[训练]用碳酸氢铵作沉淀剂制取碳酸钕和氧化钕

[训练]用碳酸氢铵作沉淀剂制取碳酸钕和氧化钕 用碳酸氢铵作沉淀剂制取碳酸钕和氧化钕 第21卷第6期 稀 土 Vol.21,No.6 2000年12月 Chinese Rare Earths December 2000 第21卷第6期 稀 土 Vol.21,No.6 2000年12月 Chinese Rare Earths December 2000 用碳酸氢铵作沉淀剂制取碳酸钕和氧化钕 冷忠义,马 莹,许延辉,张丽萍,郝先库, 范明洋,白 彦,王文斌,孟 祥,黄继民 (包头稀土研究院,内蒙古 包头 014010) 摘 要:用农用碳酸氢铵作稀土沉淀剂,制得了易沉降、过滤的晶型碳酸钕,这种碳酸钕灼烧成氧化钕,各项质 量指标均优于氧化钕产品国家 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 。并对碳酸钕及其烧成的氧化钕分别进行了化学 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 以及红外光谱、差热、热重 分析、扫描电镜、X射线衍射分析,确定合成的碳酸钕组成为Nd2(CO3)3?2.3H2O,碳酸钕烧成的氧化钕X射线衍 射图与氧化钕的标准卡片一致。 关键词:氧化钕;碳酸钕;晶型沉淀;碳酸氢铵沉淀法 中图分类号:TQ133.3 文献标识码:A 文章编 号:1004-0277(2000)06-0026-04 目前国内外稀土分离厂都采用价格昂贵的草酸 (约4500元/吨)作钕的沉淀剂,每吨氧化钕产品约 消耗1.5吨草酸,然后将草酸钕灼烧成氧化钕产品。 碳酸氢铵是一种价廉易得的商品,各地小化肥 厂均有生产,每吨约500元。如改用碳酸氢铵代替草 酸作沉淀剂,每生产一吨氧化钕可望降低成本5000 元左右。碳酸稀土在水中的溶解度在10-3~10-4克 /升范围内〔1〕,比草酸稀土的溶解度低得多。草酸稀 土的溶解度波动在0.41~3.3克/升范围内〔2〕。从沉 淀率和收率的角度来说,采用碳酸稀土沉淀的 办法 鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载企业年金办法下载企业年金办法下载 似乎比采用草酸稀土沉淀更有利。碳酸氢铵无毒,用 它代替草酸作稀土沉淀剂,还可以克服草酸毒性大、 污染环境的弊病,因而愈来愈受到稀土研究人员的 重视。 稀土元素钕很难形成结晶态碳酸盐,通常制得 的碳酸钕为无定型絮状沉淀,沉淀体积大,其中包含 大量的水和杂质,洗涤、过滤困难,且产品质量差、稀 土损失大,生产难于进行。用碳酸氢铵作沉淀剂制取 晶型碳酸钕国内外尚处于研究阶段,仅有一些信息 介绍〔3〕,未见详细公开报导,而用碳酸氢铵作沉淀剂 制取氧化钕则未见报导。本文采用萃取车间生产的 氯化钕溶液为原料,以碳酸氢铵为沉淀剂在试验室 制得粗粒晶型碳酸钕沉淀,用它灼烧成的氧化钕各 项质量指标符合氧化钕产品国家标准。 1 实验部分 1.1 原材料及分析 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 、测试仪器 料液:采用包钢稀土研究院萃取车间生产的氯 化钕溶液,其中Nd2O3/REO不小于99%。 沉淀剂:农用碳酸氢铵,氮(N)含量?17.1%, 纯度98%,内蒙古土左旗化肥厂生产。 分析方法:料液中稀土浓度用EDTA络合滴定 法测定,滤液中微量稀土浓度用比色法测定,氧化钕 中稀土杂质的测定采用光谱分析,氧化钕中Fe2O3 和CaO杂质含量的测定采用原子吸收光谱分析。 SiO2杂质含量的测定采用比色法。 测试仪器:菲利浦PW-1700X射线衍射仪; DX A4—10型电子显微镜。 1.2 碳酸钕和氧化钕的制备 氯化钕与碳酸氢铵的化学反应式如下〔4〕: 2NdCl3+6NH4HCO3+xH2O Nd2(CO3)3? xH2O?+6NH4Cl+3CO2?+3H2O (1) 如碳酸氢铵过量较多时,则将生成稀土碳酸铵 复盐沉淀,其化学反应式如下: 2NdCl3+8NH4HCO3+yH2O Nd2(CO3)3? (NH4)2CO3?yH2O?+6NH4Cl+4CO2?+4H2O (2) 所以应避免碳酸氢铵过量太多。 收稿日期:1998-07-28 作者简介:冷忠义(1941-),男,包头稀土研究院高级工程师碳酸钕在高温下煅烧被分解成氧化钕 Nd2(CO3)3?xH2O?Nd2O3+ 3CO2?+ xH2O (3) 实验采用1000mL烧杯在恒温水浴器中进行, 控制一定的条件,不加晶种往氯化钕料液中加入适 量表面活性剂和碳酸氢铵,碳酸氢铵用量约为氯化 钕料液中氧化稀土重量的1.5倍,停止搅拌后陈化 一小时以上过滤,取样分析滤液中稀土含量,然后淋 洗沉淀并用真空抽滤干,即得碳酸钕。