無機材料について – 酸化セリウム
酸化セリウムは化学式 CeO₂ で表される無機物質です。淡黄色または黄褐色の粉末で、密度は 7.13 g/cm³、融点は 2397 °C です。水とアルカリには不溶ですが、酸にはわずかに溶けます。2000 °C、15 MPa の条件下では、酸化セリウムは水素で還元され、三酸化セリウム2000℃の温度と5MPa以上の圧力下では、酸化セリウムは黄赤色、時にはピンク色を呈します。研磨材、触媒、触媒担体（添加剤）、紫外線吸収剤、燃料電池用電解質、自動車排気ガス吸収剤、電子セラミックスなどとして利用されています。
Ⅰ．用途
酸化剤。有機反応の触媒。鋼材分析用希土類金属標準物質。酸化還元滴定分析。ガラスの脱色剤。ガラスエナメルの日焼け止め。耐熱合金。
ガラス産業における添加剤、板ガラスの研磨材、化粧品における紫外線吸収剤として使用されています。近年では、眼鏡ガラス、光学レンズ、陰極線管の研磨にも応用され、脱色、透明化、紫外線および電子線の吸収といった効果を発揮します。
Ⅱ．希土類元素の影響
1.希土類元素研磨効果
希土類研磨粉は、研磨速度が速く、仕上がり品質が高く、耐用年数が長いという利点があります。従来の酸化鉄研磨粉と比較して、環境に優しく、汚染物質の除去も容易です。酸化セリウム研磨粉末希土類研磨粉は、1 分でレンズを研磨できますが、酸化鉄研磨粉では 30 ～ 60 分かかります。したがって、希土類研磨粉は、低用量、高速研磨速度、高研磨効率という利点があります。また、研磨品質と作業環境を改善することもできます。希土類ガラス研磨粉は、通常、セリウムを豊富に含む酸化物から作られています。酸化セリウムは、化学分解と機械的摩擦によってガラスを同時に研磨できるため、非常に効果的な研磨剤です。希土類セリウム研磨粉は、カメラ、ビデオカメラレンズ、テレビブラウン管、眼鏡レンズなどの研磨に広く使用されています。私の国には数十の希土類研磨粉工場があり、10 社以上が 100 トンを超える生産能力を誇っています。中外合弁企業の包頭天角青美希土類研磨粉有限公司は、年間生産能力 1,200 トンの中国最大の希土類研磨粉メーカーの 1 つです。その製品は国内外で販売されています。
2.ガラスの脱色
すべてのガラスには酸化鉄が含まれており、これは原料、砂、石灰石、ガラスくずなどを通じてガラスに混入する可能性があります。酸化鉄には2つの形態があり、2価鉄はガラスを濃い青色に、3価鉄は黄色に変色させます。脱色とは、2価鉄イオンを3価鉄に酸化することです。3価鉄は2価鉄の10分の1の強度しかないためです。その後、色補正剤を添加して色を中和し、淡い緑色にします。
ガラスの脱色に用いられる希土類元素は、主に酸化セリウムと酸化ネオジムである。希土類ガラス脱色剤は、従来の白色ヒ素系脱色剤に取って代わり、ヒ素汚染を回避しながら効率を向上させる。酸化セリウムは、高温安定性、低コスト、可視光を吸収しないという利点を持ち、ガラス脱色に適している。
3.ガラス着色
希土類イオンは高温でも安定した鮮やかな色を呈し、液体に添加することで様々な色のガラスを作るのに用いられます。ネオジム、プラセオジム、エルビウム、セリウムなどの希土類酸化物は、優れたガラス着色剤です。これらの着色剤を添加した透明ガラスが400～700ナノメートルの可視光を吸収すると、美しい色を発します。これらの着色ガラスは、航空機、船舶、各種輸送車両の表示灯カバーをはじめ、様々な高級装飾品の製造に利用できます。
ソーダ石灰ガラスや鉛ガラスに酸化ネオジムを添加すると、ガラスの色の濃さは、厚さ、ネオジム含有量、光源の強度によって決まります。薄いガラスは淡いピンク色に見え、厚いガラスは青紫色に見えます。この現象はネオジム二色性として知られています。酸化プラセオジムはクロムに似た緑色を呈します。フォトクロミックガラスやクリスタルガラスに使用される酸化エルビウムはピンク色を呈します。酸化セリウムと二酸化チタンを組み合わせると黄色を呈します。酸化プラセオジムと酸化ネオジムは、プラセオジム・ネオジム黒ガラスに使用できます。
4.希土類浄化装置
従来の酸化ヒ素の代わりに、酸化セリウムをガラスの透明化剤として使用することで、気泡や微量の着色成分を除去します。これは特に無色のガラス瓶の製造に効果的で、透明度が高く、強度と耐熱性に優れた、クリスタルホワイトのガラスが得られます。また、環境やガラス自体へのヒ素汚染も防止します。
さらに、酸化セリウム建築用ガラスや自動車用ガラス、クリスタルガラスなどの日常的なガラスに添加することで、紫外線の透過率を低減できます。この用途は日本と米国で広く採用されています。我が国の生活水準の向上に伴い、強い市場が見込まれると予想されます。陰極線管ガラスに添加される酸化ネオジムは、赤色光の分散をなくし、透明度を高めます。希土類元素を添加した特殊ガラスには、高屈折率で低分散のランタンガラスがあり、各種レンズや高度なカメラ・ビデオカメラ用レンズ、特に高高度撮影機器用レンズの製造に広く使用されています。自動車用ガラスやテレビ用ガラスに使用されるセリウム耐放射線ガラス、そして制御核融合装置を主とする大型レーザーの理想的な材料であるネオジムガラスなどがあります。