สารประกอบธาตุหายากมหัศจรรย์: ซีเรียมออกไซด์

ซีเรียมออกไซด์, สูตรโมเลกุลคือซีโอ2, ชื่อเล่นภาษาจีน:ซีเรียม(IV)ออกไซด์น้ำหนักโมเลกุล: 172.11500 สามารถใช้เป็นวัสดุขัดเงา ตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวพาตัวเร่งปฏิกิริยา (ตัวช่วย) ตัวดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลต อิเล็กโทรไลต์เซลล์เชื้อเพลิง ตัวดูดซับไอเสียรถยนต์ อิเล็กโทรเซรามิกส์ ฯลฯ

คุณสมบัติทางเคมี

ที่อุณหภูมิ 2,000 ℃ และความดัน 15 MPa ซีเรียม (III) ออกไซด์สามารถได้จากการรีดิวซ์ไฮโดรเจนของซีเรียมออกไซด์ เมื่ออุณหภูมิอยู่ที่ 2,000 ℃ และความดันอยู่ที่ 5 MPa ซีเรียมออกไซด์จะมีสีเหลืองเล็กน้อย สีแดงเล็กน้อย และสีชมพู

ทรัพย์สินทางกายภาพ

ผลิตภัณฑ์บริสุทธิ์จะเป็นผงสีขาวหนักหรือผลึกลูกบาศก์ ในขณะที่ผลิตภัณฑ์ที่ไม่บริสุทธิ์จะเป็นสีเหลืองอ่อนหรือแม้กระทั่งสีชมพูจนถึงสีน้ำตาลแดง (เนื่องจากมีแลนทานัม เพรซีโอไดเมียม ฯลฯ อยู่เป็นจำนวนเล็กน้อย)

ความหนาแน่น 7.13g/cm3 จุดหลอมเหลว 2397 ℃ จุดเดือด 3500 ℃

ไม่ละลายในน้ำและด่าง ละลายได้เล็กน้อยในกรด

เป็นพิษ ปริมาณเฉลี่ยที่ทำให้ถึงแก่ชีวิต (หนู รับประทาน) คือประมาณ 1 กรัม/กิโลกรัม

วิธีการผลิต

วิธีการผลิตซีเรียมออกไซด์เป็นหลักโดยการตกตะกอนกรดออกซาลิก นั่นคือ การนำซีเรียมคลอไรด์หรือสารละลายซีเรียมไนเตรตเป็นวัตถุดิบ ปรับค่า pH เป็น 2 ด้วยกรดออกซาลิก เติมแอมโมเนียเพื่อตกตะกอนซีเรียมออกซาเลต จากนั้นจึงให้ความร้อน การทำให้สุก การแยก การซัก การทำให้แห้งที่ 110 องศาเซลเซียส และการเผาที่ 900~1000 องศาเซลเซียส เพื่อสร้างซีเรียมออกไซด์

ซีซีCl2+H2C2O4+2NH4OH → ซีซีC2O4+2H2O+2NH4Cl

แอปพลิเคชัน

ตัวออกซิไดซ์ ตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับปฏิกิริยาอินทรีย์ ใช้ตัวอย่างมาตรฐานของโลหะหายากสำหรับการวิเคราะห์เหล็ก การวิเคราะห์ไทเทรตรีดอกซ์ กระจกที่มีสีผิดปกติ กระจกเคลือบอีนาเมล โลหะผสมที่ทนความร้อน

ใช้เป็นสารเติมแต่งในอุตสาหกรรมแก้ว เป็นวัสดุเจียรสำหรับแผ่นกระจก และเป็นสารต้านแสงยูวีในเครื่องสำอาง ปัจจุบันได้มีการขยายขอบเขตการใช้งานให้ครอบคลุมถึงการเจียรแว่นตา เลนส์ออปติก และหลอดภาพ โดยมีบทบาทในการทำให้สีจางลง ชี้แจง ดูดซับแสงยูวีของกระจก และดูดซับสายไฟฟ้า

