Metoda oksidacije z zrakom je oksidacijska metoda, pri kateri se za oksidacijo uporablja kisik v zraku.cerijdo štirivalentne pod določenimi pogoji. Ta metoda običajno vključuje praženje koncentrata fluoroogljikove cerijeve rude, oksalatov redkih zemelj in karbonatov na zraku (znano kot praženje oksidacije) ali praženje hidroksidov redkih zemelj (oksidacija s suhim zrakom) ali vnos zraka v suspenzijo hidroksidov redkih zemelj (oksidacija z mokrim zrakom) za oksidacijo.
1. Oksidacija pri praženju
Praženje koncentrata fluoroogljikovega cerija na zraku pri 500 ℃ ali praženje koncentrata redkih zemelj Baiyunebo z natrijevim karbonatom na zraku pri 600–700 ℃. Med razgradnjo mineralov redkih zemelj se cerij v mineralih oksidira v štirivalentno obliko. Metode za ločevanjecerijIz kalciniranih izdelkov so na voljo metoda dvojne soli redkih zemeljskih sulfatov, metoda ekstrakcije s topilom itd.
Poleg oksidacijskega praženjaredka zemljaV koncentratu se soli, kot sta oksalat redkih zemelj in karbonat redkih zemelj, med praženjem razgradijo v zračni atmosferi, cerij pa se oksidira v CeO2. Da se zagotovi dobra topnost mešanice oksidov redkih zemelj, pridobljene s praženjem, temperatura praženja ne sme biti previsoka, običajno med 700 in 800 ℃. Okside lahko raztopimo v 1–1,5 mol/L raztopini žveplove kisline ali 4–5 mol/L raztopini dušikove kisline. Pri luženju pražene rude z žveplovo in dušikovo kislino cerij vstopi v raztopino predvsem v štirivalentni obliki. Prvi postopek vključuje pridobivanje raztopine sulfata redkih zemelj, ki vsebuje 50 g/L REO, pri približno 45 ℃ in nato proizvodnjo cerijevega dioksida z metodo ekstrakcije P204; drugi postopek vključuje pripravo raztopine nitrata redkih zemelj, ki vsebuje 150–200 g/L REO, pri temperaturi 80–85 ℃ in nato uporabo ekstrakcije TBP za ločitev cerija.
Ko se oksidi redkih zemelj raztopijo v razredčeni žveplovi ali dušikovi kislini, je CeO2 relativno netopen. Zato je treba v kasnejši fazi raztapljanja raztopini dodati majhno količino fluorovodikove kisline kot katalizatorja, da se izboljša topnost CeO2.
2. Oksidacija s suhim zrakom
Redkozemeljski hidroksid postavite v sušilno peč in ga oksidirajte v prezračevanih pogojih pri 100–120 ℃ 16–24 ur. Oksidacijska reakcija je naslednja:
4Ce(OH)3 + O2 + 2H2O = 4Ce(OH)4
Stopnja oksidacije cerija lahko doseže 97 %. Če se temperatura oksidacije dodatno zviša na 140 ℃, se lahko čas oksidacije skrajša na 4–6 ur, stopnja oksidacije cerija pa lahko doseže tudi 97 %–98 %. Postopek oksidacije s suhim zrakom povzroča veliko prahu in slabe delovne pogoje, ki se trenutno uporabljajo predvsem v laboratoriju.
3. Oksidacija vlažnega atmosferskega zraka
Redkozemeljski hidroksid zmešamo z vodo, da dobimo suspenzijo, nadzorujemo koncentracijo REO na 50-70 g/L, dodamo NaOH, da povečamo alkalnost suspenzije na 0,15-0,30 mol/L, in ko se segrejemo na 85 ℃, neposredno uvedemo zrak, da oksidiramo ves trivalentni cerij v suspenziji v štirivalentni cerij. Med oksidacijskim procesom je izhlapevanje vode relativno veliko, zato je treba kadar koli dodati določeno količino vode, da se ohrani stabilnejša koncentracija redkozemeljskih kovin. Ko se v vsaki seriji oksidira 40 l suspenzije, je čas oksidacije 4-5 ur, stopnja oksidacije cerija pa lahko doseže 98 %. Ko se vsakič oksidira 8 m3 suspenzije redkozemeljskega hidroksida, je pretok zraka 8-12 m3/min in se čas oksidacije poveča na 15 ur, lahko stopnja oksidacije cerija doseže 97 %~98 %.
Značilnosti metode oksidacije z vlažnim atmosferskim zrakom so: visoka stopnja oksidacije cerija, velik izhod, dobri delovni pogoji, enostavno delovanje, ta metoda pa se v industriji pogosto uporablja za proizvodnjo surovega cerijevega dioksida.
4. Oksidacija s tlačnim mokrim zrakom
Pri normalnem tlaku oksidacija z zrakom traja dlje, ljudje pa čas oksidacije skrajšajo z uporabo tlaka. Povečanje zračnega tlaka, torej povečanje parcialnega tlaka kisika v sistemu, spodbuja raztapljanje kisika v raztopini in difuzijo kisika na površino delcev hidroksida redkih zemelj, s čimer se pospeši proces oksidacije.
Redkozemeljski hidroksid zmešamo z vodo do približno 60 g/L, pH nastavimo na 13 z natrijevim hidroksidom, dvignemo temperaturo na približno 80 ℃, uvedemo zrak za oksidacijo, nadzorujemo tlak na 0,4 MPa in oksidiramo 1 uro. Stopnja oksidacije cerija lahko doseže več kot 95 %. V dejanski proizvodnji se oksidacijska surovina redkozemeljski hidroksid pridobiva z alkalno pretvorbo z obarjanjem kompleksne soli redkozemeljskega natrijevega sulfata. Da bi skrajšali postopek, lahko obarjanje kompleksne soli redkozemeljskega natrijevega sulfata in alkalno raztopino dodamo v tlačno oksidacijsko posodo, pri čemer vzdržujemo določen tlak in temperaturo. Za pretvorbo redkozemeljskih elementov v kompleksni soli v redkozemeljske hidrokside se lahko uvede zrak ali bogat kisik, hkrati pa se lahko Ce(OH)3 v njej oksidira v Ce(OH)4.
Pod tlakom se izboljšajo stopnja pretvorbe alkalij kompleksne soli, stopnja oksidacije cerija in stopnja oksidacije cerija. Po 45 minutah reakcije je stopnja pretvorbe dvojne alkalne soli in stopnja oksidacije cerija dosegla več kot 96 %.
Čas objave: 9. maj 2023