碳酸钕置于箱 式高温电炉中,在900?左右保温煅烧3小时,即分 解成氧化钕。 2 结果与讨论 2.1 碳酸钕沉淀的沉降、过滤性能 通常制得的碳酸钕的无定形状态,沉淀的体积 庞大、疏松、含有大量的水和杂质,无定形沉淀的颗 粒非常细小,过滤时易“穿滤”或堵塞滤纸的小孔,造 成稀土损失或使沉淀的洗涤、过滤难以进行。而本实 验制得的碳酸钕沉淀颗粒粗大,在沉淀反应结束后, 一停止搅拌,即迅速澄清,洗涤和过滤容易,很类似 草酸稀土沉淀。图1是碳酸钕的电镜照片。可以看 到碳酸钕沉淀颗粒呈棒状,颗粒清晰、规则、均匀,颗 粒大小约为 3.3μm×16.7μm。 图1 碳酸钕的电镜照片 600× Fig.1 SEM of neodymium carbonate 2.2 钕的沉淀率 氯化钕溶液经碳酸氢铵沉淀后过滤,滤饼干、易 松散,滤液无色透明,取样分析滤液中稀土含量,计 算钕的未沉淀率和沉淀率,结果列于表1。从表1可 见钕的沉淀率大于99%。 表1 钕的沉淀率 Table1 Precipitating radio of neodymium 试验编号 滤液中稀土浓度 /(μg/mL) 钕未沉淀率 /% 970811 3.75 0.034 970812 4.00 0.044 2.3 钕碳酸盐的组成 将洗涤、滤干后的碳酸钕沉淀在室温下空气中 吹干,置于硅胶干燥器中干燥后取样分析,其元素分 析数据及Nd2(CO3)3?2.3H2O的理论计算值列于 表2。 表2 钕的碳酸盐元素分析数据(%) Table2 Element analysis data of neodymium carbonate 钕的碳酸盐Nd2O3CO2H2O NH4Cl 碳酸钕样品(编号970826) 65.92 25.71 8.37 0.61 Nd2(CO3)3?2.3H2O(计算值) 65.99 25.89 8.12 0 根据沉淀产物的元素分析数据和红外光谱测定 结果,可以认为它不是钕的碳酸铵复盐,是一种碳酸 钕的水合物,初步确定其组成为:Nd2(CO3)3?xH2O (x=2.3)。这种碳酸钕晶粒具有三价钕离子特征的 颜色,难溶于水,易溶于无机酸。 2.4 钕碳酸盐的红外光谱 图2 钕碳酸盐的红外光谱 Fig.2 IR of neodymium carbonate 本文合成的钕碳酸盐红外光谱如图2所示。各 吸收峰的峰形和相对强度变化与文献〔5、6〕的报道 基本相同。在1390~1490cm-1区域有强的吸收峰, 这是稀土碳酸盐中CO2-3基团的伸缩振动吸收峰。 在755cm-1和840cm-1出现的吸收峰则是碳酸盐中 CO32-基团弯曲振动频率的特征峰,而且可清楚地 看到在840cm-1处吸收峰强度弱于755cm-1处吸收 27第6期 冷忠义等:用碳酸氢铵作沉淀剂制取碳酸钕和氧化钕峰强度。红外光谱在3380cm-1和1610cm-1处出 现 的吸收峰分别为H2O的伸缩振动与弯曲振动频率。 与文献〔5、6〕报道的稀土碳酸盐红外光谱基本一致。 证实本文合成的钕碳酸盐化合物组成为:Nd2 (CO3)3?xH2O。 2.5 碳酸钕的差热及热重分析 对实验编号为970904-2的碳酸钕样品进行了 差热—热重分析,结果见图3和图4。 图3 碳酸钕DTA曲线图 Fig.3 DTA of neodymium carbonate 图4 碳酸钕TGA曲线图 Fig.4 TGA of neodymium carbonate 碳酸钕的差热曲线有三个吸热峰,相应的热重 曲线表现为化合物的失重,第一个吸热峰发生在 210?~340?,为碳酸钕失去结晶水的温度,第二个 吸热峰发生在360?~520?,为碳酸钕发生分解反 应的温度,第三个吸热峰发生在610?~740?,亦 为钕的碳酸盐发生分解的温度,此后,相应的热重曲 线平行于温度坐标轴,表明分解反应基本完成,由此 可知,钕的碳酸盐分解反应分二步进行: Nd2(CO3)31Nd2O2CO32Nd2O3 它不同于钐、铕、钆碳酸盐分解反应: RE2(CO3)31RE2O3?2CO22RE2O3 (RE=Sm、Eu、Gd) 也不同于碳酸铽的分解反应为一步进行〔7〕。 从碳酸钕的TGA曲线可见,Nd2(CO3)3? 2.3H2O在三个温度范围的失重率与理论计算值基 本一致。 据TGA曲线上试样重量的变化测算出水合碳 酸钕中结晶水、CO2、Nd2O3含量,列于表3。 