利用碳酸氫銨—氨水混合沉淀劑制備碳酸鑭的研究

郝一鳴，董 方

（內蒙古科技大學，內蒙古 包頭 014010）

碳酸鑭屬于重要稀土中間產品之一，可用于稀土新材料的制備，同時還能作為制備氯化稀土及硝酸稀土的原材料。制備碳酸稀土時可使用的沉淀劑類型較多，主要包括碳酸氫氨、尿素和碳酸氫鈉等。

現階段較為常見的碳酸鑭制備工藝為將碳酸氫銨溶液和氯化稀土進行反應，之后進行漿液的過濾和洗滌處理，進一步制備碳酸稀土產品。但是上述制備方法還存在一定不足，因此本文提出了混合沉淀劑制備方法，以期得到預期制備效果。

1 實驗部分

本次實驗選擇的原材料主要為氯化鑭溶液，組成成分包括碳酸氫銨、氨水。實驗過程中利用EDTA滴定法測量溶液中稀土濃度，并采取比色法測量氯離子含量，利用ICP法測量雜質離子，同時借助掃描電鏡和XRD來檢測產品物相結構及形貌。需要應用的儀器設備有X射線衍射儀、磁力攪拌器、循環水式真空泵以及掃描電鏡等。在制備產品時，將碳酸氫銨和氨水按照1:1.04的摩爾比混合起來，并在其中加入一定量純水制成混合沉淀劑。在氯化鑭料液中加入適當純水，得到稀土濃度為30至240g/L的溶液，在不斷攪拌和適宜溫度條件下，將沉淀劑以及氯化鑭料液加入到稀土底液中，直至混合漿液的pH值為6.7時停止加入試劑。在對得到的混合漿液進行過濾和洗滌處理后，便能得到碳酸稀土產品。

2 結果與討論

2.1 稀土濃度與碳酸鑭產品質量間關系

在制備碳酸鑭產品時，將實驗條件設定為反應溫度40℃、稀土濃度272g/L、反應時間為7h，對制備過程中對氯離子含量進行測定時，可發現產品中氯離子含量隨著稀土濃度增大而增加。當稀土濃度控制在30至100g/L范圍內時，碳酸氫銨產品中的稀土含量超過45%，并且總量變化不明顯[1]。當稀土濃度設定為240g/L條件下，制備產品中的氯離子含量增加幅度明顯，并且稀土含量有所降低，產生這一現象的主要原因在于底液濃度較高，反應得到的沉淀產物晶化程度較低，由于產品晶化時間縮短，對產品質量有不利影響，并且由于稀土濃度大，容易降低生成沉淀的沉降性能，進而造成氯離子吸附在產品表面。因此，實際利用碳酸氫銨-氨水沉淀劑制備按碳酸稀土時，要做到對稀土濃度的有效控制，以便保障產品質量。

2.2 反應時間與產品質量間關系

反應時間同樣對產品質量有一定影響，在反應溫度為40℃、并流料液內稀土濃度為272g/L的條件下，制備得到的碳酸鑭產品指標變化規律體現在以下幾方面：一是產品中的氯離子含量整體隨著反應時間增加而降低，變化波動不明顯；二是碳酸鑭產品中的稀土含量隨著反應時間減少而逐漸降低，出現這一情況主要是因為，當沉淀反應時間縮短時，則表明混合沉淀劑的添加速度較快，在反應過程中碳酸鑭顆粒成核速度快，導致部分沉淀還處于不固定形態，這種情況下產物吸水能力強，進一步使得沉淀漿液中稀土含量偏低。從以上闡述可知，反應時間快慢對產品中稀土含量有明顯影響，因此，應加大對沉淀反應時間的控制。

2.3 沉淀廢水回用與產品質量間關系

實際進行碳酸鑭產品制備時，為了減少沉淀廢水產量及提高廢水中氯離子含量，需要充分掌握沉淀廢水回用與產品質量和廢水中氯離子含量間關系，進而發揮碳酸氫銨-氨水沉淀劑方法在制備碳酸鑭上的應用價值。將實驗條件設置為：底液中的稀土濃度為30g/L、反應溫度40℃、反應時間7h、沉淀劑濃度為7mol/L。在對碳酸鑭產品指標進行測定分析時，可觀察到氯離子、氧化鈣和硫酸離子的含量隨著沉淀廢水使用次數的增多而增大，并且廢水中的氯化銨濃度隨之增大。當沉淀廢水使用次數在3次以上時，則產品各項指標趨于平衡。而沉淀廢水回收利用次數對產品中氧化鈉和氧化鐵的含量影響不大，相關實驗數據表明，這些產品指標在反應過程中趨于穩定[2]。

2.4 產品物相結構與形貌分析

利用碳酸氫銨-氨水混合沉淀劑來制備碳酸稀土時，本文主要將反應溫度設定為40℃、反應時間7h、底液內稀土濃度為30g/L，在上述條件下進行沉淀反應，并對制備得到的碳酸鑭產品的物相結構以及形貌進行分析，利用X衍射測定儀器，能得到產品對應圖譜，如圖1。結合圖譜分析結果表明：本次實驗期間27.25d°、29.25°、以及34.9°處，均出現了La2(CO3)3·8H2O特征峰波的波動變化，這表明產品內主要組成成分為La2(CO3)3·8H2O，并且衍射峰體現出較尖銳的特點，說明沉淀產品晶化反應完全，可得到完整晶型。另外衍射圖譜中存在堿式碳酸鑭特征峰，說明產品中包括堿式碳酸鑭成分。而對產品形貌進行分析時，發現其形貌呈現圓球狀，由多個不規則長方體構成，互相纏結成圓球狀，而長方體則是由厚度各異的片狀體堆積成的[3]。

圖1 碳酸氫銨-氨水混合沉淀圖譜

3 結論

綜上所述，利用碳酸氫銨-氨水混合沉淀劑來制備碳酸鑭時，產品質量主要受到稀土濃度、沉淀廢水回用和反應時間等多種因素影響，為了提高碳酸鑭產品質量，需要保證制備方案的合理制定。通過合理控制稀土濃度和反應時間等，保證碳酸氫銨-氨水混合沉淀劑制備方法取得良好效果，進一步提高制備效率、減少廢水產量，為碳酸稀土的制備提供借鑒。