基本介紹
- 中文名：鈰鐵
- 外文名：Cerium iron
- 學科：冶金工程
- 領域：冶煉
- 性質：稀土元素
- 作用：引燃
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簡介
鈰鐵是一種稀土元素，具有很高的化學活性，而鈰鐵合金即硬且脆，在打火機鐵輪的摩擦下產生的碎屑比表面積很大，接觸空氣即可燃燒並釋放出大量的熱量——這就是我們打火時看到的火星。當含有一定濃度汽油蒸汽的空氣遇到高溫鈰鐵合金粉的時候，就會被引燃。
金屬鈰
金屬鈰（Ce）具有獨特的物理和化學性質，在鋼鐵，有色金屬及其合金，發火合金，永磁材料和貯氫材料等工業領域中套用廣泛，其發展前景較好。20世紀60年代初期，我國金屬鈰材料的生產走向工業化，70年代鈰的生產技術更加成熟。80 年代初，金屬鈰生產技術有了突破，採用氧化鈰熔鹽電解法製備鈰產品，該技術電流效率和金屬回收率較高’生產作業條件和環保狀況較好。 因此，氧化鈰電解法逐步代替了氯化鈰電解法，金屬鈰的規模化生產躍上了新台階。90年代以來，我國金屬鈰及其稀土混合金屬的生產發展更快。鈰產品除在國內大量傳統套用外，在高科技技術上的使用。（如永磁材料及貯氫材料等的套用）也有更新的進展，出口量激增。因此，我國已成為世界鈰及其稀土混合金屬的生產大國，套用大國和出口大國，並均居全球首位，估計今後仍將維持著這種發展態勢。我國具有十分豐富的鈰資源。據報導，我國鈰的工業儲量約為1600萬t（以鈰計），為今後大力發展鈰品工業創造了優良的基礎條件。
鈰鐵固溶體的製備
鈰鐵固溶體的製備通常包括四個基本步驟：前驅體的合成、前驅體的預處理、前驅體轉化為固溶體、固溶體的後處理。製備方法對飾錯固溶體的比表面積、晶相和氧化還原性能有很大的影響，製備方法最主要的有：共沉澱法、溶膠-凝膠法、水熱合成法、炭模板法、固相法等。
共沉澱法是製備飾鐵固溶體常用的方法，它是用沉澱劑將可溶性的組分轉化為難溶化合物，再經分離、洗滌、乾燥、焙燒等工序得到飾錯固溶體。用沉澱法製備飾鐵固溶體時發現，沉澱劑對固溶體的結構和性能影響較大。沉澱法製備工藝簡單，所製備的固溶體顆粒均勻，便於工業化生產。但由於需經過高溫固相過程，會導致比表面積下降，且在反應過程中粒子易發生團聚。
溶膠-凝膠法是以易於水解的飾、鐵無機鹽為原料，使之在某種溶劑中與水反應，經過水解和縮聚過程逐漸膠化，再經乾燥和焙燒得到飾鐵固溶體。用檸檬酸鹽為前體合成了鈰鐵固溶體並研究其電化學性質。溶膠-凝膠法具有反應溫度低、產物純度高、顆粒小、粒度分布窄、比表面積大等優點;但也存在原料成本高、有污染、反應過程所需時間長等缺點。
水熱合成法是通過金屬或沉澱物與溶劑介質在一定溫度和壓力下發生水熱反應，直接合成化合物粉末。在200℃水熱溫度下得出高度結晶的鈰鐵固溶體。水熱法為前驅體的反應和結晶提供了一個在常壓條件下無法得到的物理和化學環境，製備過程無須高溫處理，避免可能形成的硬團聚，製得的粉體純度高，分散性好，並且污染小，能耗低。但此法對設備的要求苛刻，設備貴，投資大。
固相法也稱為固相化學反應法是一種價廉而又簡易的新方法，是將金屬或金屬氧化物按一定比例充分混合，研磨後進行鍛燒，通過發生固相反應直接製得納米粉末。
固相反應合成法克服了傳統濕法存在的粒子易團聚的缺點，且具有工藝簡單、不需溶劑、反應條件易掌握等優點，工業生產前景樂觀，但是反應往往進行得不完全或過程中可能出現液化現象。
炭模板法主要是指以大比表面積的炭納米為模板，在溶液中利用有機相和無機物種之間的界面作用力，通過納米自組裝技術合成有序介孔材料，常與其他合成方法相結合。用炭材料作模板劑，合成了具有較高比表面積的鈰鐵固溶體，而且通過調節製備條件可以控制顆粒大小。但以表面活性劑為模板，水熱合成鈰鐵的研究未見報導。
表面活性劑在溶液中可以形成很多有序的自組織結構，如膠束、反膠束以及囊泡等，反應物與這些結構相互作用，通過非價鍵力如范德華力，分子極性誘導力等分子識別，從而調節誘導反應的發生。這些有序的微結構還可以作為反應容器，為化學反應提供特殊的微環境，使成核生長過程局限在一個微小的範圍內，調節粒子的大小、形態及結構。當表面活性劑分子的濃度達到臨界膠束濃度（CMC）時，它們將自發組織成棒狀膠束。這些各向異性的結構能被立即用作軟模板，當其與一個恰當的化學或電化學反應結合時能促進納米棒的形成。表面活性分子需要被選擇性地去掉以便得到一個相對純淨的納米棒產物。如金的納米棒可以用CTAB與TOAB形成的棒狀膠束模板來合成。用這種方法合成出具有較好形貌的等離子激元特性的金和銀納米棒。同時，利用籽晶生長原理生產一種可控厚度和形貌的金屬納米棒。在這一典型的合成中，直徑為3-5nm的金或銀的納米粒子作為籽晶加到含棒狀膠束和HAuC14或AgNO3的金屬前驅體的溶液中，當向溶液中加入弱還原劑時，籽晶為在團簇結構範圍內的納米棒的生長提供了成核位置。納米棒的邊長和形貌可以通過改變籽晶和金屬前驅體含量的比率來控制。
鈰鐵複合氧化物製備
以共沉澱法製備的CeO2-Fe2O3氧載體，一部分Fe2O3可以進入CeO2的體相中形成Ce-Fc-O固溶體，而另一部分以微細顆粒形式彌散分布。O2-TPD和HZTPR的檢測結果顯示，該氧載體上存在兩種氧物種：吸附氧（包括弱吸附分子氧和表面晶格氧）和體相晶格氧。弱吸附分子氧極易脫附，參加與甲烷反應的主要為表面晶格氧和體相晶格氧。表面晶格氧易將CH4深度氧化為CO2和H2O，體相晶格氧可將 CH4高選擇性的氧化為CO和H2。循環實驗證明CeO2-Fe2O3氧載體具有優良的Re-dox循環性能，而且通過對循環機制的控制可以有效提高氧載體整體的選擇性。經過10次循環的氧載體上有CeFeO3物相出現，與5次循環的氧載體相比其甲烷轉化率有小幅降低，但CO和H2的選擇性卻有所升高，分別達到98. 83%和98. 64% 。