表3 碳酸钕组成(%) Table3 Composition of neodymium carbonate H2O CO2Nd2O3 由试样的TGA曲线测得值8.10 25.31 66.59 由Nd2(CO3)3?2.3H2O分子式计算值8.12 25.89 65.99 由表2和表3可见,同钕的碳酸盐的化学分析 结果一样,根据TGA曲线上试样重量变化测算出 水合碳酸钕中结晶水、CO2、Nd2O3含量,也与按Nd2 (CO3)3?2.3H2O分子式理论计算值一致,证实了 制得的碳酸钕组成为Nd2(CO3)3?2.3H2O。 2.6 制得的氧化钕X射线衍射分析 本文制得的碳酸钕煅烧成氧化钕的X射线衍 射图见图5。将其与氧化钕的标准衍射卡片对照,表 明制得的氧化钕与氧化钕标准卡片的晶体结构完全 相同。没有多余的杂峰,说明碳酸钕已分解完全, Nd2O3纯度也较高。 图5 制得的氧化钕X射线衍射图 Fig.5 XRD of neodymium oxide 2.7 氧化钕的化学成份分析 表4 光谱分析稀土杂质 Table4 Rare earth impurities in Nd2O3 品名原编号 成 份 / % La2O3CeO2Pr6O11Sm2O3Y2O3 Nd2O3970812 <0.01 <0.01 0.71 <0.02 <0.01 28稀 土 第21卷表5 氧化钕产品质量全分析 Table5 Product quality analysis of neodymia 产品牌号、 样品编号 化 学 成 分 /% REO 不小于 Nd2O3/REO 不小于 稀土杂质不大于非稀土杂质不大于 (La+Ce+Pr+Sm+Y)xOy/REO Fe2O3SiO2CaO 灼减(1000?) 不大于% B5240-85 Nd2O3-499 99合量1 0.01 0.05 0.05 1 970812 99.6 99.2合量<0.76 0.0048 0.0052 0.027 0.25 970901 99.4 99.2合量<0.76 0.0045 <0.005 0.017 0.20 由表4、表5可见用本法制得的氧化钕各项质 量指标均优于氧化钕产品国家标准。 3 结论 1.控制适当的条件,用农用碳酸氢铵作稀土沉 淀剂制取碳酸钕和氧化钕切实可行。 2.制得的碳酸钕,电镜照片显示碳酸钕沉淀晶 粒呈棒状,大小约为 3.3μm×16.7μm。实践表明该 沉淀很易沉降、洗涤、过滤。化学分析、红外光谱与差 热、热重分析确定其组成为:Nd2(CO3)3?2.3H2O。 3.制得的氧化钕,其X射线衍射图与氧化钕的 标准X射线衍射图一致。其各项质量指标均优于氧 化钕产品国家标准。 4.差热、热重分析表明,钕的碳酸盐分解反应 分二步进行: Nd2(CO3)31Nd2O2CO32Nd2O3 参考文献: 〔1〕 张若桦.稀土元素化学〔M〕.天津:天津科技出版社, 1987.117. 〔2〕 中山大学金属系编.稀土物理化学常数〔M〕.北京: 冶金工业出版社,1978.321. 〔3〕 文 章.碳酸稀土结晶沉淀技术有新进展〔J〕.稀土 信息,1996,(7):8. 〔4〕 鲍卫民,公锡泰.稀土沉淀条件及形态控制研究〔J〕. 稀土,1995,16(2):33. 〔5〕 冯天泽.稀土碳酸盐的制法、性质和组成〔J〕.稀土, 1989,(3):45. 〔6〕 喻庆华等.晶型碳酸稀土的形成及其影响因素〔J〕. 中国稀土学报,1993,11(2):171. 〔7〕 李先柏等.晶型钐、铕、钆、铽碳酸盐的合成〔J〕.稀土, 1993,14(5):7. Preparation of Neodymium Carbonate Using Ammonia Carbonate as Precipitant LENG Zhong-yi,MA Ying,XU Yan-hui,ZHANG Li-ping,HAO Xian-ku, FAN Ming-yang,BAI Yan,WANG Wen-bin,MENG Xiang,HUANG Ji-min (Baotou Research Institute of Rare Earths,Baotou014010) Abstract:A new process to produce neodymium carbonate using ammonia carbonate as precipitant has been studied.According to elemental analysis,TG-DTA,IR,SEM and X-ray diffraction,the composition of the neodymium carbonate were confirmed to be Nd2(CO3)3?2.3H2O. Key words:neodymium carbonate;neodymium oxide;ammonia carbonate;precipitant 29第6期 冷忠义等:用碳酸氢铵作沉淀剂 制取碳酸钕和氧化钕