Õhu oksüdeerimismeetod on oksüdeerimismeetod, mis kasutab õhus olevat hapnikku oksüdeerimisekstseeriumteatud tingimustel tetravalentseks. See meetod hõlmab tavaliselt fluorosüsiniku tseeriumimaagi kontsentraadi, haruldaste muldmetallide oksalaatide ja karbonaatide röstimist õhus (tuntud kui röstimisoksüdatsioon) või haruldaste muldmetallide hüdroksiidide röstimist (kuivõhu oksüdatsioon) või õhu sisseviimist haruldaste muldmetallide hüdroksiidide suspensiooni (märgõhu oksüdatsioon) oksüdeerimiseks.
1. Röstimise oksüdeerimine
Fluorosüsiniku tseeriumikontsentraadi röstimine õhus temperatuuril 500 ℃ või Baiyunebo haruldaste muldmetallide kontsentraadi röstimine naatriumkarbonaadiga õhus temperatuuril 600–700 ℃. Haruldaste muldmetallide lagunemisel oksüdeerub mineraalides olev tseerium neljavalentseks. EraldusmeetodidtseeriumKaltsineeritud toodetest pärinevate ainete hulka kuuluvad haruldaste muldmetallide sulfaat-kaksiksoola meetod, lahustiekstraktsiooni meetod jne.
Lisaks oksüdatsioonilisele röstimiseleharuldane muldkontsentraadis lagunevad õhuatmosfääris haruldaste muldmetallide oksalaat ja karbonaat soolade kujul ning tseerium oksüdeerub CeO2-ks. Röstimise teel saadud haruldaste muldmetallide oksiidide segu hea lahustuvuse tagamiseks ei tohiks röstimistemperatuur olla liiga kõrge, tavaliselt 700–800 ℃. Oksiide saab lahustada 1–1,5 mol/l väävelhappe lahuses või 4–5 mol/l lämmastikhappe lahuses. Röstitud maagi leostamisel väävelhappe ja lämmastikhappega siseneb tseerium lahusesse peamiselt neljavalentse vormina. Esimene hõlmab haruldaste muldmetallide sulfaadi lahuse saamist, mis sisaldab 50 g/l REO-d umbes 45 ℃ juures, ja seejärel tseeriumdioksiidi tootmist P204 ekstraheerimismeetodi abil; teine hõlmab haruldaste muldmetallide nitraadi lahuse valmistamist, mis sisaldab 150–200 g/l REO-d temperatuuril 80–85 ℃, ja seejärel tseerium eraldatakse TBP ekstraheerimise teel.
Kui haruldaste muldmetallide oksiide lahustatakse lahjendatud väävelhappes või lämmastikhappes, on CeO2 suhteliselt lahustumatu. Seetõttu tuleb lahusele hilisemas lahustumisfaasis lisada väike kogus vesinikfluoriidhapet katalüsaatorina, et parandada CeO2 lahustuvust.
2. Kuiva õhu oksüdeerimine
Haruldaste muldmetallide hüdroksiid asetatakse kuivatusahju ja oksüdeeritakse ventileeritavates tingimustes temperatuuril 100–120 ℃ 16–24 tundi. Oksüdatsioonireaktsioon on järgmine:
4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4
Tseeriumi oksüdatsioonikiirus võib ulatuda 97%-ni. Kui oksüdatsioonitemperatuuri veelgi tõsta 140 ℃-ni, saab oksüdatsiooniaega lühendada 4–6 tunnini ja tseeriumi oksüdatsioonikiirus võib ulatuda ka 97–98%-ni. Kuiva õhu oksüdatsiooniprotsess tekitab suures koguses tolmu ja halvad töötingimused, mida praegu kasutatakse peamiselt laboris.
3. Atmosfääri niiske õhu oksüdatsioon
Haruldaste muldmetallide hüdroksiid segatakse veega, et moodustada suspensioon, REO kontsentratsiooni kontrollitakse 50–70 g/l-ni, lisatakse NaOH, et suurendada suspensiooni leeliselisust 0,15–0,30 mol/l-ni, ja kuumutamisel temperatuurini 85 ℃ juhitakse otse õhku, et oksüdeerida kogu suspensioonis olev kolmevalentne tseerium neljavalentseks tseeriumiks. Oksüdeerimisprotsessi käigus on vee aurustumine suhteliselt suur, seega tuleks haruldaste muldmetallide stabiilsema kontsentratsiooni säilitamiseks igal ajal lisada teatud kogus vett. Kui igas partiis oksüdeeritakse 40 liitrit suspensiooni, on oksüdatsiooniaeg 4–5 tundi ja tseeriumi oksüdatsioonikiirus võib ulatuda 98%-ni. Kui iga kord oksüdeeritakse 8 m3 haruldaste muldmetallide hüdroksiidi suspensiooni, on õhuvoolukiirus 8–12 m3/min ja oksüdatsiooniaeg suureneb 15 tunnini, võib tseeriumi oksüdatsioonikiirus ulatuda 97–98%-ni.
Atmosfääri niiske õhu oksüdeerimismeetodi omadused on: tseeriumi kõrge oksüdatsioonikiirus, suur toodang, head töötingimused, lihtne käsitsemine ning seda meetodit kasutatakse tööstuses tavaliselt toortseeriumdioksiidi tootmiseks.
4. Survestatud niiske õhu oksüdeerimine
Normaalrõhul võtab õhu oksüdeerumine kauem aega ja rõhu abil saab oksüdeerumisaega lühendada. Õhurõhu tõus, st hapniku osarõhu suurenemine süsteemis, soodustab hapniku lahustumist lahuses ja hapniku difusiooni haruldaste muldmetallide hüdroksiidi osakeste pinnale, kiirendades seega oksüdeerumisprotsessi.
Haruldaste muldmetallide hüdroksiid segatakse veega umbes 60 g/l kontsentratsioonini, pH reguleeritakse naatriumhüdroksiidiga 13-ni, temperatuur tõstetakse umbes 80 ℃-ni, oksüdeerimiseks juhitakse sisse õhku, rõhku hoitakse 0,4 MPa juures ja oksüdeeritakse 1 tund. Tseeriumi oksüdatsioonikiirus võib ulatuda üle 95%. Tegelikus tootmises saadakse oksüdeerimise toorainena haruldaste muldmetallide hüdroksiid leeliselise muundamise teel haruldaste muldmetallide naatriumsulfaadi komplekssoola sadestamise teel. Protsessi lühendamiseks saab haruldaste muldmetallide naatriumsulfaadi komplekssoola sadestamise ja leeliselise lahuse lisada rõhu all olevasse oksüdatsioonipaaki, hoides teatud rõhku ja temperatuuri. Haruldaste muldmetallide komplekssoola muutmiseks haruldaste muldmetallide hüdroksiidideks saab sisse juhtida õhku või rikastatud hapnikku, samal ajal oksüdeerides selles olevat Ce(OH)3 Ce(OH)4-ks.
Rõhu all paranevad komplekssoola leeliselise konversioonikiirus, tseeriumi oksüdatsioonikiirus ja tseeriumi oksüdatsioonikiirus. 45 minuti pärast jõudis kaksiksoola leeliselise konversioonikiirus ja tseeriumi oksüdatsioonikiirus üle 96%.
Postituse aeg: 09.05.2023