鎂元素對鑭鈰氧化物顏色的影響

楊發軍＊，雷美美，李向東，馬相琴，柴進忠

（甘肅稀土新材料股份有限公司，甘肅 白銀 730922）

包頭混合型稀土精礦的主流分解工藝為濃硫酸強化焙燒→水浸→氧化鎂中和→萃取分離→合成工藝。由于氧化鎂的加入，直接影響稀土產品的質量，對鑭鈰氧化物顏色的影響尤為明顯。本實驗通過向鑭鈰氯化稀土中添加氯化鎂雜質，以添加氯化鎂的氯化鑭鈰稀土為原料，合成生產鑭鈰氧化物，研究了鎂元素對鑭鈰氧化物顏色的影響[1，2]。

1 實驗部分

1.1 原料及試劑

鑭鈰氯化稀土由甘肅稀土新材料股份有限公司提供，其配份及化學成分見表1.，農用級碳酸氫銨中含氮量大于等于17%，純度大于等于98%。其它添加雜質均為分析純。

表1 鑭鈰氯化稀土的配份和主要雜質含量/（g/L，ppm，%）

1.2 鑭鈰氧化物的制備過程

在反應裝置中加入一定濃度的鑭鈰氯化稀土溶液，在將氯化鎂配制成溶液加入到鑭鈰氯化稀土溶液中，在60℃下合成 ；按照m（鑭鈰氯化稀土）：m（碳酸氫銨）=1：1.5的比例（其中鑭鈰氯化稀土以REO計），將一定濃度的碳酸氫銨溶液按照設置好的流速加入到鑭鈰氯化稀土溶液中，淋洗四次過濾，在不同的溫度下燒成4小時，即可得到鑭鈰氧化物粉體[3]。

1.3 分析方法

配份和雜質元素采用德國耶拿公司生產的PQ-900型ICP發射光譜儀測試；鑭鈰氧化物顏色采用YT-AMC型全自動色度儀測試。

2 結果與討論

2.1 鑭鈰氧化物在不同燒成溫度下L值和a值的變化

在實驗過程中，將氯化鎂按照圖1中所示的比例加入鑭鈰氯化稀土溶液中，合成鑭鈰氧化稀土，根據氯化鎂添加量逐漸增大之后鑭鈰氧化物的L值對比表明，未添加氯化鎂的鑭鈰氧化物L值普遍較高，顏色較好，但在1000℃下燒成時，L出現了一些波動。當氯化鎂添加量0.1%和0.5%時，隨著燒成溫度的不斷增加，鑭鈰氧化物的L值呈現先升高后降低的趨勢，且添加量越大，這種趨勢越前置，在氯化鎂添加量較少的時候，鎂原子進入了鑭鈰氧化物的晶格，形成了鎂摻雜的鑭鈰氧化物，導致其L升高。當氯化鎂的添加量達到2%時，大量的鎂離子存在，在燒成過程中，其鎂原子的濃度遠遠的超過了摻雜所允許的濃度，形成了氧化鑭鈰與氧化鎂共存的狀態，導致其L值急劇降低，隨著燒成溫度的持續升高，達到1100℃以上時，氧化鎂與鑭鈰氧化物形成固溶體，使得L升高。

圖1 鑭鈰氧化物在不同燒成溫度下L值，a值的變化

圖1所示，當800℃＜T（燒成溫度）＜1000℃，0.0（氯化鎂）＜m%（氯化鎂）＜0.5%（氯化鎂）時，隨著燒成溫度的逐漸升高，鑭鈰氧化物的a值均呈現升高的趨勢，主要是由于鎂原子摻雜進入鑭鈰氧化物的晶格，導致晶格畸變，造成其a值的上升 ；當1000℃＜T（燒成溫度）＜1200℃，0.0（氯化鎂）＜m%（氯化鎂）＜0.5%（氯化鎂）時，由于氧化鈰隨著溫度升高，相轉變趨于完成，晶粒形成趨于完善，雜質原子濃度不足或者過飽和均導致了a值下降。當氧化鎂濃度2%時，800℃＜T（燒成溫度）＜1100℃，鑭鈰氧化物的a值不斷升高，溫度越高，a值升高越快，鑭鈰氧化物與氧化鎂逐漸形成固溶體，固溶晶格畸變，鎂原子存在于鑭鈰氧化物表面，形成偏析；當1100℃＜T（燒成溫度）＜1200℃，固溶體逐漸形成，致使a值降低。

