جداسازی اکسیداسیون هوای سریم

روش اکسیداسیون هوا یک روش اکسیداسیون است که از اکسیژن موجود در هوا برای اکسیداسیون استفاده می کندسریمبه چهار ظرفیتی تحت شرایط خاص.این روش معمولاً شامل برشته کردن کنسانتره سنگ فلوئوروکربن سریم، اگزالات‌های خاکی کمیاب و کربنات‌های موجود در هوا (معروف به اکسیداسیون بو دادن) یا برشته کردن هیدروکسیدهای خاکی کمیاب (اکسیداسیون هوای خشک) یا وارد کردن هوا به دوغاب هیدروکسیدهای خاکی کمیاب (اکسیداسیون هوای مرطوب) برای اکسیداسیون است.

1- اکسیداسیون بو دادن

برشته کردن کنسانتره فلوئوروکربن سریم در هوا در دمای 500 درجه سانتیگراد یا برشته کردن کنسانتره خاکی کمیاب Baiyunebo با کربنات سدیم در هوا در دمای 600-700 درجه سانتیگراد.در طی تجزیه کانی های خاکی کمیاب، سریم موجود در کانی ها به چهار ظرفیتی اکسید می شود.روش های جداسازیسریماز محصولات کلسینه شده می توان به روش نمک دوگانه سولفات خاکی کمیاب، روش استخراج با حلال و غیره اشاره کرد.

علاوه بر اکسیداسیون بو دادنزمین کمیابکنسانتره، نمک هایی مانند اگزالات خاکی کمیاب و کربنات خاکی کمیاب در اتمسفر هوا تحت تجزیه بو دادن قرار می گیرند و سریم به CeO2 اکسید می شود.برای اطمینان از حلالیت خوب مخلوط اکسید خاکی کمیاب به دست آمده از بو دادن، دمای برشته کردن نباید خیلی بالا باشد، معمولاً بین 700 تا 800 ℃.اکسیدها را می توان در محلول اسید سولفوریک 1-1.5mol/L یا محلول اسید نیتریک 4-5mol/L حل کرد.هنگام شستشوی سنگ برشته شده با اسید سولفوریک و اسید نیتریک، سریم عمدتاً به صورت چهار ظرفیتی وارد محلول می شود.اولی شامل به دست آوردن محلول سولفات خاکی کمیاب حاوی 50 گرم در لیتر REO در حدود 45 درجه سانتیگراد و سپس تولید دی اکسید سریم با استفاده از روش استخراج P204 است.دومی شامل تهیه محلول نیترات خاکی کمیاب حاوی REO 150-200 گرم در لیتر در دمای 80-85 درجه سانتیگراد و سپس استفاده از استخراج TBP برای جداسازی سریم است.

هنگامی که اکسیدهای خاکی کمیاب با اسید سولفوریک رقیق یا اسید نیتریک حل می شوند، CeO2 نسبتا نامحلول است.بنابراین، برای بهبود حلالیت CeO2 باید مقدار کمی اسید هیدروفلوئوریک به عنوان کاتالیزور در مرحله بعدی انحلال به محلول اضافه شود.

2- اکسیداسیون هوای خشک

هیدروکسید خاک کمیاب را در یک کوره خشک کن قرار داده و در شرایط تهویه در دمای 100-120 درجه سانتیگراد به مدت 16-24 ساعت اکسید کنید.واکنش اکسیداسیون به شرح زیر است:

4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4

نرخ اکسیداسیون سریم می تواند به 97٪ برسد.اگر دمای اکسیداسیون بیشتر به 140 درجه سانتیگراد افزایش یابد، زمان اکسیداسیون را می توان به 4-6 ساعت کاهش داد و نرخ اکسیداسیون سریم نیز می تواند به 97٪ تا 98٪ برسد.فرآیند اکسیداسیون هوای خشک مقدار زیادی گرد و غبار و شرایط بد کاری تولید می کند که در حال حاضر عمدتاً در آزمایشگاه استفاده می شود.

