Prípravaultrajemné oxidy vzácnych zemín
Ultrajemné zlúčeniny vzácnych zemín majú v porovnaní so zlúčeninami vzácnych zemín s bežnými veľkosťami častíc širšie využitie a v súčasnosti sa v tejto oblasti viac skúma. Metódy prípravy sa delia na metódu v pevnej fáze, metódu v kvapalnej fáze a metódu v plynnej fáze podľa agregačného stavu látky. V súčasnosti sa metóda v kvapalnej fáze široko používa v laboratóriách a priemysle na prípravu ultrajemných práškov zlúčenín vzácnych zemín. Zahŕňa najmä metódu zrážania, sol-gélovú metódu, hydrotermálnu metódu, templátovú metódu, mikroemulznú metódu a metódu alkydovej hydrolýzy, pričom zrážacia metóda je najvhodnejšia pre priemyselnú výrobu.
Metóda zrážania spočíva v pridaní zrážadla do roztoku kovovej soli na zrážanie, následnom filtrovaní, premytí, sušení a tepelnom rozklade za vzniku práškových produktov. Zahŕňa metódu priameho zrážania, metódu rovnomerného zrážania a metódu koprecipitácie. Pri bežnej metóde zrážania je možné získať oxidy vzácnych zemín a soli vzácnych zemín obsahujúce prchavé kyslé radikály spálením zrazeniny s veľkosťou častíc 3 – 5 μm. Špecifický povrch je menší ako 10 ㎡/g a nemá žiadne špeciálne fyzikálne a chemické vlastnosti. Metóda zrážania uhličitanom amónnym a metóda zrážania kyselinou šťaveľovou sú v súčasnosti najbežnejšie používanými metódami na výrobu práškov bežných oxidov a pokiaľ sa zmenia procesné podmienky metódy zrážania, môžu sa použiť na prípravu ultrajemných práškov oxidov vzácnych zemín.
Výskum ukázal, že medzi hlavné faktory ovplyvňujúce veľkosť častíc a morfológiu ultrajemných práškov vzácnych zemín pri metóde zrážania hydrogenuhličitanom amónnym patrí koncentrácia vzácnych zemín v roztoku, teplota zrážania, koncentrácia zrážacieho činidla atď. Koncentrácia vzácnych zemín v roztoku je kľúčom k vytvoreniu rovnomerne dispergovaných ultrajemných práškov. Napríklad v experimente so zrážaním Y3+ na prípravu Y2O3, keď je hmotnostná koncentrácia vzácnych zemín 20 ~ 30 g/l (vypočítané podľa Y2O3), proces zrážania je hladký a ultrajemný prášok oxidu ytria získaný zrážaním uhličitanu sušením a pálením je malý, rovnomerný a disperzia má dobrú.
Pri chemických reakciách je rozhodujúcim faktorom teplota. Vo vyššie uvedených experimentoch, keď je teplota 60-70 ℃, zrážanie je pomalé, filtrácia je rýchla, častice sú sypké a rovnomerné a sú v podstate guľovité. Keď je reakčná teplota pod 50 ℃, zrážanie sa tvorí rýchlejšie, s väčším počtom zŕn a menšími veľkosťami častíc. Počas reakcie je množstvo pretečeného CO2 a NH3 menšie a zrážanie je v lepkavej forme, ktorá nie je vhodná na filtráciu a premývanie. Po spálení na oxid ytritý stále existujú blokové látky, ktoré sa silne zhlukujú a majú väčšie častice. Koncentrácia hydrogenuhličitanu amónneho tiež ovplyvňuje veľkosť častíc oxidu ytritého. Ak je koncentrácia hydrogenuhličitanu amónneho menšia ako 1 mol/l, veľkosť častíc získaného oxidu ytritého je malá a rovnomerná. Keď koncentrácia hydrogenuhličitanu amónneho prekročí 1 mol/l, dôjde k lokálnemu zrážaniu, ktoré spôsobí zhlukovanie a väčšie častice. Za vhodných podmienok je možné získať veľkosť častíc 0,01-0,5 μM ultrajemného prášku oxidu ytria.
Pri metóde zrážania oxalátmi sa roztok kyseliny šťaveľovej pridáva po kvapkách a zároveň sa pridáva amoniak, aby sa počas reakcie zabezpečila konštantná hodnota pH, čoho výsledkom je práškový oxid ytritý s veľkosťou častíc menšou ako 1 μM. Najprv sa roztok dusičnanu ytritého vyzráža amoniakovou vodou, aby sa získal koloidný hydroxid ytritý, a potom sa prevedie roztokom kyseliny šťaveľovej, aby sa získal prášok Y2O3 s veľkosťou častíc menšou ako 1 μM. K roztoku dusičnanu ytritého s koncentráciou 0,25 – 0,5 mol/l v Y3+ sa pridá EDTA, pH sa upraví na 9 amoniakovou vodou, pridá sa oxalát amónny a prikvapkáva sa 3mol/l roztok HNO3 rýchlosťou 1 – 8 ml/min pri teplote 50 °C, kým sa zrážanie nedokončí pri pH = 2. Získa sa prášok oxidu ytritého s veľkosťou častíc 40 – 100 nm.
Počas procesu prípravyultrajemné oxidy vzácnych zemínPri zrážaní je pravdepodobné, že dochádza k rôznym stupňom aglomerácie. Preto je počas procesu prípravy potrebné prísne kontrolovať podmienky syntézy úpravou hodnoty pH, použitím rôznych zrážadiel, pridaním dispergačných činidiel a inými metódami na úplné dispergovanie medziproduktov. Potom sa zvolia vhodné metódy sušenia a nakoniec sa kalcináciou získajú dobre dispergované ultrajemné prášky zlúčenín vzácnych zemín.
Čas uverejnenia: 21. apríla 2023