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超细稀土氧化物的制备

发布时间:2025-04-10    |  【  大    中    小  】  |  【 打印 】 【 关闭 】
超细稀土化合物有着更为广泛的用途。例如,超导材料、功能陶瓷材料、催化剂、传感材料、抛光材料、发光材料、精密电镀以及高熔点高强度合金等都需要稀土超细粉体。稀土超细化合物的制备已成为近年来的研究热点。


稀土超细粉体的制备方法按物质的聚集状态分为固相法、液相法和气相法。固相法处理量大,但其能量利用率低,在粉体制备过程中易引入杂质,制备出的粉体粒度分布宽,形态难控制,且同步进行表面处理比较困难;气相法制备粉体的纯度高、粒度小、单分散性好,然而设备复杂、能耗大、成本高,这些都严重制约了它们的应用发展;相比之下,液相法具有合成温度低、设备简单、易操作、成本低等优点,是目前实验室和工厂广泛采用的制备稀土化合物超细粉体的方法。液相法主要有溶胶-凝胶法、沉淀法、水热法、微乳液法、醇盐水解法 和模板法等,其中最适合工业化生产的首选沉淀法。

在沉淀法中,碳酸氢铵沉淀法和草酸盐沉淀法是目前生产普通稀土氧化物的经典方法,只要控制适宜的条件或加以改变就可以制备超细稀土化合物粉体,因而是最适合工业生产的方法,也是研究较多的方法。碳酸氢铵是廉价易得的工业原料,碳酸氢铵沉淀法是近年来发展起的一种制备稀土氧化物超细粉体的方法,具有操作简单、成本低、适合工业化生产的特点。

内蒙古科技大学李梅教授团队用碳酸氢铵沉淀法制备了一次粒度为140nm,二次粒度为630nm的超细CeO 2,对其进行了表征,并用有机化合物对其进行了表面改性。同时研究了碳酸氢铵沉淀法的稀土浓度、沉淀剂浓度、沉淀温度、沉淀酸度、沉淀剂加入速度等操作条件对稀土超细粉体粒度和形态的影响。实验表明,稀土浓度、沉淀温度、沉淀剂浓度是主要影响因素。

在研究中发现,稀土浓度是能否形成均匀分散超细粉体的关键,在沉淀Ce 3+的实验中,当浓度合适时,一般为0.2~0.5mol/L,碳酸盐沉淀经烘干、灼烧得到氧化铈超细粉体,其粒度小、均匀、分散性好;当浓度过高时,则晶粒生成速度快,生成的晶粒多且小,开始沉淀就出现团聚,碳酸盐严重团聚并呈条状,最后得到的氧化铈仍然团聚严重且粒度较大;而当浓度过低时,则晶粒生成速度较慢,但晶粒容易长大,也得不到超细氧化铈。

在化学反应中,温度是一个起决定性的主要因素,当反应温度低于50℃时,沉淀形成较快,生成晶核多而粒度小,反应中CO 2和NH 3逸出量较少,沉淀呈黏糊状,不易过滤和洗涤,用乙醇多次洗涤后烘干,虽然粒度很小,但团聚严重,分散性不好,且较硬,灼烧成的氧化铈仍有块状存在,研细后经电镜分析,团聚严重,粒度较大;当反应温度为60~70℃时,有一个溶解-沉淀过程,沉淀速度相应缓慢,这时过滤较快,颗粒很松散,不形成堆积,得到的氧化铈经电镜分析表明,颗粒很细,且均匀,基本呈球状。

碳酸氢铵浓度也影响氧化铈的粒度,当碳酸氢铵浓度<1mol/L时,得到的氧化铈粒度很小,且均匀;当碳酸氢铵浓度>1mol/L时,会出现局部沉淀,造成团聚,得到的氧化铈粒度较大,且团聚严重。

草酸盐沉淀法操作简单、实用、经济、可工业化,是传统的制备稀土氧化物粉末的方法,但所制备的稀土氧化物粒度一般为3~10μm。

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