少氯化稀土料液的制備及性能研究

少氯化稀土料液的制備及性能研究

在稀土原料生產(chǎn)中，碳酸稀土是多種稀土產(chǎn)品的中間原料，廣泛應(yīng)用。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)碳酸稀土產(chǎn)品性能的控制已成為稀土行業(yè)發(fā)展的中心技術(shù)，直接影響到下游產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，我國(guó)環(huán)保行業(yè)的基本材料為碳酸稀土的質(zhì)量要求較低[1.6]。本文從工業(yè)化生產(chǎn)的角度出發(fā),通過(guò)改變料液濃度、加晶種和碳沉反應(yīng)溫度,利用碳酸氫銨沉淀法制備出D50=20μm~30μm,且其他指標(biāo)符合客戶要求的少釹碳酸稀土。1實(shí)驗(yàn)方法1.1碳酸氫銨水、碳酸氫銨水組份少釹氯化稀土料液(包頭華美稀土高科有限公司提供,組份見(jiàn)表1),碳酸氫銨(工業(yè)級(jí),氮含量大于等于17.1%,純度大于等于98%),水為一次水。1.2等離子光譜發(fā)生法JB90-S電動(dòng)攪拌器,上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司;SS200型三足式離心機(jī),張家港市吉宇機(jī)械制造有限公司;電感耦合等離子光譜發(fā)生儀;LS900型激光粒度分析儀,珠海歐美克科技有限公司。1.3碳酸氫銨沉淀過(guò)程少釹氯化稀土料液的配制:將少釹氯化稀土溶液用適量的純水稀釋至1.2mol/L、1.0mol/L、0.8mol/L、0.6mol/L備用。碳酸氫銨溶液的配制:用熱水(40℃~45℃)將碳酸氫銨溶解,配制成2.1mol/L。沉淀過(guò)程:取一定量的少釹氯化稀土料液置于5000mL燒杯中,將2.1mol/L的碳酸氫銨溶液加到料液中,控制進(jìn)料速度7mL/min~30mL/min、沉淀溫度波動(dòng)范圍±2℃,直至料液pH=6.8~7。靜置20min待分層完全后離心甩干,回收濾餅,并用70℃熱水0.03L攪拌洗滌30min后離心甩干,取樣分析。1.4配分及雜質(zhì)離子含量、粒度及分布少釹氯化稀土料液濃度采用EDTA絡(luò)合滴定法測(cè)定,稀土配分及雜質(zhì)離子含量采用ICP法測(cè)定,Cl-含量用比色法測(cè)定,SO42-含量用比濁法測(cè)定,粒度大小及分布用激光粒度分布儀測(cè)定,其中粒度大小用中位徑D50表示。2結(jié)果與討論2.1少碳酸鈣稀土粒度大小及分布在無(wú)晶種添加、沉淀溫度為室溫25℃、攪拌速度420r/min、碳酸氫銨濃度為2.1mol/L的情況下,研究了0.6mol/L、0.8mol/L、1.0mol/L、1.2mol/L的少釹氯化稀土溶液制備的少釹碳酸稀土的粒度大小及分布,表2為粒液濃度對(duì)少釹碳酸稀土粒度的影響,圖1為料液濃度對(duì)少釹碳酸稀土粒度分布的影響。從表2及圖1可知,料液濃度較小時(shí),晶體平均粒度大且粒度分布廣,大粒度顆粒的百分含量增加,這主要是因?yàn)?料液濃度對(duì)晶粒的成核和生長(zhǎng)速度都有影響[7~9],晶體粒度的濃度低時(shí),成核速度慢,晶體的生長(zhǎng)時(shí)間相對(duì)延長(zhǎng),所以料液濃度增加,粒度增大,但是當(dāng)濃度太大時(shí),顆粒間碰撞機(jī)會(huì)增加,則發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象,粒徑增加。根據(jù)實(shí)驗(yàn)可知,料液濃度為0.8mol/L,少釹碳酸稀土的D50=20μm~30μm。