הכנת תחמוצות אדמה נדירות במיוחד

הכנה שלתחמוצות אדמה נדירות במיוחד

לתרכובות אדמה נדירות במיוחד יש מגוון רחב יותר של שימושים בהשוואה לתרכובות אדמה נדירות בעלות גדלי חלקיקים כלליים, וכיום יש מחקר נוסף עליהן. שיטות ההכנה מחולקות לשיטת שלב מוצק, שיטת שלב נוזלי ושיטת שלב גז לפי מצב הצבירה של החומר. כיום, שיטת הפאזה הנוזלית נמצאת בשימוש נרחב במעבדות ובתעשייה להכנת אבקות עדינות במיוחד של תרכובות אדמה נדירות. הוא כולל בעיקר שיטת משקעים, שיטת סול ג'ל, שיטת הידרותרמית, שיטת תבנית, שיטת מיקרו אמולסיה ושיטת הידרוליזה של אלקיד, ביניהם שיטת המשקעים המתאימה ביותר לייצור תעשייתי.

שיטת המשקעים היא להוסיף את המשקע לתמיסת מלח המתכת לצורך משקעים, ולאחר מכן לסנן, לשטוף, לייבש ולפרק בחום לקבלת מוצרי אבקה. הוא כולל שיטת משקעים ישירה, שיטת משקעים אחידה ושיטת משקעים משותפת. בשיטת המשקעים הרגילה ניתן להשיג תחמוצות אדמה נדירות ומלחי אדמה נדירים המכילים רדיקלים חומציים נדיפים על ידי שריפת המשקע, בגודל חלקיקים של 3-5 מיקרומטר. שטח הפנים הספציפי קטן מ-10 ㎡/g ואינו בעל תכונות פיזיקליות וכימיות מיוחדות. שיטת המשקעים של אמוניום קרבונט ושיטת המשקעים בחומצה אוקסלית הן כיום השיטות הנפוצות ביותר לייצור אבקות תחמוצת רגילות, וכל עוד תנאי התהליך של שיטת המשקעים משתנים, ניתן להשתמש בהן להכנת אבקות תחמוצת אדמה נדירה עדינה במיוחד.

מחקרים הראו כי הגורמים העיקריים המשפיעים על גודל החלקיקים והמורפולוגיה של אבקות אולטרה-דקות של אדמה נדירה בשיטת המשקעים של אמוניום ביקרבונט כוללים את ריכוז האדמה הנדירה בתמיסה, טמפרטורת המשקעים, ריכוז חומרי המשקעים וכו'. הפתרון הוא המפתח ליצירת אבקות אולטרה-דקות מפוזרות באופן אחיד. לדוגמה, בניסוי של Y3+משקעים להכנת Y2O3, כאשר ריכוז המסה של אדמה נדירה הוא 20~30g/L (מחושב על ידי Y2O3), תהליך המשקעים חלק, והאבקה האולטרה-דקה של איטריום אוקסיד המתקבלת ממשקע קרבונט על ידי ייבוש ושריפה קטן, אחיד, והפיזור טוב.

בתגובות כימיות, הטמפרטורה היא גורם מכריע. בניסויים לעיל, כאשר הטמפרטורה היא 60-70 ℃, המשקעים איטיים, הסינון מהיר, החלקיקים רופפים ואחידים, והם בעצם כדוריים; כאשר טמפרטורת התגובה נמוכה מ-50 ℃, המשקעים נוצרים מהר יותר, עם יותר גרגרים וגדלים קטנים יותר של חלקיקים. במהלך התגובה, כמות ה-CO2 וה-NH3 הולכת ופוחתת, והמשקעים הם בצורה דביקה, שאינה מתאימה לסינון ולשטיפה. לאחר שנצרבו לתחמוצת איטריום, עדיין קיימים חומרים גושיים שמתאגרפים ברצינות ובעלי גודל חלקיקים גדול יותר. ריכוז האמוניום ביקרבונט משפיע גם על גודל החלקיקים של תחמוצת איטריום. כאשר ריכוז האמוניום ביקרבונט נמוך מ-1מול/ליטר, גודל חלקיקי תחמוצת האיטריום המתקבל קטן ואחיד; כאשר ריכוז האמוניום ביקרבונט עולה על 1מול/ליטר, יתרחשו משקעים מקומיים הגורמים לצבירה ולחלקיקים גדולים יותר. בתנאים מתאימים, ניתן להשיג גודל חלקיקים של 0.01-0.5 μM אבקת תחמוצת איטריום עדינה במיוחד.

בשיטת משקעי אוקסלט, תמיסת החומצה האוקסלית מתווספת בצורה טיפה תוך הוספת אמוניה כדי להבטיח ערך pH קבוע במהלך תהליך התגובה, וכתוצאה מכך גודל חלקיקים פחות מ-1 מיקרומטר של אבקת תחמוצת איטריום. ראשית, מזרז תמיסת איטריום חנקתי עם מי אמוניה לקבלת קולואיד איטריום הידרוקסיד, ולאחר מכן המר אותה בתמיסת חומצה אוקסלית לקבלת גודל חלקיקים פחות מ-1 מיקרון אבקת Y2O3 של m. הוסף EDTA לתמיסת Y3+ של איטריום חנקתי בריכוז של 0.25-0.5 מול/ליטר, כוונן את ה-pH ל-9 עם מי אמוניה, הוסף אמוניום אוקסלט וטפטף תמיסה של 3מול/ליטר HNO3 בקצב של 1-8 מ"ל/ דקות ב-50 ℃ עד להשלמת המשקעים ב-pH=2. ניתן להשיג אבקת תחמוצת איטריום בגודל חלקיקים של 40-100 ננומטר.

במהלך תהליך ההכנהתחמוצות אדמה נדירות במיוחדלפי שיטת משקעים, דרגות שונות של צבירה נוטות להתרחש. לכן, במהלך תהליך ההכנה, יש צורך לשלוט בקפדנות על תנאי הסינתזה, על ידי התאמת ערך ה-pH, שימוש במשקעים שונים, הוספת חומרי פיזור ושיטות אחרות לפיזור מלא של מוצרי הביניים. לאחר מכן, נבחרות שיטות ייבוש מתאימות, ולבסוף מתקבלות אבקות אולטרה-דקות של תרכובת אדמה נדירה מפוזרת היטב באמצעות סידוד.