הפרדת חמצון אוויר של צריום

שיטת חמצון אוויר היא שיטת חמצון המנצלת חמצן באוויר כדי להתחמצןצריוםלטטראוולנטי בתנאים מסוימים. שיטה זו כוללת בדרך כלל קלייה של תרכיז עפרות פחמן פלואור-פחמן, אוקסלטים של אדמה נדירה וקרבונטים באוויר (המכונה חמצון קלייה) או צלייה של הידרוקסידים של אדמה נדירה (חמצון אוויר יבש) או הכנסת אוויר לתמיסת הידרוקסיד של אדמה נדירה (חמצון אוויר רטוב) לצורך חמצון.

1、 חמצון בצלייה

צליית תרכיז ה- fluorocarbon cerium באוויר בטמפרטורה של 500 ℃ או צליית תרכיז אדמה נדירה של Baiyunebo עם נתרן קרבונט באוויר ב- 600-700 ℃. במהלך פירוק של מינרלים נדירים, הצריום במינרלים מתחמצן לארבע ערכי. שיטות ההפרדהצריוםממוצרים מסולפים כוללים שיטת מלח כפול אדמה נדירה סולפט, שיטת מיצוי ממס וכו'.

בנוסף צליית חמצון שלאדמה נדירהתרכיז, מלחים כמו אוקסלט של אדמה נדירה ופחמת אדמה נדירה עוברים פירוק צלייה באטמוספירה של אוויר, וצריום מתחמצן ל-CeO2. כדי להבטיח מסיסות טובה של תערובת תחמוצת אדמה נדירה המתקבלת בצלייה, טמפרטורת הצלייה לא צריכה להיות גבוהה מדי, בדרך כלל בין 700 ל-800 ℃. ניתן להמיס תחמוצות בתמיסת חומצה גופרתית של 1-1.5מול/ליטר או בתמיסת חומצה חנקתית ב-4-5מול/ליטר. בעת שטיפת עפרות קלויות עם חומצה גופרתית וחומצה חנקתית, צריום נכנס לתמיסה בעיקר בצורה ארבע ערכית. הראשון כרוך בהשגת תמיסת אדמה סולפטית נדירה המכילה 50 גרם/ליטר REO בסביבות 45 ℃, ולאחר מכן ייצור דו-תחמוצת צריום בשיטת מיצוי P204; האחרון כרוך בהכנת תמיסת חנקתי אדמה נדירה המכילה REO של 150-200 גרם/ליטר בטמפרטורה של 80-85 ℃, ולאחר מכן שימוש במיצוי TBP כדי להפריד cerium.

כאשר תחמוצות אדמה נדירות מומסות עם חומצה גופרתית מדוללת או חומצה חנקתית, CeO2 אינו מסיס יחסית. לכן, יש להוסיף לתמיסה כמות קטנה של חומצה הידרופלואורית כזרז בשלב מאוחר יותר של הפירוק כדי לשפר את המסיסות של CeO2.

2、 חמצון אוויר יבש

הנח את הידרוקסיד האדמה הנדירה בתנור ייבוש וחמצן אותו בתנאי אוורור בטמפרטורה של 100-120 ℃ למשך 16-24 שעות. תגובת החמצון היא כדלקמן:

4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4

קצב החמצון של צריום יכול להגיע ל-97%. אם טמפרטורת החמצון מוגברת עוד יותר ל-140 ℃, ניתן לקצר את זמן החמצון ל-4-6 שעות, וקצב החמצון של צריום יכול להגיע גם ל-97%~98%. תהליך חמצון האוויר היבש מייצר כמות גדולה של אבק ותנאי עבודה גרועים, המשמשים כיום בעיקר במעבדה.

3、 חמצון אוויר רטוב אטמוספרי

ערבבו אדמה נדירה הידרוקסיד עם מים ליצירת תמיסה, שלטו בריכוז ה-REO ל-50-70 גרם/ליטר, הוסף NaOH כדי להגביר את הבסיסיות של התרחיץ ל-0.15-0.30מול/ליטר, וכאשר מחומם ל-85 ℃, הכנס אוויר ישירות אל לחמצן את כל הצריום התלת ערכי בתרחיץ לצריום ארבע ערכי. במהלך תהליך החמצון, אידוי המים גדול יחסית, ולכן יש להשלים כמות מסוימת של מים בכל עת כדי לשמור על ריכוז יציב יותר של אדמה נדירה. כאשר מתחמצנים 40 ליטר של תרחיץ בכל אצווה, זמן החמצון הוא 4-5 שעות, וקצב החמצון של צריום יכול להגיע ל-98%. כאשר 8m3 של תמיסת אדמה נדירה הידרוקסיד מחומצן בכל פעם, קצב זרימת האוויר הוא 8-12m3/min, וזמן החמצון גדל ל-15 שעות, קצב החמצון של cerium יכול להגיע ל-97% ~ 98%.

המאפיינים של שיטת חמצון האוויר הרטוב באטמוספירה הם: קצב חמצון גבוה של סריום, תפוקה גדולה, תנאי עבודה טובים, פעולה פשוטה, ושיטה זו משמשת בדרך כלל בתעשייה לייצור דו-תחמוצת צריום גולמי.

4、 חמצון אוויר רטוב בלחץ

בלחץ רגיל, חמצון האוויר לוקח זמן רב יותר, ואנשים מקצרים את זמן החמצון על ידי שימוש בלחץ. עליית לחץ האוויר, כלומר עליית לחץ חלקי החמצן במערכת, תורמת לפירוק החמצן בתמיסה ולפיזור החמצן אל פני השטח של דיפוזיה של חלקיקי הידרוקסיד של אדמה נדירה, ובכך מאיץ את תהליך החמצון.

מערבבים אדמה נדירה הידרוקסיד עם מים לכ-60 גרם/ליטר, כוונן את ה-pH ל-13 עם נתרן הידרוקסיד, העלה את הטמפרטורה לכ-80 ℃, הכנס אוויר לחמצון, שלוט בלחץ ב-0.4MPa וחמצן למשך שעה. קצב החמצון של צריום יכול להגיע ליותר מ-95%. בייצור בפועל, חומר הגלם החמצון מתקבל על ידי המרה אלקלית באמצעות משקעים של מלח קומפלקס נתרן סולפט אדמה נדירה. על מנת לקצר את התהליך, ניתן להוסיף משקעים של מלח קומפלקס נתרן סולפט אדמה נדיר ותמיסת אלקליין למיכל חמצון בלחץ, תוך שמירה על לחץ וטמפרטורה מסוימים. ניתן להחדיר אוויר או חמצן עשיר כדי להמיר את כדור הארץ הנדיר במלח המורכב להידרוקסיד של אדמה נדירה, ובמקביל ניתן לחמצן את Ce (OH) 3 בו ל-Ce (OH) 4.

בתנאי לחץ, קצב ההמרה האלקלי של המלח המורכב, קצב החמצון של צריום וקצב החמצון של צריום משתפרים כולם. לאחר 45 דקות של תגובה, שיעור ההמרה של אלקלי מלח כפול ושיעור החמצון של צריום הגיע ליותר מ-96%.