کاربرد فلزات گروه لانتانیدها در لعاب سفال و سرامیک

عناصر دسته لانتانید کدام اند؟

عناصر دسته لانتانید در جدول تناوبی شامل لانتان، سریم، پرازئودیمیم، نئودیمیم، پرومتیم، ساماریم، یوروپیم، گادولینیم، تربیم، دیسپروزیم، هولمیم، اربیم، تولیم، اینتربیم و لوتتیم است. از بین آن‌ها تنها پرومتیوم رادیواکتیو است.

عناصر دسته لانتانید معمولاً با نام «خاکی کم‌یاب» شناخته می‌شوند. بسیاری از این عناصر علی‌رغم نامشان، نادر نیستند و پیشرفت‌های اخیر در فناوری جداسازی و افزایش در استخراج، قیمت‌ آن‌ها را به‌شدت کاهش داده است.

آیا می توان از لانتانیدها در ترکیب لعاب استفاده کرد؟

تعدادی از اکسیدهای لانتانید در همه محدوده‌های پخت، رنگ‌های خوبی می‌دهند. با وجود این، استفاده از آن‌ها به‌عنوان رنگ تقریباً وجود نداشته است. لانتانیدها سمیت حاد کمی دارند و تقریباً هیچ شواهدی از سمیت مزمن ندارند. در واقع، لانتانیدها نسبت به مس، کبالت، نیکل، روی و سایر رنگ‌های متداول فلزات واسطه سمیت کم‌تری دارند. البته، بررسی برگه‌های اطلاعات ایمنی مواد (MSDS) همیشه مهم است. هیچ یک از لانتانیدها به مقدار زیاد تبخیر نمی‌شوند؛ حتی در مخروط 10 که برای لعاب‌های بسیار سخت و بادوام برای مواد غذایی به کار می‌رود.

معمولاً لانتانیدها نقطه ذوب زیادی دارند، اما اثر اوتکتیک قوی دارند و لعاب های آتش‌بالا را در غلظت‌های مورداستفاده روان می‌کنند. لعاب‌های کم‌آتش را با نئودیمیم می‌توان تهیه کرد. نقطه ذوب و تبخیر زیاد همچنین مؤید این است که لانتانیدها در شرایط اکسایش و احیای معمولی فرار نیستند. برخی اکسیدهای لانتانید تحت تأثیر احیا قرار می‌گیرند (گاهی خوب است و گاهی بد).

رنگ‌دهی عناصر دسته لانتانیدها

عناصر کم‌یاب خاکی خواص ویژه نوری و مغناطیسی از خود نشان می‌دهند. بسیاری از یون‌های سه‌ظرفیتی لانتانید هم در حالت جامد و هم در محلول‌های آبی رنگی‌اند. رنگ ایجاد‌شده به تعداد الکترون‌های جفت‌نشده بستگی دارد. با توجه به شباهت‌های شیمیایی خاک‌های کمیاب و با توجه به این‌که این یون‌های فلزی اساساً در یک حالت اکسیداسیون قرار دارند، جداسازی تک‌تک اعضای لانتانیدها دشوار است؛ اما از مخلوط نمک‌های کم‌یاب خاکی هم می‌توان در رنگ‌سازی استفاده کرد.

لانتانیدها رنگ‌های ضعیفی دارند و می‌توان تا 5 تا 10% از آن‌ها به لعاب افزود. همچنین برای استفاده در لعاب‌های قلیایی پرسلان بسیار مناسب‌اند (در شرایط قلیایی انحلال بیش‌تری دارند).

از کدام عناصر دسته لانتانیدها بیشتر در لعاب استفاده می شود؟

از بین پانزده اعضای دسته لانتانیدها، چهار فلز بیش از بقیه در لعاب استفاده می‌شوند که عبارت‌اند از: سریم، پرازئودیمیم، نئودیمیم و اربیوم.

نئودیمیم

اکسید نئودیمیم به رنگ اسطوخودوسی کم‌رنگ است و به لعاب رنگ بنفش کم‌رنگ می‌دهد (تحت نور فلورسنت آبی به نظر می‌رسد). اکسید نئودیمیم در شرایط احیایی و با مقادیر کم‌تر از 1% رنگ آبی آسمانی می‌دهد. در اکسیداسیون، رنگ ضعیف‌تری است، اما رنگ اسطوخودوسی منحصر به فردی می‌دهد که تحت انواع مختلف نور مصنوعی به آبی، بنفش یا سبز تغییر می‌کند. رنگ‌ها به پایه لعاب خیلی حساس نیستند، به جز افزودن اکسید آهن که به‌سرعت رنگ آبی و اسطوخودوسی را به خاکستری تغییر می‌دهد.

