一步法直接制備醋酸鈰晶體的工藝研究.pdf

1、我國稀土資源豐富，是世界稀土生產(chǎn)和應用的大國。稀土化合物產(chǎn)品向著高純化、復合化、潔凈化方向發(fā)展。醋酸鈰(Ce(Ac)3)晶體是新材料合成、化學試劑、尾氣凈化、腐蝕抑制、藥物合成等許多方面的基質(zhì)材料之一，廣泛應用于現(xiàn)代工業(yè)各領(lǐng)域。因此，Ce(Ac)3晶體及醋酸稀土的制備過程、合成機理和方法備受關(guān)注，Ce(Ac)3晶體及醋酸稀土性能指標的控制和研究也受到研究者和使用者的廣泛重視。
　　現(xiàn)有制備晶型Ce(Ac)3及醋酸稀土的過程和工藝比

2、較復雜，產(chǎn)品質(zhì)量一致性不佳，雜質(zhì)含量均一性、穩(wěn)定性相對較差，制備反應過程需要較高溫度加熱，成本高，結(jié)晶母液處理工序復雜，會造成資源浪費和環(huán)境污染，不能實現(xiàn)閉合生產(chǎn)。本文針對稀土化合物制備工藝的現(xiàn)狀和面臨的問題，以晶型Ce(Ac)3清潔化制備工藝研究為基礎(chǔ)，進行高純Ce(Ac)3晶體直接制備機理和工藝研究，提出了一個新的高效制備Ce(Ac)3晶體的工藝，完成Ce(Ac)3晶體化合物生產(chǎn)的高效和清潔化制備過程。既符合國家節(jié)能減排政策，又可滿

3、足新材料產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展對醋酸稀土晶體材料的需求。
　　本研究以我國現(xiàn)有稀土分離提取技術(shù)為基礎(chǔ)，以高純碳酸鈰(Ce2(CO3)3)固體與冰乙酸(HAc)為原料一步直接轉(zhuǎn)化合成Ce(Ac)3晶體。從工藝的各個環(huán)節(jié)入手，克服現(xiàn)有工藝中存在的弊端，完成了Ce(Ac)3晶體制備工藝過程優(yōu)化、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性和成本最小化的研究。實驗完成了Ce2(CO3)3固體與HAc溶液反應一步直接轉(zhuǎn)化合成Ce(Ac)3晶體的反應機理的研究，利用熱力學基本原理及

4、相關(guān)物質(zhì)的熱力學數(shù)據(jù)，完成Ce2(CO3)3固體與HAc溶液反應過程中的熱平衡計算及熱量衡算，在反應溫度T=60℃時，△rGθm=-124.25kJ/mol<0，完成了Ce2(CO3)3與HAc溶液反應直接轉(zhuǎn)化合成Ce(Ac)3晶體的熱力學研究，結(jié)果表明該反應為放熱反應，放熱量為Q=308.95kJ。研究建立了直接轉(zhuǎn)化過程理論模型，對Ce2(CO3)3與HAc直接轉(zhuǎn)化合成Ce(Ac)3晶體反應過程的動力學特性進行了研究，確定了反應機理以

5、及轉(zhuǎn)化過程中的控制步驟，轉(zhuǎn)化過程有擴散和反應兩個步驟串聯(lián)進行，且轉(zhuǎn)化過程由較慢的擴散步驟控制。得出了Ce2(CO3)3與HAc的反應活化能為34.98kJ/mol，反應動力學方程為lnk=9.15-34.98/RT。
　　本文通過單因素實驗和正交試驗對制備工藝中的HAc用量、固液比、反應溫度、攪拌速度等工藝條件進行研究。確定了最佳工藝條件為：Ce2(CO3)3固體與HAc的質(zhì)量比為1.0、固液比為1:2、反應溫度60℃、攪拌速度2

6、00r/min。在此工藝條件下制備的Ce(Ac)3晶體陳化1天左右時中心粒徑最大。通過結(jié)晶母液循環(huán)利用實驗對結(jié)晶母液循環(huán)條件進行研究，結(jié)晶母液不經(jīng)循環(huán)，Ce(Ac)3晶體收率為70%左右；隨結(jié)晶母液開始循環(huán)，Ce(Ac)3晶體收率達98%，表明結(jié)晶母液循環(huán)利用是可行的。且結(jié)晶母液循環(huán)可以循環(huán)9次以上，各次結(jié)晶產(chǎn)品的稀土總量及雜質(zhì)含量穩(wěn)定，在9次循環(huán)獲得的產(chǎn)品非稀土雜質(zhì)含量均符合Ce(Ac)3晶體的產(chǎn)品質(zhì)量標準的要求。
　　借助化學

7、分析、熱重-差熱分析、XRD圖譜衍射法、掃描電鏡分析法、粒度分析法等分析手段，從不同的方面和角度研究、分析了Ce2(CO3)3的轉(zhuǎn)化率和Ce(Ac)3晶體收率以及Ce(Ac)3晶體的純度、形貌、組織結(jié)構(gòu)、顆粒粒徑大小及分布等。
　　本文完成了高純Ce(Ac)3晶體制備工藝流程的選擇、直接轉(zhuǎn)化制備機理和工藝的研究，直接制備工藝參數(shù)優(yōu)化及工藝方案路線優(yōu)化等關(guān)鍵內(nèi)容進行了研究。研究出Ce2(CO3)3一步轉(zhuǎn)化制備合成高純Ce(Ac)3晶

8、體的新工藝，該工藝將HAc溶解Ce2(CO3)3的反應過程和Ce(Ac)3溶液結(jié)晶過程有機的結(jié)合在一起，一步直接轉(zhuǎn)化合成Ce(Ac)3晶體。充分利用了整個轉(zhuǎn)化合成過程的反應熱，直接過濾，得到Ce(Ac)3晶體無需烘干。改變了有史以來的開放式生產(chǎn)為閉路式生產(chǎn)，將資源高效利用，新工藝制備具有特殊性能的潔凈Ce(Ac)3晶體產(chǎn)品，從而為新材料產(chǎn)業(yè)應用領(lǐng)域提供高品質(zhì)的產(chǎn)品。
　　本研究對現(xiàn)有工藝進行了一系列的改進、完善與提高，解決了從高純