Металевий церій: властивості, застосування, технологія отримання

Найбільший попит металевий церій отримав у вигляді діоксиду. Основна його частина використовується для виробництва поліруючих порошків. Вони йдуть на знебарвлення та полірування дзеркал, мінеральних лінз, химнестойких скла; володіють хорошими суспензионными якостями, високою ефективністю і чистотою обробки. Поверхні після закінчення роботи не містять подряпин і пошкоджень. Сировиною в Росії для вироблення порошків є лопаритовый концентрат, який постачають з Кольського півострова.

Історичні відомості

Свою назву елемент церій придбав на честь планети Церери. Відкрили його майже одночасно німецький хімік М. Р. Клапрот і двоє шведських колег Ст. Хизингер і Ї. Я. Берцеліус в дев'ятнадцятому столітті. Мінерал отримав назву церит, а хімічний елемент назвали церієм. Будова атома показано на фото.


Хімік К. Р. Мозандер виділив у чистому вигляді цериевую землю в 1839 році, а церій в вигляді металу з допомогою електролізу отримав американський хімік Ф. У. Гиллебранд. Церій – це метал атомної енергетики. Його застосовують як матеріал гарячої зони.

Властивості металу-лантаноида

Хімічний елемент церій є легким рідкоземельних елементом, що належить третій групі в періодичній системі Менделєєва. Він має світло-сірий колір з атомною масою 14012 і температурою плавлення близько 1000 градусів за Цельсієм. Метал володіє високою активністю і в з'єднаннях показує дві валентності 3+ 4+. Він активно вступає в реакцію з азотом, воднем і киснем. Взаємодія з воднем починається при кімнатній температурі і супроводжується виділенням тепла. Реакція йде тим активніше, чим вище температура.


Метал здатний розчинятися в розведених кислотах з виділенням водню. Одним з особливих властивостей церію є його бурхлива реакція з цинком, яка протікає миттєво і закінчується вибухом. На повітрі металу утворюється покриття з дуже тонкої плівки оксиду. Запалюється елемент при температурі понад 300 градусів за Цельсієм, перетворюючись у діоксид. Це порошкове речовина жовтого кольору. При прожарюванні його у водні виходить окис тривалентного церію, яка при взаємодії з лугом стає чотирьохвалентної. Церій – це ковкий і в'язкий метал. Він легко прокочується і при нагріванні витягується в дріт. Знаходиться в залежності від тиску. При стисненні відбувається значне зменшення об'єму і падає електроопір. Це виняткове явище пояснюється появою в електронному хмарі четырехвалентных іонів.

Родовища руд, що містять церій

Чисто церієвих мінералів в природі не існують. Найбільше його містять:

бастнезит. Руда складається з кристалів жовтого, червоного або бурого кольору. Родовища, що знаходяться в США і Китаї, містять більшу частину світових запасів церію. Відомі родовища бастнезитовых руд є також у В'єтнамі та Афганістані;

монацит. Це блискучий мінерал жовто-бурого відтінку. Його родовища сконцентровані в Бразилії, Австрії, Малайзії, Таїланді, США і ПАР. Розсипи монацитового піску є по берегах морів, озер і річок багатьох країн;

лопаритовые руди. Вони є головним джерелом металевого церію в Росії. Головне родовище знаходиться на Кольському півострові.

Порошки для полірування

Основою для них є діоксид церію. Їх в Росії випускають двох марок:

«Оптипол» - полууниверсальный порошок. Склад відмінно проявляє свої властивості при роботі з кристалами, керамікою, плоскими деталями кронових скла-дзеркал, вітринних, автомобільних, борлантановых і химнестойких стекол.

«Фторопол» - універсальний порошок. Він складається з тонко подрібнених кристалічних частинок, що мають коричневий відтінок.

Їм полірують оптичні скла (лінзи далекомірів, як перископи, біноклів), різні дзеркала, лінзи для окулярів, фотошаблони, пластини для напівпровідників, камені для ювелірних виробів і прикрас. Основою порошку є суміш оксифторидов і оксидів рідкоземельних металів.

