Herstellung ultrafeiner Seltenerdoxide

Vorbereitung vonultrafeine Seltenerdoxide

Ultrafeine Seltenerdverbindungen haben im Vergleich zu Seltenerdverbindungen mit allgemeiner Partikelgröße ein breiteres Anwendungsspektrum und werden derzeit intensiv erforscht. Die Herstellungsverfahren werden je nach Aggregatzustand der Substanz in Festphasen-, Flüssigphasen- und Gasphasenverfahren unterteilt. Derzeit wird das Flüssigphasenverfahren in Laboren und der Industrie häufig zur Herstellung ultrafeiner Pulver aus Seltenerdverbindungen eingesetzt. Es umfasst hauptsächlich das Fällungsverfahren, das Sol-Gel-Verfahren, das Hydrothermalverfahren, das Templatverfahren, das Mikroemulsionsverfahren und das Alkydhydrolyseverfahren, wobei das Fällungsverfahren für die industrielle Produktion am besten geeignet ist.

Bei der Fällungsmethode wird der Metallsalzlösung ein Fällungsmittel zugesetzt. Anschließend wird gefiltert, gewaschen, getrocknet und erhitzt, um Pulverprodukte zu erhalten. Es gibt die direkte Fällung, die gleichmäßige Fällung und die Kopräzipitation. Bei der herkömmlichen Fällung werden Seltenerdoxide und Seltenerdsalze mit flüchtigen Säureradikalen durch Verbrennen des Niederschlags mit einer Partikelgröße von 3–5 µm gewonnen. Die spezifische Oberfläche beträgt weniger als 10 µm/g und weist keine besonderen physikalischen und chemischen Eigenschaften auf. Die Ammoniumcarbonat-Fällung und die Oxalsäure-Fällung sind derzeit die am häufigsten verwendeten Verfahren zur Herstellung herkömmlicher Oxidpulver. Unter Anpassung der Prozessbedingungen der Fällung können diese Verfahren zur Herstellung ultrafeiner Seltenerdoxidpulver verwendet werden.

Untersuchungen haben gezeigt, dass die Hauptfaktoren, die die Partikelgröße und Morphologie von Seltenerd-Ultrafeinpulvern bei der Ammoniumbicarbonat-Fällung beeinflussen, die Seltenerdkonzentration in der Lösung, die Fällungstemperatur, die Konzentration des Fällungsmittels usw. sind. Die Seltenerdkonzentration in der Lösung ist entscheidend für die Bildung gleichmäßig verteilter Ultrafeinpulver. Beispielsweise verläuft im Experiment zur Herstellung von Y2O3 durch Y3+-Fällung bei einer Massenkonzentration der Seltenen Erden von 20–30 g/l (berechnet mit Y2O3) der Fällungsprozess gleichmäßig, und das durch Trocknen und Brennen aus der Carbonatfällung gewonnene Yttriumoxid-Ultrafeinpulver ist klein, gleichmäßig und weist eine gute Dispersion auf.

Bei chemischen Reaktionen ist die Temperatur ein entscheidender Faktor. In den obigen Experimenten erfolgte die Niederschlagsbildung bei Temperaturen zwischen 60 und 70 °C langsam, die Filtration schnell, die Partikel waren locker und gleichmäßig und hatten im Wesentlichen eine kugelförmige Gestalt. Bei Reaktionstemperaturen unter 50 °C bildete sich der Niederschlag schneller, mit mehr Körnern und kleinerer Partikelgröße. Während der Reaktion tritt weniger CO2 und NH3 aus, und der Niederschlag hat eine klebrige Form, die sich nicht zum Filtrieren und Waschen eignet. Nach dem Verbrennen zu Yttriumoxid bleiben blockartige Substanzen zurück, die stark agglomerieren und größere Partikel aufweisen. Die Konzentration von Ammoniumbicarbonat beeinflusst auch die Partikelgröße von Yttriumoxid. Bei einer Konzentration von weniger als 1 mol/l Ammoniumbicarbonat sind die erhaltenen Yttriumoxid-Partikel klein und gleichmäßig. Bei einer Konzentration von mehr als 1 mol/l Ammoniumbicarbonat kommt es zu lokaler Niederschlagsbildung, die zu Agglomerationen und größeren Partikeln führt. Unter geeigneten Bedingungen kann eine Partikelgröße von 0,01–0,5 μM ultrafeines Yttriumoxidpulver erhalten werden.

Bei der Oxalatfällungsmethode wird die Oxalsäurelösung tropfenweise hinzugefügt, während Ammoniak hinzugefügt wird, um einen konstanten pH-Wert während des Reaktionsprozesses sicherzustellen, wodurch Yttriumoxidpulver mit einer Partikelgröße von weniger als 1 μ M erhalten wird. Zunächst wird die Yttriumnitratlösung mit Ammoniakwasser gefällt, um ein Yttriumhydroxidkolloid zu erhalten, und dann wird es mit einer Oxalsäurelösung umgewandelt, um ein Y2O3-Pulver mit einer Partikelgröße von weniger als 1 μ M zu erhalten. Einer Y3+-Lösung von Yttriumnitrat mit einer Konzentration von 0,25–0,5 mol/l wird EDTA hinzugefügt, der pH-Wert mit Ammoniakwasser auf 9 eingestellt, Ammoniumoxalat hinzugefügt und eine 3 mol/l HNO3-Lösung mit einer Geschwindigkeit von 1–8 ml/min bei 50 °C zugetropft, bis die Fällung bei einem pH-Wert von 2 abgeschlossen ist. Es kann Yttriumoxidpulver mit einer Partikelgröße von 40–100 nm erhalten werden.

Während des Vorbereitungsprozessesultrafeine SeltenerdoxideDurch Fällungsverfahren können unterschiedliche Agglomerationsgrade auftreten. Daher ist es während des Herstellungsprozesses notwendig, die Synthesebedingungen streng zu kontrollieren, beispielsweise durch Anpassung des pH-Werts, Verwendung verschiedener Fällungsmittel, Zugabe von Dispergiermitteln und andere Methoden, um die Zwischenprodukte vollständig zu dispergieren. Anschließend werden geeignete Trocknungsverfahren ausgewählt, und schließlich werden durch Kalzinierung gut dispergierte ultrafeine Seltenerdverbindungspulver gewonnen.