Tách oxy hóa không khí của xeri

Phương pháp oxy hóa không khí là phương pháp oxy hóa sử dụng oxy trong không khí để oxy hóaxerihóa trị bốn trong những điều kiện nhất định.Phương pháp này thường liên quan đến việc nung quặng cô đặc fluorocarbon xeri, oxalat đất hiếm và cacbonat trong không khí (được gọi là quá trình oxy hóa rang) hoặc nung hydroxit đất hiếm (oxy hóa không khí khô) hoặc đưa không khí vào hỗn hợp hydroxit đất hiếm (oxy hóa không khí ướt) để oxy hóa.

1, Quá trình oxy hóa rang

Nung cô đặc xeri fluorocarbon trong không khí ở nhiệt độ 500oC hoặc rang tinh quặng đất hiếm Baiyunebo với natri cacbonat trong không khí ở nhiệt độ 600-700oC.Trong quá trình phân hủy các khoáng chất đất hiếm, xeri trong khoáng chất 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 bằng dung môi, v.v.

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

Khi hòa tan oxit đất hiếm bằng axit sulfuric hoặc axit nitric loãng, CeO2 tương đối không tan.Do đó, cần thêm một lượng nhỏ axit hydrofluoric vào dung dịch làm chất xúc tác trong giai đoạn hòa tan sau này để cải thiện khả năng hòa tan của CeO2.

2, Quá trình oxy hóa không khí khô

Đặt hydroxit đất hiếm vào lò sấy và oxy hóa nó trong điều kiện thông gió ở 100-120oC trong 16-24 giờ.Phản ứng oxi hóa xảy ra 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 tăng thêm lên 140oC, thời gian oxy hóa có thể rút ngắn xuống còn 4 - 6 giờ và tốc độ oxy hóa của xeri cũng có thể đạt tới 97% ~ 98%.Quá trình oxy hóa không khí khô tạo ra một lượng lớn bụi 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 85oC, đưa trực tiếp không khí vào 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, do đó cần bổ sung một lượng nước nhất định bất cứ lúc nào để duy trì nồng độ đất hiếm ổn định hơn.Khi 40L bùn được oxy hóa trong mỗi mẻ, thời gian oxy hóa là 4-5 giờ và tốc độ oxy hóa của xeri có thể đạt tới 98%.Khi 8m3 bùn hydroxit đất hiếm bị oxy hóa 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 dioxide thô.

4, Quá trình oxy hóa không khí ướt có áp suất

Dưới áp suất bình thường, quá trình oxy hóa không khí mất nhiều thời gian hơn và người ta rút ngắn thời gian oxy hóa bằng cách sử dụng áp suất.Sự gia tăng áp suất không khí, nghĩa là tăng áp suất riêng phần oxy trong hệ thống, có lợi cho sự hòa tan oxy trong dung dịch và khuếch tán oxy đến khuếch tán bề mặt 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 độ pH đến 13 bằng natri hydroxit, tăng nhiệt độ lên khoảng 80oC, 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 kết tủa muối phức natri sunfat đất hiếm.Để rút ngắn quá trình, có thể thêm dung dịch kiềm và muối phức hợp natri sunfat đất hiếm vào bể oxy hóa điều áp, duy trì áp suất và nhiệt độ nhất định.Không khí hoặc oxy giàu có thể được đưa vào để chuyển đổi đất hiếm trong muối phức thành hydroxit đất hiếm, đồng thời Ce (OH) 3 trong đó có thể bị oxy hóa thành Ce (OH) 4.

Trong điều kiện có áp suất, tốc độ chuyển hóa kiềm của muối phức, tốc độ oxy hóa của xeri và tốc độ oxy hóa của xeri đều được cải thiện.Sau 45 phút phản ứng, hiệu suất chuyển hóa muối kiềm kép và tốc độ oxy hóa xeri đạt trên 96%.