Seltenerdelemente sind aufgrund ihrer einzigartigen Elektronenhüllenstrukturen und außergewöhnlichen magnetischen, optischen und elektrischen Eigenschaften zu weltweit umstrittenen strategischen Ressourcen geworden. Mit der Beschleunigung einer neuen Runde der technologischen Revolution und des industriellen Wandels sind Risiken für die Sicherheit der globalen Lieferkette immer deutlicher geworden, und der Schwerpunkt der Ressourcensicherheit der Großmächte hat sich von Massenmineralien hin zu kritischen Mineralien verlagert. Vor diesem Hintergrund ist der strategische Wert der Seltenen Erden stark gestiegen und ihre strategische Position hat sich weiter ausgeprägt, was sie zu einem zentralen Brennpunkt des Ressourcenwettbewerbs und der industriellen Rivalität zwischen Großmächten macht.
Ceroxid (CeO₂) bietet die Vorteile relativ großer Reserven und geringer Kosten, gepaart mit besonders hervorragenden physikalisch-chemischen Eigenschaften, was es zu einem der am umfassendsten untersuchten und repräsentativsten Seltenerdoxide macht.
Vom 31. März bis zum 10. April 2025 wurden innerhalb von nur zehn Tagen nacheinander drei Forschungsarbeiten zum Thema Ceroxid in veröffentlichtJACS, Wissenschaft, UndNatur, was eine Welle von „verrücktem Ceroxid“ auslöste.
In praktischen Produktionsanwendungen genießen Seltenerd-Polierpulver einen hervorragenden Ruf für ihre außergewöhnliche Leistung beim Präzisionspolieren und tragen den Titel „König der Poliermaterialien“. Der Hauptbestandteil dieser Seltenerd-Polierpulver ist CeO₂, daher werden sie auch als Seltenerd-Polierpulver auf Cer--Basis oder einfach Polierpulver auf Cer--Basis bezeichnet und können auch als CeO₂-Polierpulver bezeichnet werden.
Der Titel „König“ wurde ihm vor allem aus den folgenden vier Gründen verliehen:
(1) CeO₂-Kristalle haben eine flächenzentrierte kubische Gitterstruktur vom Typ Fluorit--mit der Raumgruppe Fm-3m. In der Fluoritstruktur befinden sich Cerionen an den Ecken des Würfels und den geometrischen Mittelpunkten der Flächen, während Sauerstoffionen die von den Cerionen gebildeten tetraedrischen und oktaedrischen Zwischenräume dicht gepackt füllen.
(2) Im Vergleich zu anderen Arten von Polierpulvern bietet das CeO₂-Polieren schnellere Poliergeschwindigkeiten, eine höhere Oberflächengüte der polierten Produkte und eine größere Ebenheit. Darüber hinaus haben mit CeO₂ polierte Produkte eine längere Lebensdauer.
(3) CeO₂ hat eine Mohs-Härte von etwa 7, was bedeutet, dass es bei mechanischer Einwirkung über eine ausreichende Härte verfügt, um weichere Materialien zu schneiden und zu polieren, jedoch keine übermäßige physische Beschädigung des zu polierenden Werkstücks verursacht.
(4) CeO₂ weist eine hohe chemische Reaktivität gegenüber Silikatglas auf, was bedeutet, dass es mit der Glasoberfläche reagieren kann, um einen chemisch-mechanischen Poliereffekt (CMP) zu erzeugen. Bei diesem Verfahren handelt es sich sowohl um physikalischen Abrieb als auch um chemische Reaktionen, weshalb es häufig beim Glaspolieren eingesetzt wird.
Vier „Synthesemethoden“ für Seltenerd-Ceroxid
Derzeit gibt es vier Hauptmethoden zur Herstellung von Seltenerd-Ceroxid:
(1) Hydrothermale Synthese. Dieses Verfahren wird typischerweise in einem geschlossenen Hochdruckautoklaven unter Verwendung einer wässrigen Lösung als Medium durchgeführt. Durch Erhitzen auf unter- oder überkritische Bedingungen kristallisiert der Cersalz-Vorläufer direkt in Gegenwart eines Mineralisators oder Tensids und ergibt CeO₂-Partikel.
(2) Chemische Fällung. Die Fällung ist die grundlegendste und am weitesten verbreitete Methode in industriellen Anwendungen. Durch Zugabe eines Fällungsmittels (wie Natriumhydroxid, Ammoniumbicarbonat, Ammoniakwasser usw.) zu einer Cersalzlösung wird ein Hydroxid- oder Carbonat-Vorläufer erhalten, der dann kalziniert wird, um CeO₂ zu erzeugen.
(3) Sol-Gel-Methode. Bei dieser Methode werden metallorganische Verbindungen oder lösliche anorganische Salze als Vorläufer verwendet, die gelöst werden und dann Hydrolyse- und Kondensationsreaktionen durchlaufen, um ein transparentes Sol zu bilden, das sich weiter in ein dreidimensionales Netzwerkgel umwandelt und schließlich kalziniert wird, um CeO₂ zu erhalten.
(4) Mikroemulsionsverfahren. Bei dieser Methode wird ein Mikroemulsionssystem aus Tensiden, einer Ölphase und einer wässrigen Phase als „Nanoreaktor“ verwendet, in dem Keimbildung, Koaleszenz und Wärmebehandlung stattfinden, um CeO₂ zu erhalten.