सेरियमचे हवेतील ऑक्सिडेशन पृथक्करण

एअर ऑक्सिडेशन पद्धत ही एक ऑक्सिडेशन पद्धत आहे जी हवेतील ऑक्सिजनचा वापर करून ऑक्सिडीकरण करतेसेरियमविशिष्ट परिस्थितीत टेट्राव्हॅलेंटमध्ये रूपांतरित करणे. या पद्धतीमध्ये सामान्यतः फ्लोरोकार्बन सेरियम अयस्क कॉन्सन्ट्रेट, दुर्मिळ पृथ्वी ऑक्सॅलेट्स आणि कार्बोनेट्स हवेत भाजणे (ज्याला रोस्टिंग ऑक्सिडेशन म्हणतात) किंवा दुर्मिळ पृथ्वी हायड्रॉक्साइड्स (कोरड्या हवेचे ऑक्सिडेशन) भाजणे किंवा ऑक्सिडेशनसाठी दुर्मिळ पृथ्वी हायड्रॉक्साइड्स स्लरी (ओल्या हवेचे ऑक्सिडेशन) मध्ये हवा घालणे समाविष्ट असते.

१, भाजण्याचे ऑक्सिडेशन

५०० ℃ तापमानावर हवेत फ्लोरोकार्बन सेरियम कॉन्सन्ट्रेट भाजणे किंवा ६००-७०० ℃ तापमानावर हवेत सोडियम कार्बोनेटसह बाययुनेबो रेअर अर्थ कॉन्सन्ट्रेट भाजणे. दुर्मिळ पृथ्वी खनिजांच्या विघटनादरम्यान, खनिजांमधील सेरियमचे टेट्राव्हॅलेंटमध्ये ऑक्सिडायझेशन केले जाते. वेगळे करण्याच्या पद्धतीसेरियमकॅल्साइन केलेल्या उत्पादनांमध्ये दुर्मिळ पृथ्वी सल्फेट दुहेरी मीठ पद्धत, सॉल्व्हेंट निष्कर्षण पद्धत इत्यादींचा समावेश आहे.

ऑक्सिडेशन रोस्टिंग व्यतिरिक्तदुर्मिळ पृथ्वीकंसेन्ट्रेट, दुर्मिळ पृथ्वी ऑक्सलेट आणि दुर्मिळ पृथ्वी कार्बोनेट सारख्या क्षारांचे हवेच्या वातावरणात भाजून विघटन होते आणि सेरियमचे CeO2 मध्ये ऑक्सिडायझेशन केले जाते. भाजून मिळवलेल्या दुर्मिळ पृथ्वी ऑक्साइड मिश्रणाची चांगली विद्राव्यता सुनिश्चित करण्यासाठी, भाजण्याचे तापमान खूप जास्त नसावे, सामान्यतः 700 ते 800 ℃ दरम्यान. ऑक्साइड 1-1.5mol/L सल्फ्यूरिक आम्ल द्रावणात किंवा 4-5mol/L नायट्रिक आम्ल द्रावणात विरघळवता येतात. सल्फ्यूरिक आम्ल आणि नायट्रिक आम्लसह भाजलेले धातूचे लीचिंग करताना, सेरियम प्रामुख्याने टेट्राव्हॅलेंट स्वरूपात द्रावणात प्रवेश करते. पहिल्यामध्ये सुमारे 45 ℃ वर 50g/L REO असलेले दुर्मिळ पृथ्वी सल्फेट द्रावण मिळवणे आणि नंतर P204 निष्कर्षण पद्धतीचा वापर करून सेरियम डायऑक्साइड तयार करणे समाविष्ट आहे; नंतरच्यामध्ये 80-85 ℃ तापमानावर 150-200g/L REO असलेले दुर्मिळ पृथ्वी नायट्रेट द्रावण तयार करणे आणि नंतर सेरियम वेगळे करण्यासाठी TBP निष्कर्षण वापरणे समाविष्ट आहे.

जेव्हा दुर्मिळ पृथ्वी ऑक्साईड्स पातळ सल्फ्यूरिक आम्ल किंवा नायट्रिक आम्लसह विरघळतात तेव्हा CeO2 तुलनेने अघुलनशील असते. म्हणून, CeO2 ची विद्राव्यता सुधारण्यासाठी विरघळण्याच्या नंतरच्या टप्प्यात उत्प्रेरक म्हणून द्रावणात थोड्या प्रमाणात हायड्रोफ्लोरिक आम्ल घालावे लागते.

२, कोरड्या हवेचे ऑक्सिडेशन

दुर्मिळ पृथ्वी हायड्रॉक्साईड सुकवण्याच्या भट्टीत ठेवा आणि हवेशीर परिस्थितीत १००-१२० ℃ तापमानात १६-२४ तासांसाठी त्याचे ऑक्सिडीकरण करा. ऑक्सिडेशन अभिक्रिया खालीलप्रमाणे आहे:

४Ce(OH)३+O2+2H2O=४Ce(OH)४

सेरियमचा ऑक्सिडेशन दर ९७% पर्यंत पोहोचू शकतो. जर ऑक्सिडेशन तापमान १४० ℃ पर्यंत वाढवले ​​तर ऑक्सिडेशन वेळ ४-६ तासांपर्यंत कमी करता येतो आणि सेरियमचा ऑक्सिडेशन दर ९७% ~ ९८% पर्यंत देखील पोहोचू शकतो. कोरड्या हवेच्या ऑक्सिडेशन प्रक्रियेमुळे मोठ्या प्रमाणात धूळ आणि खराब कामगार परिस्थिती निर्माण होते, जी सध्या प्रामुख्याने प्रयोगशाळेत वापरली जाते.

