Metoda utleniania powietrzem to metoda utleniania, w której do utleniania wykorzystuje się tlen zawarty w powietrzucerdo czterowartościowego pod pewnymi warunkami.Metoda ta zazwyczaj obejmuje prażenie koncentratu rudy ceru na bazie fluorowęglowodorów, szczawianów pierwiastków ziem rzadkich i węglanów w powietrzu (tzw. utlenianie przez prażenie) lub prażenie wodorotlenków metali ziem rzadkich (utlenianie na sucho) lub wprowadzanie powietrza do zawiesiny wodorotlenków metali ziem rzadkich (utlenianie na mokro) w celu utlenienia.
1. Utlenianie podczas pieczenia
Prażenie koncentratu fluorowęglowo-ceru na powietrzu w temperaturze 500 ℃ lub prażenie koncentratu pierwiastków ziem rzadkich Baiyunebo z węglanem sodu w powietrzu w temperaturze 600-700 ℃.Podczas rozkładu minerałów ziem rzadkich cer zawarty w minerałach utlenia się do czterowartościowego.Metody separacjicerz produktów kalcynowanych obejmują metodę podwójnej soli siarczanu metali ziem rzadkich, metodę ekstrakcji rozpuszczalnikiem itp.
Oprócz prażenia utleniającegoziemia rzadkakoncentratu, sole takie jak szczawian pierwiastków ziem rzadkich i węglan pierwiastków ziem rzadkich ulegają rozkładowi podczas prażenia w atmosferze powietrza, a cer utlenia się do CeO2.Aby zapewnić dobrą rozpuszczalność mieszaniny tlenków metali ziem rzadkich otrzymanej w wyniku prażenia, temperatura prażenia nie powinna być zbyt wysoka, zwykle pomiędzy 700 a 800 ℃.Tlenki można rozpuścić w roztworze kwasu siarkowego o stężeniu 1-1,5 mol/L lub roztworze kwasu azotowego o stężeniu 4-5 mol/L.Podczas ługowania prażonej rudy kwasem siarkowym i kwasem azotowym cer wchodzi do roztworu głównie w postaci czterowartościowej.Pierwsza metoda polega na otrzymaniu roztworu siarczanu pierwiastka ziem rzadkich zawierającego 50 g/l REO w temperaturze około 45 ℃, a następnie wytworzeniu dwutlenku ceru metodą ekstrakcji P204;Ta ostatnia polega na przygotowaniu roztworu azotanu metali ziem rzadkich zawierającego REO w ilości 150-200g/L w temperaturze 80-85℃, a następnie zastosowaniu ekstrakcji TBP w celu wydzielenia ceru.
Kiedy tlenki metali ziem rzadkich rozpuszcza się w rozcieńczonym kwasie siarkowym lub kwasie azotowym, CeO2 jest stosunkowo nierozpuszczalny.Dlatego też do roztworu należy dodać niewielką ilość kwasu fluorowodorowego jako katalizatora na późniejszym etapie rozpuszczania, aby poprawić rozpuszczalność CeO2.
2. Utlenianie suchym powietrzem
Umieścić wodorotlenek pierwiastka ziem rzadkich w piecu suszącym i utleniać go w wentylowanych warunkach w temperaturze 100-120 ℃ przez 16-24 godziny.Reakcja utleniania przebiega następująco:
4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4
Szybkość utleniania ceru może osiągnąć 97%.Jeśli temperatura utleniania zostanie dodatkowo zwiększona do 140 ℃, czas utleniania można skrócić do 4-6 godzin, a szybkość utleniania ceru może również osiągnąć 97% ~ 98%.Proces utleniania suchym powietrzem powoduje powstawanie dużej ilości pyłu i złe warunki pracy, które obecnie są stosowane głównie w laboratorium.
3. Atmosferyczne utlenianie wilgotnego powietrza
Zmieszaj wodorotlenek pierwiastka ziem rzadkich z wodą, aby utworzyć zawiesinę, kontroluj stężenie REO do 50-70 g/l, dodaj NaOH, aby zwiększyć zasadowość zawiesiny do 0,15-0,30 mol/l, a po podgrzaniu do 85 ℃ bezpośrednio wprowadź powietrze do utlenić cały trójwartościowy cer w zawiesinie do czterowartościowego ceru.Podczas procesu utleniania parowanie wody jest stosunkowo duże, dlatego w dowolnym momencie należy uzupełnić pewną ilość wody, aby utrzymać bardziej stabilne stężenie pierwiastków ziem rzadkich.Gdy w każdej partii utlenia się 40 l zawiesiny, czas utleniania wynosi 4-5 godzin, a stopień utleniania ceru może osiągnąć 98%.Gdy za każdym razem utlenia się 8 m3 zawiesiny wodorotlenku metali ziem rzadkich, natężenie przepływu powietrza wynosi 8-12 m3/min, a czas utleniania zwiększa się do 15 godzin, szybkość utleniania ceru może osiągnąć 97% ~ 98%.
Charakterystyka metody utleniania wilgotnego powietrza atmosferycznego to: wysoki stopień utleniania ceru, duża wydajność, dobre warunki pracy, prosta obsługa, a metoda ta jest powszechnie stosowana w przemyśle do produkcji surowego dwutlenku ceru.
4. Utlenianie mokrym powietrzem pod ciśnieniem
Pod normalnym ciśnieniem utlenianie powietrza trwa dłużej, a ludzie skracają czas utleniania za pomocą ciśnienia.Wzrost ciśnienia powietrza, czyli wzrost ciśnienia cząstkowego tlenu w układzie, sprzyja rozpuszczeniu tlenu w roztworze i dyfuzji tlenu do powierzchniowej dyfuzji cząstek wodorotlenku pierwiastków ziem rzadkich, przyspieszając w ten sposób proces utleniania.
Zmieszaj wodorotlenek pierwiastka ziem rzadkich z wodą do około 60 g/l, dostosuj pH do 13 za pomocą wodorotlenku sodu, podnieś temperaturę do około 80 ℃, wprowadź powietrze do utleniania, kontroluj ciśnienie na poziomie 0,4 MPa i utleniaj przez 1 godzinę.Szybkość utleniania ceru może osiągnąć ponad 95%.W rzeczywistej produkcji surowiec utleniający, wodorotlenek pierwiastka ziem rzadkich, otrzymuje się w wyniku konwersji alkalicznej poprzez wytrącanie soli kompleksowej siarczanu sodu pierwiastka ziem rzadkich.Aby skrócić proces, do ciśnieniowego zbiornika utleniającego można dodać wytrącającą się sól kompleksową siarczanu sodu i roztwór alkaliczny pierwiastka ziem rzadkich, utrzymując określone ciśnienie i temperaturę.Można wprowadzić powietrze lub bogaty tlen, aby przekształcić pierwiastek ziem rzadkich w soli złożonej w wodorotlenki metali ziem rzadkich, a jednocześnie zawarty w nim Ce (OH) 3 można utlenić do Ce (OH) 4.
W warunkach ciśnieniowych poprawia się stopień konwersji soli złożonej w zasady, szybkość utleniania ceru i szybkość utleniania ceru.Po 45 minutach reakcji stopień konwersji soli podwójnej alkaliów i stopień utleniania ceru osiągnęły ponad 96%.
Czas publikacji: 9 maja 2023 r