Pripravaultrafini redkozemeljski oksidi
Ultrafine spojine redkih zemelj imajo v primerjavi s spojinami redkih zemelj s splošnimi velikostmi delcev širši spekter uporabe in trenutno je na tem področju več raziskav. Metode priprave so glede na agregacijsko stanje snovi razdeljene na metode v trdni fazi, metode v tekoči fazi in metode v plinski fazi. Trenutno se metoda v tekoči fazi pogosto uporablja v laboratorijih in industriji za pripravo ultrafinih prahov spojin redkih zemelj. Vključuje predvsem metodo obarjanja, sol-gel metodo, hidrotermalno metodo, metodo šablon, mikroemulzijsko metodo in metodo alkidne hidrolize, med katerimi je metoda obarjanja najprimernejša za industrijsko proizvodnjo.
Metoda obarjanja vključuje dodajanje obarjalnega sredstva raztopini kovinske soli za obarjanje, nato pa filtriranje, pranje, sušenje in toplotno razgradnjo, da se dobijo praškasti produkti. Vključuje metodo neposrednega obarjanja, metodo enakomernega obarjanja in metodo koprecipitacije. Pri običajni metodi obarjanja se lahko z žganjem oborine pridobijo oksidi redkih zemelj in soli redkih zemelj, ki vsebujejo hlapne kislinske radikale, z velikostjo delcev 3-5 μm. Specifična površina je manjša od 10 ㎡/g in nima posebnih fizikalnih in kemijskih lastnosti. Metoda obarjanja z amonijevim karbonatom in metoda obarjanja z oksalno kislino sta trenutno najpogosteje uporabljeni metodi za proizvodnjo prahu navadnih oksidov in če se spremenijo procesni pogoji metode obarjanja, se lahko uporabita za pripravo ultrafinih prahov oksidov redkih zemelj.
Raziskave so pokazale, da so glavni dejavniki, ki vplivajo na velikost delcev in morfologijo ultrafinih prahov redkih zemelj pri metodi obarjanja z amonijevim bikarbonatom, koncentracija redkih zemelj v raztopini, temperatura obarjanja, koncentracija obarjalnega sredstva itd. Koncentracija redkih zemelj v raztopini je ključna za nastanek enakomerno dispergiranih ultrafinih prahov. Na primer, v poskusu obarjanja Y3+ za pripravo Y2O3, ko je masna koncentracija redkih zemelj 20~30 g/L (izračunano po Y2O3), je postopek obarjanja gladek, ultrafini prah itrijevega oksida, pridobljen z obarjanjem karbonata s sušenjem in žganjem, pa je majhen, enakomeren in ima dobro disperzijo.
Pri kemijskih reakcijah je temperatura odločilni dejavnik. V zgornjih poskusih je pri temperaturi 60–70 ℃ oborina počasna, filtracija hitra, delci so rahle in enakomerne oblike ter so v osnovi okrogle oblike. Pri reakcijski temperaturi pod 50 ℃ se oborina tvori hitreje, z več zrni in manjšimi delci. Med reakcijo se izloči manj CO2 in NH3, oborina pa je lepljiva in ni primerna za filtracijo in pranje. Po sežiganju v itrijev oksid še vedno ostanejo blokovne snovi, ki se močno aglomerirajo in imajo večje delce. Koncentracija amonijevega bikarbonata vpliva tudi na velikost delcev itrijevega oksida. Ko je koncentracija amonijevega bikarbonata manjša od 1 mol/L, je velikost delcev itrijevega oksida majhna in enakomerna. Ko koncentracija amonijevega bikarbonata preseže 1 mol/L, pride do lokalne oborine, ki povzroči aglomeracijo in večje delce. Pod ustreznimi pogoji lahko dobimo delce velikosti 0,01-0,5 μM ultrafinega prahu itrijevega oksida.
Pri metodi obarjanja z oksalatom se raztopina oksalne kisline dodaja po kapljicah, medtem ko se dodaja amonijak, da se med reakcijskim procesom zagotovi konstantna vrednost pH, kar ima za posledico velikost delcev prahu itrijevega oksida manj kot 1 μM. Najprej se raztopina itrijevega nitrata obori z amoniakovo vodo, da se dobi koloid itrijevega hidroksida, nato pa se pretvori z raztopino oksalne kisline, da se dobi prah Y2O3 z velikostjo delcev manj kot 1 μm. Raztopini itrijevega nitrata Y3+ s koncentracijo 0,25–0,5 mol/L se doda EDTA, pH se z amoniakovo vodo prilagodi na 9, doda se amonijev oksalat in se pri 50 ℃ po kapljicah s hitrostjo 1–8 ml/min dodaja raztopina 3 mol/L HNO3, dokler se obarjanje ne zaključi pri pH = 2. Dobi se lahko prah itrijevega oksida z velikostjo delcev 40–100 nm.
Med postopkom pripraveultrafini redkozemeljski oksidiPri metodi obarjanja se lahko pojavijo različne stopnje aglomeracije. Zato je treba med postopkom priprave strogo nadzorovati pogoje sinteze z uravnavanjem pH vrednosti, uporabo različnih obarjalnikov, dodajanjem disperzantov in drugimi metodami za popolno disperzijo vmesnih produktov. Nato se izberejo ustrezne metode sušenja in na koncu se s kalcinacijo dobijo dobro dispergirani ultrafini prahovi redkih zemeljskih spojin.
Čas objave: 21. april 2023