Valmisteluerittäin hienot harvinaisten maametallien oksidit
Erittäin hienoilla harvinaisten maametallien yhdisteillä on laajempi käyttöalue verrattuna yleisten hiukkaskokojen omaaviin harvinaisten maametallien yhdisteisiin, ja niitä tutkitaan tällä hetkellä enemmän. Valmistusmenetelmät jaetaan kiinteäfaasimenetelmään, nestefaasimenetelmään ja kaasufaasimenetelmään aineen aggregaatiotilan mukaan. Tällä hetkellä nestefaasimenetelmää käytetään laajalti laboratorioissa ja teollisuudessa harvinaisten maametallien yhdisteiden erittäin hienojen jauheiden valmistukseen. Se sisältää pääasiassa saostusmenetelmän, sol-geelimenetelmän, hydrotermisen menetelmän, templaattimenetelmän, mikroemulsiomenetelmän ja alkydihydrolyysimenetelmän, joista saostusmenetelmä soveltuu parhaiten teolliseen tuotantoon.
Saostusmenetelmässä saostusaine lisätään metallisuolaliuokseen saostamiseksi, minkä jälkeen se suodatetaan, pestään, kuivataan ja hajotetaan lämmöllä jauhemaisten tuotteiden saamiseksi. Se sisältää suoran saostusmenetelmän, tasaisen saostusmenetelmän ja yhteissaostusmenetelmän. Tavallisessa saostusmenetelmässä harvinaisten maametallien oksideja ja harvinaisten maametallien suoloja, jotka sisältävät haihtuvia happoradikaaleja, voidaan saada polttamalla sakka, jonka hiukkaskoko on 3-5 μm. Ominaispinta-ala on alle 10 ㎡/g eikä sillä ole erityisiä fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia. Ammoniumkarbonaattisaostusmenetelmä ja oksaalihaposaostusmenetelmä ovat tällä hetkellä yleisimmin käytettyjä menetelmiä tavallisten oksidijauheiden valmistukseen, ja niin kauan kuin saostusmenetelmän prosessiolosuhteita muutetaan, niitä voidaan käyttää erittäin hienojen harvinaisten maametallien oksidijauheiden valmistukseen.
Tutkimukset ovat osoittaneet, että ammoniumbikarbonaattisaostusmenetelmässä harvinaisten maametallien ultrapienten jauheiden hiukkaskokoon ja morfologiaan vaikuttavia päätekijöitä ovat harvinaisten maametallien pitoisuus liuoksessa, saostuslämpötila, saostusaineen pitoisuus jne. Harvinaisten maametallien pitoisuus liuoksessa on avain tasaisesti dispergoitujen ultrapienten jauheiden muodostumiseen. Esimerkiksi Y3+-saostuskokeessa Y2O3:n valmistamiseksi, kun harvinaisten maametallien massapitoisuus on 20–30 g/l (laskettuna Y2O3:sta), saostusprosessi on tasainen, ja karbonaattisaostuksesta kuivaamalla ja polttamalla saatu yttriumoksidin ultrapieni jauhe on pientä, tasaista ja dispersioaste on hyvä.
Kemiallisissa reaktioissa lämpötila on ratkaiseva tekijä. Yllä mainituissa kokeissa, kun lämpötila on 60–70 ℃, saostuminen on hidasta, suodattuminen nopeaa, hiukkaset ovat irtonaisia ja tasaisia ja pohjimmiltaan pallomaisia. Kun reaktiolämpötila on alle 50 ℃, saostuminen muodostuu nopeammin, siinä on enemmän rakeita ja pienempiä hiukkaskokoja. Reaktion aikana CO2:n ja NH3:n ylivuodon määrä on pienempi ja saostuma on tahmeaa, mikä ei sovellu suodatukseen ja pesuun. Yttriumoksidiksi polttamisen jälkeen jäljelle jää möykkyisiä aineita, jotka agglomeroituvat voimakkaasti ja joiden hiukkaskoko on suurempi. Ammoniumbikarbonaatin pitoisuus vaikuttaa myös yttriumoksidin hiukkaskokoon. Kun ammoniumbikarbonaatin pitoisuus on alle 1 mol/l, saadun yttriumoksidin hiukkaskoko on pieni ja tasainen. Kun ammoniumbikarbonaatin pitoisuus ylittää 1 mol/l, tapahtuu paikallista saostumista, joka aiheuttaa agglomeraatiota ja suurempia hiukkasia. Sopivissa olosuhteissa voidaan saada 0,01–0,5 μM:n ultrapientä yttriumoksidijauhetta.
Oksalaattisaostusmenetelmässä oksaalihappoliuosta lisätään tipoittain samalla kun ammoniakkia lisätään, jotta pH-arvo pysyy vakiona reaktioprosessin aikana. Näin saadaan yttriumoksidijauheen hiukkaskoko alle 1 μM. Ensin saostetaan yttriumnitraattiliuos ammoniakkivedellä, jolloin saadaan yttriumhydroksidikolloidia, ja sitten se muutetaan oksaalihappoliuoksella, jolloin saadaan alle 1 μm:n Y2O3-jauheen hiukkaskoko. Lisää EDTA:ta 0,25–0,5 mol/l:n pitoiseen Y3+-yttriumnitraattiliuokseen, säädä pH arvoon 9 ammoniakkivedellä, lisää ammoniumoksalaattia ja tiputa 3 mol/l HNO3-liuosta nopeudella 1–8 ml/min 50 °C:ssa, kunnes saostuminen on valmis pH-arvoon 2. Näin saadaan yttriumoksidijauhetta, jonka hiukkaskoko on 40–100 nm.
Valmisteluprosessin aikanaerittäin hienot harvinaisten maametallien oksiditSaostusmenetelmällä voi esiintyä eriasteista agglomeraatiota. Siksi valmistusprosessin aikana on välttämätöntä kontrolloida synteesiolosuhteita tarkasti säätämällä pH-arvoa, käyttämällä erilaisia saostusaineita, lisäämällä dispergointiaineita ja muita menetelmiä välituotteiden täydelliseksi dispergoimiseksi. Sitten valitaan sopivat kuivausmenetelmät, ja lopulta kalsinoimalla saadaan hyvin dispergoituneita harvinaisten maametallien ultrapieniä jauheita.
Julkaisun aika: 21. huhtikuuta 2023