2.2 鑭鈰氧化物在不同燒成溫度下b值和R457值的變化

圖2所示，當800℃＜T（燒成溫度）＜1000℃，隨著氯化鎂添加量的逐漸增加，鑭鈰氧化物的b值均呈現下降的趨勢，主要是由于鎂原子摻雜進入鑭鈰氧化物的晶格，導致晶格畸變，造成其b值的下降；當1000℃＜T（燒成溫度）＜1200℃，0.0（氯化鎂）＜m%（氯化鎂）＜0.5%（氯化鎂）時，由于氧化鈰隨著溫度升高，相轉變趨于完成，晶粒形成趨于完善，雜質原子濃度過飽和導致了b值的上升。當氧化鎂濃度2%時，1000℃＜T（燒成溫度）＜1100℃，鑭鈰氧化物的b值不斷升高，鑭鈰氧化物與氧化鎂逐漸形成固溶體，固溶晶格畸變，鎂原子存在于鑭鈰氧化物表面，形成偏析；當1100℃＜T（燒成溫度）＜1200℃，固溶體逐漸形成，致使b值降低。

圖2 鑭鈰氧化物在不同燒成溫度下b值和R457的變化

在圖2中，隨著氯化鎂添加量的逐漸增大，R457值普遍較低，且添加量越大，波動越大；當氯化鎂的加入量為0%時，即采用原始氯化鑭鈰液為原料，隨著溫度的升高，鑭鈰氧化物的R457值不斷升高，但燒成溫度達到900℃以上時，鑭鈰氧化物的R457值趨于穩定，波動極小。當800℃＜T（燒成溫度）＜1000℃，0.0（氯化鎂）＜m%（氯化鎂）＜2.0%（氯化鎂）時，隨著溫度逐漸增加，鑭鈰氧化物的R457值均呈現升高的趨勢，主要是由于鎂原子摻雜進入鑭鈰氧化物的晶格，導致晶格畸變，造成其R457值的升高；當1000℃＜T（燒成溫度）＜1100℃，0.0（氯化鎂）＜m%（氯化鎂）＜0.5%（氯化鎂）時，由于氧化鈰隨著溫度升高，相轉變趨于完成，晶粒形成趨于完善，雜質原子濃度過飽和導致使得b值不斷的降低，從而使得R457值不斷的降低。當氧化鎂濃度2%時，1000℃＜T（燒成溫度）＜1100℃，鑭鈰氧化物的R457值不斷降低，鑭鈰氧化物與氧化鎂逐漸形成固溶體，固溶晶格畸變，鎂原子存在于鑭鈰氧化物表面，形成偏析，使得b值急劇降低，從而導致R457值急劇降低；當1100℃＜T（燒成溫度）＜1200℃，固溶體逐漸形成，使得b值升高，導致R457反而升高。

3 結論

（1）氯化鎂的添加量導致L值均有所降低，且在不同的溫度下L波動較大；氯化鎂的添加量導致a值變化波動大，但在添加量為0.5%時，在0值上下波動。

（2）氯化鎂的添加量導致b值變化波動大，在1000℃下燒成時，氯化鎂的添加量越少，約接近0值；氯化鎂的添加量導致R457值變化波動大，在1000℃下燒成時，添加量越少，R457月大，即鑭鈰氧化物的顏色越白。