پرازئودیمیم

اکسید پرازئودیمیم پودری سیاه مایل به قهوه‌ای است. می‌تواند سبزی آهکی شدید با 6 تا 9 درصد اکسیداسیون بدهد. در احیا، رنگ کمی از زرد-سبز به‌سمت سبز تغییر می‌کند. در شرایط احیایی کمتر از 1٪ آن با اندکی از اکسید آهن می‌تواند منجر به رنگ سبز سلادون شود.

اگر اکسید پرازئودیمیم با سیلیکات زیرکونیم ترکیب شود، استین زرد به دست می‌دهد.

اربیوم

اربیوم سنگین‌ترین عنصر از بین این چهارتاست. اکسید اربیوم رنگ صورتی ایجاد می‌کند که در شرایط احیا به صورتی-اسطوخودوسی مایل می‌شود. رنگ ضعیفی است و بهتر است در غلظت بیش از 8% استفاده شود. اربیوم گران‌ترین لانتانید است، اما بهترین ماده برای دست‌یابی به رنگ صورتیِ شفاف در لعاب است. چون بسیار چگال است، حتما باید از چسب cmc (روان‌کننده) استفاده شود. تمام اکسیدهای لانتانید چگال‌اند. ممکن است در آینده کربنات‌های کم چگال‌تر وارد بازار شود. لعاب‌هایی که cmc دارند، در سطل غلیظ به نظر می‌رسند؛ اما روی بیسکوییت سرامیک غلیظ نیستند.

سریم

اکسید سریم به‌دلیل قدرت مات‌کنندگی بسیار زیاد و همچنین به‌عنوان عامل شار به لعاب اضافه می‌شود. سریم مات‌کننده‌ی مناسبی برای دماهای کم است و همچنین رنگ زرد مایل به قهوه‌ای یا نارنجی در لعاب به وجود می‌آورد. اکسید سریم در حرارت زیاد همراه با تیتانیم رنگ زرد می‌دهد. استفاده از مقدار کمی از موجب فلوئورسانس تحت تابش فرابنفش می‌شود.

ساخت لعاب نورتاب با اکسیدهای خاکی کم‌یاب

از سایر اکسیدهای خاکی کمیاب (ساماریوم، یوروپیوم، تربیوم، دیسپروزیم و تولیوم) می‌توان در ساخت لعاب نورتاب استفاده کرد. البته رنگ‌هایشان (نارنجی، صورتی، زرد و آبی) فقط در نور فرابنفش دیده می‌شوند و در طول روز بی‌رنگ به نظر می‌آیند.

نتیجه‌گیری

عناصر دسته لانتانید مجموعه عناصری از جدول تناوبی هستند که شامل 15 عنصر می شوند. استفاده از آن‌ها در ترکیب لعاب رایج نبوده است، اما برای استفاده در لعاب مناسب‌اند و تعدادی از آن‌ها رنگ‌های خوبی می‌دهند. از بین عناصر دسته لانتانیدها، از چهار فلز سریم، پرازئودیمیم، نئودیمیم و اربیوم بیش از بقیه در ترکیب لعاب استفاده می‌شود. از سایر عناصر این دسته می‌توان در ساخت لعاب نورتاب استفاده کرد.

آن چه خواندید، خلاصه‌ای از مقاله انواع فلزات و نقش آن‌ها در لعاب سفال بود. برای مشاهده منابع و کسب اطلاعات بیشتر، پی دی اف مقاله را با متن کامل به صورت رایگان در لینک زیر دانلود کنید:

https://www.navidclay.com/maghallat/elmi/

مطالعه بیشتر:

خاک رس چیست؟ آشنایی با انواع خاک رس و ویژگی های آن

چرا و چگونه برای دکوراسیون خانه از سفال استفاده کنیم؟

صفر تا صد تکنیک راکو در سفالگری + انواع سبک های راکو

قسمت اول کاربرد فناوری نانو در صنعت سفال و سرامیک

ظرف تموکو چیست؟ تاریخچه و روش ساخت

آشنایی با لعاب نمکی و قلیایی و روش تهیه آن ها