DOC《降低氧化镨钕中氯根的工艺研究》

1 试验部分 1.1 试验原料与试剂 氯化镨钕溶液来自包头华美稀土公司,REO浓度为247.62 g/L,pH=4.67,主要化学成分(以与REO的比例表示,%):CeO2 0.

027、Pr6O11 24.

34、Nd2O3 75.

59、Fe2O3 0.

002、Al2O3 0.014.碳酸氢铵为工业级,配制成浓度2.7 mol/L. 收稿日期:2017-02-16 基金项目:国家杰出青年基金资助项目(51045216);

内蒙古高校基金项目(NJZY13134);

内蒙古科技大学材料与冶金学院青年孵化平台资助项目 作者简介:张永华(1985-),男,内蒙古呼和浩特人,工程师,硕士研究生. 1.2 试验及分析方法 在一定温度下,将各种浓度的氯化镨钕溶液和碳酸氢铵溶液分别以并流(料液和沉淀剂同时加入)和正加料(先加入料液,后加入沉淀剂)形式加入反应槽中,控制反应时间,制备低氯根的碳酸镨钕,通过SEM分析两种产物的晶体形貌,比较两种工艺条件对氯根的影响.然后将两种碳酸盐在辊道窑中灼烧,灼烧过程中改变灼烧温度、松散程度、通风量等条件.碳酸镨钕和氧化镨钕中的氯根含量(以Cl-表示)采用分光光度计比色法检测.

2 试验结果与讨论 2.1 料液浓度对氯根的影响 按照1.2节的方法进行沉淀试验,由于碳酸盐沉淀过程中常用温度一般为35~50 ℃,反应时间3~5 h.本次试验暂定温度45 ℃,反应时间5 h,因原料的浓度250 g/L左右,受废水排放的制约,以料液较高的浓度为变量考察其对碳酸镨钕中Cl-含量的影响,结果如图1所示. 图1 料液稀土浓度对氯根的影响 Fig.1 Effect of feed liquid concentration on chlorine 由图1可知,随着料液浓度的升高,碳酸镨钕中Cl-呈现上升趋势.这是因为溶液浓度较低时,过饱和度小,形核速度慢,晶核数量少,能在溶液中形成稳定存在的半径大的晶核,可以吸收周围的沉淀组分而继续长大,其晶体半径较大,容易过滤;

另外,因其晶核生长规则,杂质包裹少,Cl-的含量低.而随着溶液浓度的逐渐升高,过饱和度增大,成核作用力大,阴阳离子之间的碰撞机率增多,形核速度大于晶体长大速度,以成核为主,从而核的半径小且成核快;

另一方面,晶粒生长速度太快时,晶核数量多,很快降低了溶液的过饱和度,溶液中未沉淀组分相对减少,结晶化过程减慢,所以形成的颗粒较小,也不利于过滤和洗涤.为了提高废水中氯化铵浓度,尽可能提高料液浓度,所以选择料溶液浓度为180 g/L. 2.2 反应时间对氯根的影响 当反应温度为45 ℃、料液浓度为180 g/L时,考察反应时间对碳酸镨钕中氯根含量的影响,试验结果如图2所示. 图2 反应时间对氯根的影响 Fig.2 Effect of reaction time on chlorine 从图2可见,在一定时间内,反应时间越长,碳酸镨钕中Cl-含量越低,因为晶体的生长需要时间,短时间内晶体以形核为主,有晶核存在时,大量无定型的沉淀向晶体沉淀转变,随着反应时间的延长,小晶粒逐步溶解,大晶粒逐渐长大,并析出杂质,利于过滤. 2.3 灼烧温度对氯根的影响 在灼烧过程中仍然选择这两种工艺的碳酸镨钕.为精确控制灼烧温度、升温速度,小型试验在马弗炉中进行,试验条件:灼烧时间3.5 h,2.5 h内由室温升到预设灼烧温度,选择两种原料(Cl-含量都为0.035%),结果如图3所示. 图3 灼烧温度对氯根的影响 Fig.3 Effect of calcination temperature on chlorine 图3表明,随灼烧温度升高,Cl-含量明显下降,当温升高到1

050 ℃后,Cl-降至0.010%以下,因为灼烧温度越高,碳酸盐分解越充分,晶体中分解的水分和气体可以带走大部分氯离子,温度继续升高,Cl-下降不明显,考虑到能耗等因素的要求,确定镨钕碳酸稀土最佳灼烧温度为1