Ilmahapetusmenetelmä on hapetusmenetelmä, jossa käytetään ilmassa olevaa happea hapettamiseenceriumneliarvoiseksi tietyissä olosuhteissa. Tässä menetelmässä tyypillisesti fluorihiilivetyseriummalmikonsentraattia, harvinaisten maametallien oksalaatteja ja karbonaatteja pasutetaan ilmassa (tunnetaan pasutushapetuksena) tai harvinaisten maametallien hydroksideja pasutetaan (kuivailmahapetus) tai harvinaisten maametallien hydroksidilietteeseen johdetaan ilmaa (märkäilmahapetus) hapetusta varten.
1. Paahtamisen hapettuminen
Fluorihiilivetyisen ceriumkonsentraatin paahtaminen ilmassa 500 ℃:ssa tai Baiyunebo-harvinaisten maametallien konsentraatin paahtaminen natriumkarbonaatilla ilmassa 600–700 ℃:ssa. Harvinaisten maametallien hajoamisen aikana mineraalien cerium hapettuu neliarvoiseksi. Erotusmenetelmätceriumkalsinoiduista tuotteista peräisin olevia tuotteita ovat harvinaisten maametallien sulfaatti-kaksoissuolamenetelmä, liuotinuuttomenetelmä jne.
Hapettumispaahtamisen lisäksiharvinaisten maametallienRikasteessa suolat, kuten harvinaisten maametallien oksalaatti ja karbonaatti, hajoavat paahtamalla ilmakehässä, ja cerium hapettuu CeO2:ksi. Pasuttamisen avulla saadun harvinaisten maametallien oksidiseoksen hyvän liukoisuuden varmistamiseksi paahtolämpötilan ei tulisi olla liian korkea, yleensä 700–800 ℃. Oksidit voidaan liuottaa 1–1,5 mol/l rikkihappoliuokseen tai 4–5 mol/l typpihappoliuokseen. Kun paahdettua malmia liuotetaan rikkihapolla ja typpihapolla, cerium pääsee liuokseen pääasiassa neliarvoisessa muodossa. Ensimmäisessä menetelmässä saadaan noin 45 ℃:ssa harvinaisten maametallien sulfaattiliuos, joka sisältää 50 g/l REO:ta, ja sitten tuotetaan ceriumdioksidia P204-uuttomenetelmällä. Jälkimmäisessä menetelmässä valmistetaan 150–200 g/l REO:ta sisältävä harvinaisten maametallien nitraattiliuos 80–85 ℃:n lämpötilassa, ja sitten cerium erotetaan TBP-uutolla.
Kun harvinaisten maametallien oksideja liuotetaan laimeaan rikkihappoon tai typpihappoon, CeO2 on suhteellisen liukenematonta. Siksi liuokseen on lisättävä pieni määrä fluorivetyhappoa katalysaattoriksi liukenemisen myöhemmässä vaiheessa CeO2:n liukoisuuden parantamiseksi.
2. Kuiva ilmahapetus
Harvinaisten maametallien hydroksidi asetetaan kuivausuuniin ja hapetetaan sitä ilmastoiduissa olosuhteissa 100–120 ℃:ssa 16–24 tuntia. Hapetusreaktio on seuraava:
4Ce(OH)3 + O2 + 2H2O = 4Ce(OH)4
Ceriumin hapettumisnopeus voi nousta 97 prosenttiin. Jos hapetuslämpötilaa nostetaan edelleen 140 ℃:een, hapettumisaikaa voidaan lyhentää 4–6 tuntiin ja ceriumin hapettumisnopeus voi nousta myös 97–98 prosenttiin. Kuivassa ilmassa tapahtuva hapetusprosessi tuottaa paljon pölyä ja huonot työolosuhteet, joita käytetään tällä hetkellä pääasiassa laboratorioissa.
3. Ilmakehän märän ilman hapettuminen
Sekoita harvinaisten maametallien hydroksidi veden kanssa lietteeksi, säädä REO-pitoisuus 50–70 g/l:aan, lisää NaOH:ta lietteen emäksisyyden nostamiseksi 0,15–0,30 mol/l:aan ja kuumenna 85 ℃:seen johtamalla suoraan ilmaa lietteen kolmiarvoisen ceriumin hapettamiseksi neliarvoiseksi ceriumiksi. Hapetusprosessin aikana veden haihtuminen on suhteellisen voimakasta, joten tietty määrä vettä on lisättävä milloin tahansa harvinaisten maametallien vakaamman pitoisuuden ylläpitämiseksi. Kun 40 litraa lietettä hapetetaan erässä, hapettumisaika on 4–5 tuntia ja ceriumin hapettumisnopeus voi nousta 98 prosenttiin. Kun 8 m3 harvinaisten maametallien hydroksidilietettä hapetetaan kerrallaan, ilman virtausnopeus on 8–12 m3/min ja hapettumisaikaa nostetaan 15 tuntiin, ceriumin hapettumisnopeus voi nousta 97–98 prosenttiin.
Ilmakehän märkäilmahapetusmenetelmän ominaisuuksia ovat: ceriumin korkea hapettumisnopeus, suuri tuotos, hyvät työolosuhteet, yksinkertainen käyttö, ja tätä menetelmää käytetään yleisesti teollisuudessa raakaceriumdioksidin tuottamiseen.
4, Paineistettu märkäilmahapetus
Normaalipaineessa ilman hapettuminen kestää kauemmin, ja ihmiset lyhentävät hapettumisaikaa käyttämällä painetta. Ilmanpaineen nousu eli hapen osapaineen nousu järjestelmässä edistää hapen liukenemista liuokseen ja hapen diffuusiota harvinaisten maametallien hydroksidihiukkasten pinnalle, mikä kiihdyttää hapettumisprosessia.
Sekoita harvinaisten maametallien hydroksidia veteen noin 60 g/l:aan, säädä pH natriumhydroksidilla arvoon 13, nosta lämpötila noin 80 ℃:een, syötä hapetusilmaa, säädä paine 0,4 MPa:han ja hapeta 1 tunti. Ceriumin hapettumisnopeus voi nousta yli 95 prosenttiin. Varsinaisessa tuotannossa hapetusraaka-aineena käytetty harvinaisten maametallien hydroksidi saadaan alkalikonversiolla saostamalla harvinaisten maametallien natriumsulfaattikompleksisuolaa. Prosessin lyhentämiseksi harvinaisten maametallien natriumsulfaattikompleksisuolan saostus ja emäksinen liuos voidaan lisätä paineistettuun hapetussäiliöön tiettyä painetta ja lämpötilaa ylläpitäen. Kompleksisuolassa olevaa harvinaista maata voidaan muuntaa harvinaisten maametallien hydroksideiksi syöttämällä ilmaa tai rikastettua happea, ja samalla sen Ce(OH)3 voidaan hapettaa Ce(OH)4:ksi.
Paineistettuina olosuhteissa kompleksisuolan alkalikonversionopeus, ceriumin hapettumisnopeus ja ceriumin hapettumisnopeus paranevat. 45 minuutin reaktion jälkeen kaksoissuolan alkalikonversionopeus ja ceriumin hapettumisnopeus saavuttivat yli 96 %.
Julkaisun aika: 09.05.2023