३, वातावरणातील ओल्या हवेचे ऑक्सिडेशन

रेअर अर्थ हायड्रॉक्साईड पाण्यात मिसळून स्लरी तयार करा, REO सांद्रता 50-70g/L पर्यंत नियंत्रित करा, स्लरीची क्षारता 0.15-0.30mol/L पर्यंत वाढविण्यासाठी NaOH घाला आणि 85 ℃ पर्यंत गरम केल्यावर, स्लरीमधील सर्व त्रिसंयोजक सेरियमचे टेट्राव्हॅलेंट सेरियममध्ये ऑक्सिडायझेशन करण्यासाठी थेट हवा घाला. ऑक्सिडेशन प्रक्रियेदरम्यान, पाण्याचे बाष्पीभवन तुलनेने मोठे असते, म्हणून दुर्मिळ पृथ्वीची अधिक स्थिर एकाग्रता राखण्यासाठी कोणत्याही वेळी विशिष्ट प्रमाणात पाणी पूरक केले पाहिजे. जेव्हा प्रत्येक बॅचमध्ये 40L स्लरी ऑक्सिडायझ केली जाते, तेव्हा ऑक्सिडेशन वेळ 4-5 तास असतो आणि सेरियमचा ऑक्सिडेशन दर 98% पर्यंत पोहोचू शकतो. जेव्हा प्रत्येक वेळी 8m3 रेअर अर्थ हायड्रॉक्साइड स्लरी ऑक्सिडायझ केली जाते, तेव्हा हवेचा प्रवाह दर 8-12m3/मिनिट असतो आणि ऑक्सिडेशन वेळ 15 तासांपर्यंत वाढवला जातो, तेव्हा सेरियमचा ऑक्सिडेशन दर 97% ~ 98% पर्यंत पोहोचू शकतो.

वातावरणातील ओल्या हवेच्या ऑक्सिडेशन पद्धतीची वैशिष्ट्ये अशी आहेत: सेरियमचा उच्च ऑक्सिडेशन दर, मोठे उत्पादन, चांगली काम करण्याची परिस्थिती, साधे ऑपरेशन आणि ही पद्धत सामान्यतः उद्योगात क्रूड सेरियम डायऑक्साइड तयार करण्यासाठी वापरली जाते.

४, दाबयुक्त ओल्या हवेचे ऑक्सिडेशन

सामान्य दाबाखाली, हवेचे ऑक्सिडेशन होण्यास जास्त वेळ लागतो आणि लोक दाब वापरून ऑक्सिडेशनचा वेळ कमी करतात. हवेच्या दाबात वाढ, म्हणजेच प्रणालीमध्ये ऑक्सिजनच्या आंशिक दाबात वाढ, द्रावणातील ऑक्सिजनचे विरघळण्यास आणि दुर्मिळ पृथ्वी हायड्रॉक्साईड कणांच्या पृष्ठभागावरील प्रसारात ऑक्सिजनचे प्रसार होण्यास अनुकूल आहे, त्यामुळे ऑक्सिडेशन प्रक्रियेला गती मिळते.

रेअर अर्थ हायड्रॉक्साईड पाण्यात सुमारे 60 ग्रॅम/लिटर मिसळा, सोडियम हायड्रॉक्साईडसह pH 13 वर समायोजित करा, तापमान सुमारे 80 ℃ पर्यंत वाढवा, ऑक्सिडेशनसाठी हवा द्या, 0.4MPa वर दाब नियंत्रित करा आणि 1 तासासाठी ऑक्सिडाइझ करा. सेरियमचा ऑक्सिडेशन दर 95% पेक्षा जास्त असू शकतो. प्रत्यक्ष उत्पादनात, ऑक्सिडेशन कच्चा माल रेअर अर्थ हायड्रॉक्साईड दुर्मिळ पृथ्वी सोडियम सल्फेट कॉम्प्लेक्स मीठाच्या वर्षावाद्वारे अल्कली रूपांतरणाद्वारे प्राप्त केला जातो. प्रक्रिया कमी करण्यासाठी, दुर्मिळ पृथ्वी सोडियम सल्फेट कॉम्प्लेक्स मीठ आणि अल्कलाइन द्रावणाचा वर्षाव एका विशिष्ट दाब आणि तापमान राखून दाबयुक्त ऑक्सिडेशन टाकीमध्ये जोडता येतो. कॉम्प्लेक्स मिठामधील दुर्मिळ पृथ्वीचे दुर्मिळ पृथ्वी हायड्रॉक्साईडमध्ये रूपांतर करण्यासाठी हवा किंवा समृद्ध ऑक्सिजनचा वापर केला जाऊ शकतो आणि त्याच वेळी, त्यातील Ce (OH) 3 चे Ce (OH) 4 मध्ये ऑक्सिडाइझ केले जाऊ शकते.

दाबाच्या परिस्थितीत, जटिल क्षाराचे अल्कली रूपांतरण दर, सेरियमचे ऑक्सिडेशन दर आणि सेरियमचे ऑक्सिडेशन दर हे सर्व सुधारले जातात. ४५ मिनिटांच्या प्रतिक्रियेनंतर, दुहेरी क्षाराच्या अल्कलीचे रूपांतरण दर आणि सेरियमचा ऑक्सिडेशन दर ९६% पेक्षा जास्त झाला.