أكسيد البراسيوديميوم وأكسيد النيوديميوم في زجاج البراسيوديميوم الأسود.

مُصفّي العناصر الأرضية النادرة

إن استخدام أكسيد السيريوم، بدلاً من أكسيد الزرنيخ التقليدي، كعامل توضيح للزجاج لإزالة الفقاعات والعناصر الملونة، له تأثير كبير على تحضير الزجاجات الزجاجية عديمة اللون. يتميز المنتج النهائي بتألق بلوري أبيض، وشفافية جيدة، ومتانة زجاج مُحسّنة ومقاومته للحرارة. كما أنه يُقلل من تلوث البيئة والزجاج بالزرنيخ.

بالإضافة إلى ذلك، فإن إضافة أكسيد السيريوم إلى الزجاج المستخدم يوميًا، مثل زجاج المباني والسيارات والكريستال، يمكن أن يقلل من نفاذية الأشعة فوق البنفسجية، وقد تم الترويج لهذا الاستخدام في اليابان والولايات المتحدة. ومع تحسن جودة الحياة في الصين، سيتوفر سوق جيد أيضًا. إضافة أكسيد النيوديميوم إلى الغلاف الزجاجي لأنبوب الصور يمكن أن يمنع تشتت الضوء الأحمر ويزيد من الوضوح. تشمل أنواع الزجاج الخاصة المُضاف إليها عناصر أرضية نادرة زجاج اللانثانوم، الذي يتميز بمعامل انكسار عالٍ وخصائص تشتت منخفضة، ويُستخدم على نطاق واسع في تصنيع مختلف العدسات والكاميرات المتقدمة وعدسات الكاميرات، وخاصةً لأجهزة التصوير الفوتوغرافي عالية الارتفاع؛ وزجاج سي إي المقاوم للإشعاع، المستخدم في زجاج السيارات وأغلفة زجاج التلفزيون؛ ويُستخدم زجاج النيوديميوم كمادة ليزر، وهو المادة المثالية لليزر العملاق، المستخدم بشكل رئيسي في أجهزة الاندماج النووي المُتحكم بها.