3، اکسیداسیون هوای مرطوب اتمسفر

هیدروکسید خاک کمیاب را با آب مخلوط کنید تا دوغاب تشکیل شود، غلظت REO را تا 50-70 گرم در لیتر کنترل کنید، NaOH را اضافه کنید تا قلیاییت دوغاب را به 0.15-0.30mol/L افزایش دهید و وقتی تا دمای 85 درجه سانتیگراد گرم شد، مستقیماً هوا را وارد کنید. تمام سریم سه ظرفیتی موجود در دوغاب را به سریم چهار ظرفیتی اکسید کنید.در طول فرآیند اکسیداسیون، تبخیر آب نسبتاً زیاد است، بنابراین مقدار معینی از آب باید در هر زمان تکمیل شود تا غلظت پایدارتری از خاک کمیاب حفظ شود.هنگامی که 40 لیتر دوغاب در هر دسته اکسید می شود، زمان اکسیداسیون 4-5 ساعت است و سرعت اکسیداسیون سریم می تواند به 98٪ برسد.هنگامی که 8 متر مکعب از دوغاب هیدروکسید خاکی کمیاب هر بار اکسید می شود، سرعت جریان هوا 8-12 متر مکعب در دقیقه است و زمان اکسیداسیون به 15 ساعت افزایش می یابد، نرخ اکسیداسیون سریم می تواند به 97٪ تا 98٪ برسد.

ویژگی های روش اکسیداسیون هوای مرطوب اتمسفر عبارتند از: سرعت اکسیداسیون بالای سریم، خروجی زیاد، شرایط کاری خوب، عملکرد ساده و این روش معمولا در صنعت برای تولید دی اکسید سریم خام استفاده می شود.

4، اکسیداسیون هوای مرطوب تحت فشار

تحت فشار معمولی، اکسیداسیون هوا زمان بیشتری می برد و افراد با استفاده از فشار، زمان اکسیداسیون را کوتاه می کنند.افزایش فشار هوا، یعنی افزایش فشار جزئی اکسیژن در سیستم، منجر به انحلال اکسیژن در محلول و انتشار اکسیژن به سطح انتشار ذرات کمیاب هیدروکسید خاکی می شود و در نتیجه فرآیند اکسیداسیون را تسریع می کند.

هیدروکسید خاکی کمیاب را با آب تا حدود 60 گرم در لیتر مخلوط کنید، pH را با هیدروکسید سدیم روی 13 تنظیم کنید، دما را به حدود 80 درجه سانتیگراد افزایش دهید، هوا را برای اکسیداسیون وارد کنید، فشار را روی 0.4 مگاپاسکال کنترل کنید و به مدت 1 ساعت اکسید کنید.نرخ اکسیداسیون سریم می تواند به بیش از 95٪ برسد.در تولید واقعی، ماده خام اکسیداسیون هیدروکسید خاکی کمیاب با تبدیل قلیایی از طریق رسوب نمک کمپلکس سولفات سدیم خاکی کمیاب به دست می آید.به منظور کوتاه کردن فرآیند، رسوب نمک کمپلکس سولفات سدیم خاکی و محلول قلیایی را می توان به مخزن اکسیداسیون تحت فشار اضافه کرد و فشار و دمای معینی را حفظ کرد.هوا یا اکسیژن غنی را می توان برای تبدیل خاک کمیاب موجود در نمک پیچیده به هیدروکسیدهای خاکی کمیاب وارد کرد و در عین حال Ce (OH) 3 موجود در آن را می توان به Ce (OH) 4 اکسید کرد.

در شرایط تحت فشار، نرخ تبدیل قلیایی نمک کمپلکس، سرعت اکسیداسیون سریم و سرعت اکسیداسیون سریم همگی بهبود می‌یابند.پس از 45 دقیقه واکنش، نرخ تبدیل قلیایی نمک مضاعف و سرعت اکسیداسیون سریم به بیش از 96 درصد رسید.