唐興同

摘要：稀土粉體材料作為新材料的重要組成部分，要求具有特殊的物理化學(xué)性狀，如具有高的均一性、填充性、分散性、流動(dòng)性、反應(yīng)操作性等。稀土粉體的粒徑大小直接決定粉體的應(yīng)用效果，不同粒徑的粉體原料可以制備出不同要求的陶瓷材料、熒光材料、電子材料等，而拋光粉的顆粒大小直接決定了拋光效率與所能達(dá)到的光潔度。所以，顆粒大小分布是稀土粉體非常重要的性能指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：大粒徑;稀土;氧化物;制備;技術(shù)分析

稀土元素由于其獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)，而被譽(yù)為新材料的寶庫(kù)。例如鈰元素在氟碳鈰礦和獨(dú)居石礦中天然豐度很高，占上述礦源稀土總量的一半。近年來(lái)，稀土應(yīng)用已由傳統(tǒng)的電子、冶金、化工、陶瓷等領(lǐng)域滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，由原來(lái)的化學(xué)應(yīng)用，延伸到物理性能的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。其中二氧化鈰是一種價(jià)廉而用途廣泛的稀土材料，國(guó)內(nèi)外在制備超細(xì)和納米稀土氧化鈰方面報(bào)道較多，但大粒徑稀土氧化物制備方面的報(bào)道并不多，稀土粉體的粒徑大小直接決定粉體的應(yīng)用效果，所以，顆粒大小分布是稀土粉體非常重要的性能指標(biāo)。除小顆粒稀土化合物具有特殊的應(yīng)用領(lǐng)域外，大粒徑的稀土化合物也具有廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)。大粒徑CeO₂可用作寶石拋光劑和玻璃添加劑，作為玻璃的脫色劑和澄清劑，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的白砒，減少白砒揮發(fā)對(duì)大氣環(huán)境的污染，改善玻璃制品的質(zhì)量，降低成本，增加效益，這對(duì)我國(guó)資源的合理化應(yīng)用，以及環(huán)境的改善具有重要意義。

1.稀土氧化物產(chǎn)品的介紹

稀土氧化物是主要的稀土化合物產(chǎn)品，在一定條件下可轉(zhuǎn)化為各種鹽類(lèi)，具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，故稀土氧化物在各領(lǐng)域具有廣泛的用途。隨著高新材料領(lǐng)域的高速發(fā)展，稀土在這些領(lǐng)域的作用越來(lái)越大，反過(guò)來(lái)這些領(lǐng)域?qū)ο⊥粱衔锏奈锢硇再|(zhì)要求也越來(lái)越高，如大粒徑、超細(xì)、大比表面積、特殊晶體形貌等。目前，隨著新材料技術(shù)的不斷發(fā)展，稀土化合物的應(yīng)用已由冶金、化工、陶瓷等傳統(tǒng)領(lǐng)域拓展到永磁、儲(chǔ)氫、發(fā)光等高技術(shù)領(lǐng)域;并由對(duì)其化學(xué)性質(zhì)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用轉(zhuǎn)變到對(duì)粒徑、比表面、比重等物性指標(biāo)的研究

目前，隨著新材料技術(shù)的發(fā)展，具有可控粒徑的稀土化合物展現(xiàn)出良好的市場(chǎng)前景。除小顆粒稀土化合物具有特殊的應(yīng)用領(lǐng)域外，大粒徑的稀土化合物也具有廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)?，F(xiàn)在，稀土生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的稀土氧化物，一般平均粒徑為3～5μm、松裝密度小于1.2g·cm^-3，屬于初級(jí)產(chǎn)品，不能滿足用戶要求。有關(guān)納米和超細(xì)稀土化合物的研究報(bào)道較多，而大粒徑稀土和高松裝密度化合物的研究則很少。