ผลการขัดเงาแร่ธาตุหายาก

ผงขัดแรร์เอิร์ธมีข้อดีคือขัดได้เร็ว เรียบเนียน และอายุการใช้งานยาวนาน เมื่อเปรียบเทียบกับผงขัดแบบเดิมอย่างผงเหล็กสีแดงแล้ว ผงขัดแรร์เอิร์ธจะไม่ก่อให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมและขจัดคราบสกปรกออกจากวัตถุที่ติดได้ง่าย การขัดเลนส์ด้วยผงขัดซีเรียมออกไซด์ใช้เวลาเพียง 1 นาที ในขณะที่การใช้ผงขัดเหล็กออกไซด์ใช้เวลา 30-60 นาที ดังนั้น ผงขัดแรร์เอิร์ธจึงมีข้อดีคือใช้ปริมาณน้อย ขัดได้เร็ว และประสิทธิภาพการขัดสูง และสามารถเปลี่ยนคุณภาพการขัดและสภาพแวดล้อมการทำงานได้ โดยทั่วไป ผงขัดกระจกแรร์เอิร์ธใช้ซีเรียมออกไซด์ในปริมาณมากเป็นหลัก เหตุผลที่ซีเรียมออกไซด์เป็นสารประกอบขัดที่มีประสิทธิภาพอย่างยิ่งก็เพราะสามารถขัดกระจกได้พร้อมกันทั้งจากการสลายตัวทางเคมีและแรงเสียดทานเชิงกล ผงขัดซีเรียมเอิร์ธใช้กันอย่างแพร่หลายในการขัดกล้อง เลนส์กล้อง หลอดโทรทัศน์ แว่นตา ฯลฯ ปัจจุบันมีโรงงานผงขัดแรร์เอิร์ธหลายสิบแห่งในประเทศจีน โดยมีปริมาณการผลิตมากกว่าสิบตัน บริษัท Baotou Tianjiao Qingmei Rare Earth Polishing Powder Co., Ltd. ซึ่งเป็นบริษัทร่วมทุนระหว่างจีนและต่างประเทศ ปัจจุบันเป็นหนึ่งในโรงงานผลิตผงขัดแร่ธาตุหายากที่ใหญ่ที่สุดในประเทศจีน โดยมีกำลังการผลิตประจำปี 1,200 ตัน และมีผลิตภัณฑ์จำหน่ายในประเทศและต่างประเทศ

การฟอกสีกระจก

กระจกทั้งหมดประกอบด้วยเหล็กออกไซด์ ซึ่งสามารถนำเข้ามาในกระจกได้ผ่านวัตถุดิบ ทราย หินปูน และเศษกระจกในส่วนผสมของกระจก เหล็กออกไซด์มีอยู่ 2 รูปแบบ คือ เหล็กไดวาเลนต์ ซึ่งจะทำให้กระจกมีสีน้ำเงินเข้ม และเหล็กไตรวาเลนต์ ซึ่งจะทำให้กระจกมีสีเหลือง การเปลี่ยนสีเกิดจากการออกซิเดชันของไอออนเหล็กไดวาเลนต์ให้กลายเป็นเหล็กไตรวาเลนต์ เนื่องจากความเข้มของสีของเหล็กไตรวาเลนต์มีเพียงหนึ่งในสิบของเหล็กไดวาเลนต์ จากนั้นจึงเติมโทนเนอร์เพื่อปรับสีให้เป็นกลางเป็นสีเขียวอ่อน

ธาตุหายากที่ใช้ในการฟอกสีกระจก ได้แก่ ซีเรียมออกไซด์และนีโอไดเมียมออกไซด์เป็นหลัก การเปลี่ยนสารฟอกสีสารหนูขาวแบบเดิมด้วยสารฟอกสีกระจกธาตุหายากไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพเท่านั้น แต่ยังช่วยป้องกันมลพิษจากสารหนูขาวอีกด้วย ซีเรียมออกไซด์ที่ใช้ในการฟอกสีกระจกมีข้อดี เช่น ประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิสูงที่เสถียร ราคาถูก และไม่ดูดซับแสงที่มองเห็นได้

