Tách xeri bằng oxy hóa không khí

Phương pháp oxy hóa không khí là phương pháp oxy hóa sử dụng oxy trong không khí để oxy hóaxerithành hóa trị bốn trong một số điều kiện nhất định. Phương pháp này thường bao gồm việc rang quặng xeri flocacbon cô đặc, oxalat đất hiếm và cacbonat trong không khí (được gọi là quá trình oxy hóa rang) hoặc rang hydroxit đất hiếm (oxy hóa không khí khô) hoặc đưa không khí vào bùn hydroxit đất hiếm (oxy hóa không khí ướt) để oxy hóa.

1、 Quá trình oxy hóa rang

Rang tinh quặng xeri florocacbon trong không khí ở nhiệt độ 500℃ hoặc rang tinh quặng đất hiếm Baiyunebo với natri cacbonat trong không khí ở nhiệt độ 600-700℃. Trong quá trình phân hủy khoáng vật đất hiếm, xeri trong khoáng vật bị oxy hóa thành hóa trị bốn. Các phương pháp táchxeritừ các sản phẩm nung bao gồm phương pháp muối kép sunfat đất hiếm, phương pháp chiết dung môi, v.v.

Ngoài quá trình rang oxy hóađất hiếmcô đặc, các muối như oxalat đất hiếm và cacbonat đất hiếm trải qua quá trình phân hủy nung trong khí quyển không khí, và xeri bị oxy hóa thành CeO2. Để đảm bảo độ hòa tan tốt của hỗn hợp oxit đất hiếm thu được bằng cách nung, nhiệt độ nung không được quá cao, thường là từ 700 đến 800 ℃. Oxit có thể được hòa tan trong dung dịch axit sunfuric 1-1,5mol / L hoặc dung dịch axit nitric 4-5mol / L. Khi ngâm quặng nung bằng axit sunfuric và axit nitric, xeri chủ yếu đi vào dung dịch dưới dạng bốn hóa trị. Trước đây liên quan đến việc thu được dung dịch sunfat đất hiếm chứa 50g / L REO ở khoảng 45 ℃, sau đó sản xuất xeri dioxit bằng phương pháp chiết xuất P204; Sau này liên quan đến việc chuẩn bị dung dịch nitrat đất hiếm chứa REO là 150-200g / L ở nhiệt độ 80-85 ℃, sau đó sử dụng chiết xuất TBP để tách xeri.

Khi oxit đất hiếm được hòa tan bằng axit sunfuric loãng hoặc axit nitric, CeO2 tương đối không hòa tan. Do đó, cần thêm một lượng nhỏ axit flohydric vào dung dịch làm chất xúc tác ở giai đoạn hòa tan sau để cải thiện độ hòa tan của CeO2.

2、 Oxy hóa không khí khô

Cho hydroxit đất hiếm vào lò sấy và oxy hóa trong điều kiện thông gió ở nhiệt độ 100-120℃ trong 16-24 giờ. Phản ứng oxy hóa như sau:

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

Tốc độ oxy hóa của xeri có thể đạt tới 97%. Nếu nhiệt độ oxy hóa tiếp tục tăng lên 140 ℃, thời gian oxy hóa có thể rút ngắn xuống còn 4-6 giờ, tốc độ oxy hóa của xeri cũng có thể đạt tới 97%~98%. Quá trình oxy hóa không khí khô tạo ra lượng bụi lớn và điều kiện lao động kém, hiện nay chủ yếu được sử dụng trong phòng thí nghiệm.

3、 Quá trình oxy hóa không khí ẩm trong khí quyển

Trộn hydroxit đất hiếm với nước để tạo thành bùn, kiểm soát nồng độ REO đến 50-70g / L, thêm NaOH để tăng độ kiềm của bùn lên 0,15-0,30mol / L và khi đun nóng đến 85 ℃, trực tiếp đưa không khí vào để oxy hóa tất cả xeri hóa trị ba trong bùn thành xeri hóa trị bốn. Trong quá trình oxy hóa, sự bay hơi của nước tương đối lớn, vì vậy cần bổ sung một lượng nước nhất định bất cứ lúc nào để duy trì nồng độ đất hiếm ổn định hơn. Khi oxy hóa 40L bùn trong mỗi mẻ, thời gian oxy hóa là 4-5 giờ và tốc độ oxy hóa của xeri có thể đạt 98%. Khi oxy hóa 8m3 bùn hydroxit đất hiếm mỗi lần, tốc độ dòng khí là 8-12m3 / phút và thời gian oxy hóa tăng lên 15 giờ, tốc độ oxy hóa của xeri có thể đạt 97% ~ 98%.

Đặc điểm của phương pháp oxy hóa không khí ẩm trong khí quyển là: tốc độ oxy hóa xeri cao, sản lượng lớn, điều kiện làm việc tốt, vận hành đơn giản và phương pháp này thường được sử dụng trong công nghiệp để sản xuất xeri dioxit thô.

4、 Oxy hóa không khí ẩm áp suất cao

Dưới áp suất bình thường, quá trình oxy hóa không khí mất nhiều thời gian hơn, và con người rút ngắn thời gian oxy hóa bằng cách sử dụng áp suất. Áp suất không khí tăng lên, tức là áp suất riêng phần oxy trong hệ thống tăng lên, có lợi cho quá trình hòa tan oxy trong dung dịch và sự khuếch tán oxy lên bề mặt khuếch tán của các hạt hydroxit đất hiếm, do đó đẩy nhanh quá trình oxy hóa.

Trộn hydroxit đất hiếm với nước đến khoảng 60g/L, điều chỉnh pH đến 13 bằng natri hydroxit, tăng nhiệt độ lên khoảng 80 ℃, đưa không khí vào để oxy hóa, kiểm soát áp suất ở mức 0,4MPa và oxy hóa trong 1 giờ. Tốc độ oxy hóa của xeri có thể đạt trên 95%. Trong sản xuất thực tế, hydroxit đất hiếm nguyên liệu oxy hóa thu được bằng cách chuyển đổi kiềm thông qua quá trình kết tủa muối phức hợp natri sunfat đất hiếm. Để rút ngắn quá trình, quá trình kết tủa muối phức hợp natri sunfat đất hiếm và dung dịch kiềm có thể được thêm vào bể oxy hóa áp suất, duy trì áp suất và nhiệt độ nhất định. Có thể đưa không khí hoặc oxy giàu vào để chuyển đổi đất hiếm trong muối phức hợp thành hydroxit đất hiếm và đồng thời, Ce (OH) 3 trong đó có thể bị oxy hóa thành Ce (OH) 4.

Trong điều kiện áp suất, tỷ lệ chuyển đổi kiềm của muối phức hợp, tỷ lệ oxy hóa của xeri và tỷ lệ oxy hóa của xeri đều được cải thiện. Sau 45 phút phản ứng, tỷ lệ chuyển đổi của kiềm muối kép và tỷ lệ oxy hóa của xeri đạt trên 96%.