Світові ціни на церій

Важливі церієві продукти, що знаходяться на ринку продажів, складаються із сплавів, оксидів, карбонатів, ацетатів і деяких інших сполук. Ціна на металевий церій визначається видом продукту і його чистотою. Вартість діоксиду церію, чистота якого 9999 %, за один кілограм дорівнює 295 американських доларів. Порошки, що застосовуються для полірування, бренду «Фторопол» коштують близько 8 а «Оптипол» приблизно 6 доларів за кілограм. Ціна цериевого мішметалла від 14 до 18 доларів за кілограм. На російському ринку оксид церію коштує близько 17000 а церію електролітичного 90 доларів за кілограм.

Застосування церію у вітчизняній промисловості

Вперше в 1884 році був отриманий патент на використання церію. Метал стали застосовувати в газокалильных лампах для збільшення яскравості полум'я світильників. В даний час він знаходить широке застосування:

при невеликих добавках до сплавів, які розтріскуються, поліпшується ковка, прокатка, легко виходять листи, труби та прутки. Метал сприяє модифікуванню сплавів із заліза, магнію, алюмінію, конструкційних сталей, збільшуючи їх міцність і корозійну стійкість;

в якості добавки до чавуну. Тим самим підвищують жидкотекучесть, покращує оброблюваність виливків і фізико-механічні властивості;

у нафтової і хімічної промисловості застосовують у ролі каталізатора, що прискорює час проходження реакції;

в магнітних термометрах;

в атомній техніці використовують скла, що містять церій. Під впливом радіації вони не тьмяніють і захищають персонал;

входить до складу самого ефективного порошку «Поліріта» для дзеркального полірування та оптичного скла;

сплав церію з залізом застосовують як штучний кремень для запальничок;

використовують для варіння кольорових стекол, що мають відтінок від жовтого до оранжевого;

одна з важливих світових сфер застосування церію проявляється у перевірці за відпрацьованими газами автомашин. Цей елемент сприяє видаленню з них діоксиду сірки. Введений до складу каталізаторів церій суттєво вдосконалює і стабілізує роботу при зміні структури вихлопних сумішей;

додають для виготовлення дуже загартованих вогнетривких матеріалів ;

застосовують для виробництва твердотільних потужних акумуляторних батарей, які призначені для електромобілів, комп'ютерів, стільникових телефонів, кіно - і фотоапаратів;

у медицині лікують і запобігають симптоми морської хвороби. У стоматології використовують цериевую сталь і кераміку.

Технологія отримання церію

При переробці концентратів, що містять рідкісноземельні метали, на початковому етапі відокремлюють легкі елементи від важких і тільки потім виділяють необхідний метал. Отримують церій з руд, частіше, з монацита за наступною технологією:

осаджують з нітратного розчину гідроксид церію;

фільтрують пульпу;

сушать осад;

прожарюють отриманий оксид.

При цій технології витягують порошковий діоксид церію. У чистому вигляді метал видобувають з допомогою електролізу розплаву. Потім його переплавляють і формують у злитки.

Замість висновку

На зміну мінеральних лінз приходять пластикові. Вони значно легше і більш стійкі, а при виготовленні маловитратні. На світових ринках змінився попит на мінеральне скло. Російський виробник не залишився осторонь. Це посприяло зниженню попиту на продукцію, виготовлену із металевого церію. Вітчизняним заводам-виробникам доводиться орієнтуватися на інший ринок збуту. Вони перейшли на випуск порошків для полірування рідкокристалічних телевізійних екранів і моніторів. Головним споживачем стала Південно-Східна Азія. Крім того, російська продукція надходить і на внутрішній ринок, задовольняючи попит на церієві порошки. Вони використовуються для навігаційної техніки авіації, флоту і оборони. Крім цього, металевий церій йде на виготовлення оптичних покриттів, а також його використовують при виробництві люмінесцентних ламп і кераміки.