การลงสีกระจก

ไอออนของแรร์เอิร์ธมีสีที่เสถียรและสดใสที่อุณหภูมิสูง และใช้ในการผสมเข้ากับวัสดุเพื่อผลิตแก้วสีต่างๆ ออกไซด์ของแรร์เอิร์ธ เช่น นีโอดิเมียม เพรซีโอดิเมียม เออร์เบียม และซีเรียม เป็นสีแก้วที่ยอดเยี่ยม เมื่อแก้วใสที่มีสีแรร์เอิร์ธดูดซับแสงที่มองเห็นได้ซึ่งมีความยาวคลื่นตั้งแต่ 400 ถึง 700 นาโนเมตร ก็จะแสดงสีสันที่สวยงาม แก้วสีเหล่านี้สามารถนำไปใช้ทำโคมไฟบอกทิศทางสำหรับการบินและการเดินเรือ ยานพาหนะขนส่งต่างๆ และการตกแต่งงานศิลปะระดับไฮเอนด์ต่างๆ

เมื่อเติมนีโอไดเมียมออกไซด์ลงในแก้วโซเดียมแคลเซียมและแก้วตะกั่ว สีของแก้วจะขึ้นอยู่กับความหนาของแก้ว ปริมาณนีโอไดเมียม และความเข้มของแหล่งกำเนิดแสง แก้วบางจะมีสีชมพูอ่อน และแก้วหนาจะมีสีม่วงอมน้ำเงิน ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าไดโครอิซึมของนีโอไดเมียมออกไซด์ เพรซีโอไดเมียมออกไซด์จะให้สีเขียวคล้ายกับโครเมียม เออร์เบียม(III)ออกไซด์จะมีสีชมพูเมื่อใช้ในแก้วโฟโตโครอิซึมและแก้วคริสตัล การรวมกันของซีเรียมออกไซด์และไททาเนียมไดออกไซด์ทำให้แก้วมีสีเหลือง เพรซีโอไดเมียมออกไซด์และนีโอไดเมียมออกไซด์สามารถใช้ทำแก้วเพรซีโอไดเมียมนีโอไดเมียมสีดำได้

เครื่องตกตะกอนธาตุหายาก

การใช้ซีเรียมออกไซด์แทนอาร์เซนิกออกไซด์แบบเดิมเป็นตัวทำให้แก้วใสเพื่อขจัดฟองอากาศและธาตุสีเล็กน้อยมีผลอย่างมากต่อการเตรียมขวดแก้วไร้สี ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปมีการเรืองแสงของผลึกสีขาว ความโปร่งใสดี ความแข็งแรงของแก้วและทนความร้อนได้ดีขึ้น ในเวลาเดียวกัน ยังช่วยขจัดมลพิษของอาร์เซนิกต่อสิ่งแวดล้อมและแก้วอีกด้วย

นอกจากนี้การเติมซีเรียมออกไซด์ลงในกระจกในชีวิตประจำวัน เช่น กระจกอาคารและกระจกรถยนต์ กระจกคริสตัล สามารถลดการส่งผ่านของแสงอัลตราไวโอเลตได้ และการใช้งานนี้ได้รับการส่งเสริมในญี่ปุ่นและสหรัฐอเมริกา ด้วยการปรับปรุงคุณภาพชีวิตในจีน ตลาดก็จะดีขึ้นเช่นกัน การเติมออกไซด์ของนีโอไดเมียมลงในเปลือกแก้วของหลอดภาพสามารถกำจัดการกระจายของแสงสีแดงและเพิ่มความคมชัดได้ กระจกพิเศษที่มีการเติมธาตุหายาก ได้แก่ กระจกแลนทานัม ซึ่งมีดัชนีหักเหแสงสูงและลักษณะการกระจายแสงต่ำ และใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตเลนส์ต่างๆ กล้องขั้นสูง และเลนส์กล้อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์ถ่ายภาพระดับสูง กระจกกันรังสีซีอี ใช้สำหรับเปลือกกระจกรถยนต์และกระจกทีวี กระจกนีโอไดเมียมใช้เป็นวัสดุเลเซอร์และเป็นวัสดุที่เหมาะที่สุดสำหรับเลเซอร์ยักษ์ โดยส่วนใหญ่ใช้สำหรับอุปกรณ์ฟิวชันนิวเคลียร์ที่ควบคุม