大粒徑稀土氧化物以其粒徑大、高比重、低比表面等特性已成為稀土新材料研發(fā)的方向之一。大粒徑稀土氧化物因廣泛用做樹(shù)脂填充材料、噴涂材料、拋光材料以及催化劑等而備受青睞，但國(guó)內(nèi)很難買(mǎi)到符合外商要求的此類(lèi)產(chǎn)品。為適應(yīng)這一趨勢(shì)，包頭稀土研究院與中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所合作就大粒徑稀土氧化物（主要包括氧化鑭、氧化鈰、氧化鐠、氧化釹）的制備工藝及反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，制備出中值粒徑在40～100微米的產(chǎn)品，并推廣應(yīng)用。

2.主要技術(shù)內(nèi)容

主要研究?jī)?nèi)容包括：①大粒徑稀土氧化物的制備工藝，制得的氧化粉體，其中值粒徑（D）≥30μm;②進(jìn)一步完善制備工藝，降低化學(xué)試劑消耗，并提高工藝的穩(wěn)定性;③研究大粒徑稀土氧化物制備工藝過(guò)程的反應(yīng)機(jī)理，為工藝的完善提供理論指導(dǎo);④在研究氧化物制備工藝的基礎(chǔ)上，研究稀土系列氧化物的制備工藝。采用的工藝流程如圖所示。

將固體草酸配制成溶液，并用工業(yè)硝酸調(diào)節(jié)其酸度，然后置于恒溫水浴槽內(nèi)。攪拌下將硝酸稀土溶液以一定速度加到草酸溶液中。恒溫陳化一定時(shí)間，過(guò)濾，洗滌。馬弗爐中灼燒一定時(shí)間即制得大粒徑稀土氧化物。

研究證明草酸鹽沉淀法制備大粒徑稀土氧化物工藝可行，工藝和設(shè)備簡(jiǎn)單，易于操作。對(duì)于氧化物，不需另外加入添加劑，即可制得大粒徑的稀土氧化物。產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到客戶要求。

3.技術(shù)特色

本研究的大粒徑稀土氧化物制備工藝，查新報(bào)告指出：在不添加表面活性劑或分散劑的條件下，用草酸鹽沉淀法制備中值粒徑在40μm-100μm的大粒徑稀土氧化物，尚未見(jiàn)有與之相同的報(bào)，其區(qū)別在于工藝參數(shù)，如酸度、加料速度、陳化時(shí)間、沉淀反應(yīng)溫度、灼燒溫度、灼燒時(shí)間的差別。本工藝沉淀一次收率為70%～80%，沉淀母液可返回工藝循環(huán)使用，連續(xù)生產(chǎn)稀土總收率可達(dá)98%。無(wú)廢水產(chǎn)生。

4.應(yīng)用和推廣情況

隨著新材料技術(shù)的發(fā)展，具有可控粒徑的稀土化合物展現(xiàn)出良好的市場(chǎng)前景。裝飾品生產(chǎn)廠家希望購(gòu)買(mǎi)粒徑大于20μm、松裝密度大于1.5g·cm^-3的氧化鈰，作為特殊拋光材料?；鸱ㄑ趸镫娊庵苽湎⊥两饘贂r(shí)，也希望用粒徑大而均勻、密度較大的氧化物進(jìn)行電解，以避免電解時(shí)發(fā)生飛濺。在玻璃行業(yè)，使用CeO₂，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的白砒，為使CeO₂和玻璃更好地混勻，也希望使用大粒徑、高松裝密度CeO₂。本研究的工藝，可生產(chǎn)平均粒徑40～60微米的氧化物，60～80微米的氧化鑭、氧化鈰，市場(chǎng)價(jià)格是普通稀土氧化物的10倍，經(jīng)濟(jì)效益非常可觀。

5結(jié)論與認(rèn)識(shí)

大粒徑氧化鈰作為玻璃的脫色劑和澄清劑，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的白砒和芒硝，減少白砒揮發(fā)對(duì)大氣環(huán)境的污染和芒硝對(duì)熔窯的腐蝕及大氣中硫含量，提高玻璃的質(zhì)量。該工藝方法簡(jiǎn)便易行，適合其它大粒徑稀土氧化物的制備。

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（作者單位：甘肅稀土新材料股份有限公司）