2.2沉淀反應(yīng)溫度的影響以料液濃度為0.8mol/L,碳酸氫銨的濃度為2.1mol/L,研究25℃、35℃、45℃、55℃、65℃時(shí)對(duì)少釹碳酸稀土粒度大小的影響,表3為溫度對(duì)少釹碳酸稀土粒度的影響,圖2為溫度對(duì)少釹碳酸稀土粒度分布的影響。從表3及圖2可以看出,沉淀溫度從25℃升至65℃時(shí),少釹碳酸稀土的平均粒徑逐漸增加,大粒徑的少釹碳酸稀土顆粒百分含量增加,這主要是因?yàn)樵诔恋矸磻?yīng)中,溫度是主要的影響因素之一。由晶粒的生成速度方程和過(guò)飽和度與溫度之間的關(guān)系可知,當(dāng)溶液中溶質(zhì)含量一定時(shí),溶液過(guò)飽和度一般是隨溫度的下降而增大,當(dāng)溫度過(guò)低時(shí),雖然過(guò)飽和度可以很大,但溶質(zhì)分子的能量很低,所以晶粒的生成速度很小。隨著溫度的升高,晶粒的生成速度可以達(dá)到最大值。繼續(xù)升高溫度,一方面引起過(guò)飽和度的下降,同時(shí)也引起溶液中分子動(dòng)能增加過(guò)決,不利于形成穩(wěn)定的晶粒,因此晶粒的生成速度又趨下降。因此在低溫下有利于晶粒的生成,不利于晶粒的長(zhǎng)大,一般得到細(xì)小的晶體。相反,提高溫度,降低了溶液的粘度,增大了傳質(zhì)系數(shù),大大加速了晶體的長(zhǎng)大速度,從而使晶粒增大[10~14]。若繼續(xù)升高溫度,一方面會(huì)引起過(guò)飽和度下降,同時(shí)也引起溶液中分子動(dòng)能增加過(guò)快,不利于形成穩(wěn)定的晶粒,因此晶粒的生成速度又趨于下降。因此,在沉淀反應(yīng)中,選擇合適的反應(yīng)溫度對(duì)于沉淀的顆粒大小是至關(guān)重要的。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知D50體系沉淀反應(yīng)溫度在25℃時(shí),少釹碳酸稀土的D50=20μm~30μm。2.3加晶種對(duì)少碳酸鈣稀土粒度分布的影響以料液濃度為0.8mol/L,反應(yīng)溫度為20℃~30℃,碳酸氫銨的濃度為2.1mol/L,研究加晶種量對(duì)少釹碳酸稀土粒度大小的影響,表4為加晶種對(duì)少釹碳酸稀土粒度的影響,圖3為晶種量對(duì)少釹碳酸稀土粒度分布的影響。從表4及圖3可以看出,改變晶種的加入量,可以使少釹碳酸稀土的粒度增大,當(dāng)晶種加入量在10%時(shí),產(chǎn)品的粒度最大,這是因?yàn)榫ХN是一定形態(tài)的沉淀物晶體的原始狀態(tài),適當(dāng)增加晶種可以有利于沉淀晶粒的生長(zhǎng),但當(dāng)晶種量太大時(shí),顆粒間相互碰撞的幾率增加,導(dǎo)致顆粒的粒度下降。2.4碳酸鈣稀土產(chǎn)品質(zhì)量試驗(yàn)結(jié)果通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)可知制備D50=20μm~30μm的少釹碳酸稀土的工藝條件:進(jìn)料速度7mL/min~30mL/min,碳酸氫銨濃度為2.1mol/L,料液濃度0.8mol/L,碳沉溫度25℃,不加晶種,按此工藝條件放大到中試生產(chǎn),生產(chǎn)的少釹碳酸稀土產(chǎn)品質(zhì)量與客戶訂貨要求比較結(jié)果如表5所示。通過(guò)比較可知依據(jù)以上實(shí)驗(yàn)條件制備的少釹碳酸稀土中試產(chǎn)品D50=20μm~30μm,產(chǎn)品質(zhì)量符合客戶的收購(gòu)標(biāo)準(zhǔn),而且對(duì)比常用的少釹碳酸稀土生產(chǎn)工藝,該工藝條件具有以下優(yōu)點(diǎn):降低了沉淀溫度,提高了料液進(jìn)料濃度,從而降低了能耗