少氯化稀土料液的制备及性能研究

少氯化稀土料液的制备及性能研究

在稀土原料生产中，碳酸稀土是多种稀土产品的中间原料，广泛应用。随着现代科学技术的发展，对碳酸稀土产品性能的控制已成为稀土行业发展的中心技术，直接影响到下游产品的生产工艺和产品质量。因此，我国环保行业的基本材料为碳酸稀土的质量要求较低[1.6]。本文从工业化生产的角度出发,通过改变料液浓度、加晶种和碳沉反应温度,利用碳酸氢铵沉淀法制备出D50=20μm~30μm,且其他指标符合客户要求的少钕碳酸稀土。1实验方法1.1碳酸氢铵水、碳酸氢铵水组份少钕氯化稀土料液(包头华美稀土高科有限公司提供,组份见表1),碳酸氢铵(工业级,氮含量大于等于17.1%,纯度大于等于98%),水为一次水。1.2等离子光谱发生法JB90-S电动搅拌器,上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司;SS200型三足式离心机,张家港市吉宇机械制造有限公司;电感耦合等离子光谱发生仪;LS900型激光粒度分析仪,珠海欧美克科技有限公司。1.3碳酸氢铵沉淀过程少钕氯化稀土料液的配制:将少钕氯化稀土溶液用适量的纯水稀释至1.2mol/L、1.0mol/L、0.8mol/L、0.6mol/L备用。碳酸氢铵溶液的配制:用热水(40℃~45℃)将碳酸氢铵溶解,配制成2.1mol/L。沉淀过程:取一定量的少钕氯化稀土料液置于5000mL烧杯中,将2.1mol/L的碳酸氢铵溶液加到料液中,控制进料速度7mL/min~30mL/min、沉淀温度波动范围±2℃,直至料液pH=6.8~7。静置20min待分层完全后离心甩干,回收滤饼,并用70℃热水0.03L搅拌洗涤30min后离心甩干,取样分析。1.4配分及杂质离子含量、粒度及分布少钕氯化稀土料液浓度采用EDTA络合滴定法测定,稀土配分及杂质离子含量采用ICP法测定,Cl-含量用比色法测定,SO42-含量用比浊法测定,粒度大小及分布用激光粒度分布仪测定,其中粒度大小用中位径D50表示。2结果与讨论2.1少碳酸钙稀土粒度大小及分布在无晶种添加、沉淀温度为室温25℃、搅拌速度420r/min、碳酸氢铵浓度为2.1mol/L的情况下,研究了0.6mol/L、0.8mol/L、1.0mol/L、1.2mol/L的少钕氯化稀土溶液制备的少钕碳酸稀土的粒度大小及分布,表2为粒液浓度对少钕碳酸稀土粒度的影响,图1为料液浓度对少钕碳酸稀土粒度分布的影响。从表2及图1可知,料液浓度较小时,晶体平均粒度大且粒度分布广,大粒度颗粒的百分含量增加,这主要是因为,料液浓度对晶粒的成核和生长速度都有影响[7~9],晶体粒度的浓度低时,成核速度慢,晶体的生长时间相对延长,所以料液浓度增加,粒度增大,但是当浓度太大时,颗粒间碰撞机会增加,则发生团聚现象,粒径增加。根据实验可知,料液浓度为0.8mol/L,少钕碳酸稀土的D50=20μm~30μm。2.2沉淀反应温度的影响以料液浓度为0.8mol/L,碳酸氢铵的浓度为2.1mol/L,研究25℃、35℃、45℃、55℃、65℃时对少钕碳酸稀土粒度大小的影响,表3为温度对少钕碳酸稀土粒度的影响,图2为温度对少钕碳酸稀土粒度分布的影响。从表3及图2可以看出,沉淀温度从25℃升至65℃时,少钕碳酸稀土的平均粒径逐渐增加,大粒径的少钕碳酸稀土颗粒百分含量增加,这主要是因为在沉淀反应中,温度是主要的影响因素之一。由晶粒的生成速度方程和过饱和度与温度之间的关系可知,当溶液中溶质含量一定时,溶液过饱和度一般是随温度的下降而增大,当温度过低时,虽然过饱和度可以很大,但溶质分子的能量很低,所以晶粒的生成速度很小。随着温度的升高,晶粒的生成速度可以达到最大值。继续升高温度,一方面引起过饱和度的下降,同时也引起溶液中分子动能增加过决,不利于形成稳定的晶粒,因此晶粒的生成速度又趋下降。因此在低温下有利于晶粒的生成,不利于晶粒的长大,一般得到细小的晶体。相反,提高温度,降低了溶液的粘度,增大了传质系数,大大加速了晶体的长大速度,从而使晶粒增大[10~14]。若继续升高温度,一方面会引起过饱和度下降,同时也引起溶液中分子动能增加过快,不利于形成稳定的晶粒,因此晶粒的生成速度又趋于下降。因此,在沉淀反应中,选择合适的反应温度对于沉淀的颗粒大小是至关重要的。通过实验可知D50体系沉淀反应温度在25℃时,少钕碳酸稀土的D50=20μm~30μm。2.3加晶种对少碳酸钙稀土粒度分布的影响以料液浓度为0.8mol/L,反应温度为20℃~30℃,碳酸氢铵的浓度为2.1mol/L,研究加晶种量对少钕碳酸稀土粒度大小的影响,表4为加晶种对少钕碳酸稀土粒度的影响,图3为晶种量对少钕碳酸稀土粒度分布的影响。从表4及图3可以看出,改变晶种的加入量,可以使少钕碳酸稀土的粒度增大,当晶种加入量在10%时,产品的粒度最大,这是因为晶种是一定形态的沉淀物晶体的原始状态,适当增加晶种可以有利于沉淀晶粒的生长,但当晶种量太大时,颗粒间相互碰撞的几率增加,导致颗粒的粒度下降。2.4碳酸钙稀土产品质量试验结果通过以上实验可知制备D50=20μm~30μm的少钕碳酸稀土的工艺条件:进料速度7mL/min~30mL/min,碳酸氢铵浓度为2.1mol/L,料液浓度0.8mol/L,碳沉温度25℃,不加晶种,按此工艺条件放大到中试生产,生产的少钕碳酸稀土产品质量与客户订货要求比较结果如表5所示。通过比较可知依据以上实验条件制备的少钕碳酸稀土中试产品D50=20μm~30μm,产品质量符合客户的收购标准,而且对比常用的少钕碳酸稀土生产工艺,该工艺条件具有以下优点:降低了沉淀温度,提高了料液进料浓度,从而降低了能耗