大粒徑稀土氧化物產品制備技術分析

唐興同

摘要：稀土粉體材料作為新材料的重要組成部分，要求具有特殊的物理化學性狀，如具有高的均一性、填充性、分散性、流動性、反應操作性等。稀土粉體的粒徑大小直接決定粉體的應用效果，不同粒徑的粉體原料可以制備出不同要求的陶瓷材料、熒光材料、電子材料等，而拋光粉的顆粒大小直接決定了拋光效率與所能達到的光潔度。所以，顆粒大小分布是稀土粉體非常重要的性能指標。

關鍵詞：大粒徑;稀土;氧化物;制備;技術分析

稀土元素由于其獨特的電子結構，而被譽為新材料的寶庫。例如鈰元素在氟碳鈰礦和獨居石礦中天然豐度很高，占上述礦源稀土總量的一半。近年來，稀土應用已由傳統的電子、冶金、化工、陶瓷等領域滲透到國民經濟的各個領域，由原來的化學應用，延伸到物理性能的開發應用。其中二氧化鈰是一種價廉而用途廣泛的稀土材料，國內外在制備超細和納米稀土氧化鈰方面報道較多，但大粒徑稀土氧化物制備方面的報道并不多，稀土粉體的粒徑大小直接決定粉體的應用效果，所以，顆粒大小分布是稀土粉體非常重要的性能指標。除小顆粒稀土化合物具有特殊的應用領域外，大粒徑的稀土化合物也具有廣闊的應用市場。大粒徑CeO₂可用作寶石拋光劑和玻璃添加劑，作為玻璃的脫色劑和澄清劑，可代替傳統的白砒，減少白砒揮發對大氣環境的污染，改善玻璃制品的質量，降低成本，增加效益，這對我國資源的合理化應用，以及環境的改善具有重要意義。

1.稀土氧化物產品的介紹

稀土氧化物是主要的稀土化合物產品，在一定條件下可轉化為各種鹽類，具有獨特的物理化學性質，故稀土氧化物在各領域具有廣泛的用途。隨著高新材料領域的高速發展，稀土在這些領域的作用越來越大，反過來這些領域對稀土化合物的物理性質要求也越來越高，如大粒徑、超細、大比表面積、特殊晶體形貌等。目前，隨著新材料技術的不斷發展，稀土化合物的應用已由冶金、化工、陶瓷等傳統領域拓展到永磁、儲氫、發光等高技術領域;并由對其化學性質的開發應用轉變到對粒徑、比表面、比重等物性指標的研究

目前，隨著新材料技術的發展，具有可控粒徑的稀土化合物展現出良好的市場前景。除小顆粒稀土化合物具有特殊的應用領域外，大粒徑的稀土化合物也具有廣闊的應用市場。現在，稀土生產廠家生產的稀土氧化物，一般平均粒徑為3～5μm、松裝密度小于1.2g·cm^-3，屬于初級產品，不能滿足用戶要求。有關納米和超細稀土化合物的研究報道較多，而大粒徑稀土和高松裝密度化合物的研究則很少。

大粒徑稀土氧化物以其粒徑大、高比重、低比表面等特性已成為稀土新材料研發的方向之一。大粒徑稀土氧化物因廣泛用做樹脂填充材料、噴涂材料、拋光材料以及催化劑等而備受青睞，但國內很難買到符合外商要求的此類產品。為適應這一趨勢，包頭稀土研究院與中國科學院化學研究所合作就大粒徑稀土氧化物（主要包括氧化鑭、氧化鈰、氧化鐠、氧化釹）的制備工藝及反應機理進行了實驗研究，制備出中值粒徑在40～100微米的產品，并推廣應用。

2.主要技術內容

主要研究內容包括：①大粒徑稀土氧化物的制備工藝，制得的氧化粉體，其中值粒徑（D）≥30μm;②進一步完善制備工藝，降低化學試劑消耗，并提高工藝的穩定性;③研究大粒徑稀土氧化物制備工藝過程的反應機理，為工藝的完善提供理論指導;④在研究氧化物制備工藝的基礎上，研究稀土系列氧化物的制備工藝。采用的工藝流程如圖所示。

將固體草酸配制成溶液，并用工業硝酸調節其酸度，然后置于恒溫水浴槽內。攪拌下將硝酸稀土溶液以一定速度加到草酸溶液中。恒溫陳化一定時間，過濾，洗滌。馬弗爐中灼燒一定時間即制得大粒徑稀土氧化物。

研究證明草酸鹽沉淀法制備大粒徑稀土氧化物工藝可行，工藝和設備簡單，易于操作。對于氧化物，不需另外加入添加劑，即可制得大粒徑的稀土氧化物。產品質量達到客戶要求。

3.技術特色

本研究的大粒徑稀土氧化物制備工藝，查新報告指出：在不添加表面活性劑或分散劑的條件下，用草酸鹽沉淀法制備中值粒徑在40μm-100μm的大粒徑稀土氧化物，尚未見有與之相同的報，其區別在于工藝參數，如酸度、加料速度、陳化時間、沉淀反應溫度、灼燒溫度、灼燒時間的差別。本工藝沉淀一次收率為70%～80%，沉淀母液可返回工藝循環使用，連續生產稀土總收率可達98%。無廢水產生。

4.應用和推廣情況

隨著新材料技術的發展，具有可控粒徑的稀土化合物展現出良好的市場前景。裝飾品生產廠家希望購買粒徑大于20μm、松裝密度大于1.5g·cm^-3的氧化鈰，作為特殊拋光材料。火法氧化物電解制備稀土金屬時，也希望用粒徑大而均勻、密度較大的氧化物進行電解，以避免電解時發生飛濺。在玻璃行業，使用CeO₂，代替傳統的白砒，為使CeO₂和玻璃更好地混勻，也希望使用大粒徑、高松裝密度CeO₂。本研究的工藝，可生產平均粒徑40～60微米的氧化物，60～80微米的氧化鑭、氧化鈰，市場價格是普通稀土氧化物的10倍，經濟效益非常可觀。

5結論與認識

大粒徑氧化鈰作為玻璃的脫色劑和澄清劑，可代替傳統的白砒和芒硝，減少白砒揮發對大氣環境的污染和芒硝對熔窯的腐蝕及大氣中硫含量，提高玻璃的質量。該工藝方法簡便易行，適合其它大粒徑稀土氧化物的制備。

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（作者單位：甘肅稀土新材料股份有限公司）