آماده سازیاکسیدهای خاکی کمیاب فوق ریز
ترکیبات بسیار ریز عناصر خاکی کمیاب در مقایسه با ترکیبات خاکی کمیاب با اندازه ذرات عمومی، طیف وسیع‌تری از کاربردها را دارند و در حال حاضر تحقیقات بیشتری روی آنها انجام می‌شود. روش‌های آماده‌سازی بر اساس حالت تجمع ماده به روش فاز جامد، روش فاز مایع و روش فاز گاز تقسیم می‌شوند. در حال حاضر، روش فاز مایع به طور گسترده در آزمایشگاه‌ها و صنعت برای تهیه پودرهای بسیار ریز ترکیبات خاکی کمیاب استفاده می‌شود. این روش عمدتاً شامل روش رسوب‌گذاری، روش سل-ژل، روش هیدروترمال، روش قالب، روش میکروامولسیون و روش هیدرولیز آلکیدی است که در بین آنها روش رسوب‌گذاری مناسب‌ترین روش برای تولید صنعتی است.
روش رسوب‌دهی شامل اضافه کردن رسوب‌دهنده به محلول نمک فلزی برای رسوب‌گذاری و سپس فیلتر کردن، شستشو، خشک کردن و تجزیه حرارتی برای به دست آوردن محصولات پودری است. این روش شامل روش رسوب‌گذاری مستقیم، روش رسوب‌گذاری یکنواخت و روش هم رسوبی است. در روش رسوب‌گذاری معمولی، اکسیدهای عناصر خاکی کمیاب و نمک‌های عناصر خاکی کمیاب حاوی رادیکال‌های اسید فرار را می‌توان با سوزاندن رسوب، با اندازه ذرات 3-5 میکرومتر به دست آورد. سطح ویژه کمتر از 10 میکرومتر بر گرم است و خواص فیزیکی و شیمیایی خاصی ندارد. روش رسوب‌گذاری کربنات آمونیوم و روش رسوب‌گذاری اسید اگزالیک در حال حاضر رایج‌ترین روش‌های مورد استفاده برای تولید پودرهای اکسید معمولی هستند و تا زمانی که شرایط فرآیند روش رسوب‌گذاری تغییر کند، می‌توان از آنها برای تهیه پودرهای اکسید عناصر خاکی کمیاب فوق‌العاده ریز استفاده کرد.
تحقیقات نشان داده است که عوامل اصلی مؤثر بر اندازه ذرات و مورفولوژی پودرهای فوق ریز عناصر خاکی کمیاب در روش رسوب بی‌کربنات آمونیوم شامل غلظت عناصر خاکی کمیاب در محلول، دمای رسوب، غلظت عامل رسوب و غیره است. غلظت عناصر خاکی کمیاب در محلول، کلید تشکیل پودرهای فوق ریز با پراکندگی یکنواخت است. به عنوان مثال، در آزمایش رسوب Y3+ برای تهیه Y2O3، هنگامی که غلظت جرمی عناصر خاکی کمیاب 20 تا 30 گرم در لیتر (محاسبه شده توسط Y2O3) است، فرآیند رسوب به آرامی انجام می‌شود و پودر فوق ریز اکسید ایتریم حاصل از رسوب کربنات با خشک کردن و سوزاندن، کوچک، یکنواخت و با پراکندگی خوب است.
در واکنش‌های شیمیایی، دما یک عامل تعیین‌کننده است. در آزمایش‌های فوق، وقتی دما ۶۰-۷۰ درجه سانتیگراد باشد، رسوب‌گذاری کند، فیلتراسیون سریع، ذرات سست و یکنواخت و اساساً کروی هستند. وقتی دمای واکنش زیر ۵۰ درجه سانتیگراد باشد، رسوب‌گذاری سریع‌تر، با دانه‌های بیشتر و اندازه ذرات کوچکتر تشکیل می‌شود. در طول واکنش، مقدار سرریز CO2 و NH3 کمتر است و رسوب به صورت چسبنده است که برای فیلتراسیون و شستشو مناسب نیست. پس از سوختن و تبدیل به اکسید ایتریم، هنوز مواد بلوکی وجود دارند که به طور جدی تجمع می‌یابند و اندازه ذرات بزرگتری دارند. غلظت بی‌کربنات آمونیوم نیز بر اندازه ذرات اکسید ایتریم تأثیر می‌گذارد. وقتی غلظت بی‌کربنات آمونیوم کمتر از ۱ مول در لیتر باشد، اندازه ذرات اکسید ایتریم بدست آمده کوچک و یکنواخت است. وقتی غلظت بی‌کربنات آمونیوم از ۱ مول در لیتر بیشتر شود، رسوب‌گذاری موضعی رخ می‌دهد و باعث تجمع و تشکیل ذرات بزرگتر می‌شود. تحت شرایط مناسب، می‌توان پودر اکسید ایتریم فوق ریز با اندازه ذرات 0.01-0.5 میکرومولار به دست آورد.
در روش رسوب اگزالات، محلول اسید اگزالیک به صورت قطره قطره اضافه می‌شود در حالی که آمونیاک اضافه می‌شود تا مقدار pH ثابت در طول فرآیند واکنش تضمین شود و در نتیجه اندازه ذرات پودر اکسید ایتریم کمتر از 1 میکرومولار باشد. ابتدا محلول نیترات ایتریم را با آب آمونیاک رسوب دهید تا کلوئید هیدروکسید ایتریم به دست آید و سپس آن را با محلول اسید اگزالیک تبدیل کنید تا اندازه ذرات کمتر از 1 میکرومولار پودر Y2O3 به دست آید. EDTA را به محلول Y3+ نیترات ایتریم با غلظت 0.25-0.5 مول در لیتر اضافه کنید، pH را با آب آمونیاک به 9 تنظیم کنید، اگزالات آمونیوم اضافه کنید و محلول 3 مول در لیتر HNO3 را با سرعت 1-8 میلی لیتر در دقیقه در دمای 50 درجه سانتیگراد چکه کنید تا رسوب در pH=2 کامل شود. پودر اکسید ایتریم با اندازه ذرات 40-100 نانومتر قابل دستیابی است.
در طول فرآیند آماده‌سازیاکسیدهای خاکی کمیاب فوق ریزبا روش رسوب‌گذاری، احتمال وقوع درجات مختلفی از تجمع وجود دارد. بنابراین، در طول فرآیند آماده‌سازی، لازم است شرایط سنتز به شدت کنترل شود، با تنظیم مقدار pH، استفاده از رسوب‌دهنده‌های مختلف، افزودن پراکنده‌کننده‌ها و سایر روش‌ها برای پراکندگی کامل محصولات واسطه. سپس، روش‌های خشک کردن مناسب انتخاب می‌شوند و در نهایت، پودرهای فوق ریز ترکیبات خاکی کمیاب با پراکندگی خوب از طریق کلسیناسیون به دست می‌آیند.
زمان ارسال: ۲۱ آوریل ۲۰۲۳