大颗粒草酸钕前驱体的制备及热分解研究

摘要

稀土元素因为其独特的电子排布结构而广泛应用于玻璃、陶瓷、催化剂、磁性材料、荧光材料等领域。近年来，新功能材料技术及产业蓬勃发展，粒度较大且粒径分布均匀的稀土氧化物难以满足市场需求，大尺寸、形貌均一性良好的稀土氧化物材料受到强烈关注。在前期工作中，我们采用P507-N235双溶剂体系萃取稀土，然后选取盐酸反萃负载稀土有机相，解决了皂化萃取工艺中氮氨排放问题。上述稀土反萃液中杂质离子较少、酸度较高，而较高的酸度可降低沉淀反应速度，抑制成核，适宜制备大颗粒粉体材料。由此，本课题设计以草酸直接沉淀氯化钕反萃液制备大粒度氧化钕工艺，实现了稀土无皂化萃取-反萃-反萃液制备大粒度稀土氧化物整个工艺的有序衔接，为工业生产提供借鉴。同时，进一步研究了草酸钕前驱体热分解生成氧化钕的机理，为实际反应过程提供理论依据，主要工作和取得的结果如下：
　　进行了一种草酸沉淀氯化钕反萃液制备大粒度草酸钕前驱体及氧化钕的制备工艺研究。研究结果表明，当反应温度50℃、搅拌速度300 r/min、沉淀剂滴加速度9 mL/min、陈化时间8 h时，草酸钕前驱体粒度达到75μm以上；适量添加晶种可以使前驱体粒度进一步长大，分布更加均匀，当晶种尺寸45μm、晶种数量9％、陈化时间24h时，前躯体粒度可达90μm以上；改变反应条件，草酸钕前驱体粒径在一定范围内可控。前驱体在煅烧温度800℃下保温2h可完全转化为Nd2O3；Nd2O3为团聚体，由小颗粒聚集长大形成，体积中心粒径D50最大可达50μm以上。
　　进一步优化了10μm尺度氧化钕的微观形貌。实验结果表明，氧化钕粉体形貌和前驱体草酸钕的形貌具有继承性；通过改变工艺条件可以控制溶液过饱和度和颗粒团聚程度，得到特定形貌的草酸钕，进一步煅烧得到相应形貌的氧化钕；当反应物浓度0.12mol/L、沉淀剂摩尔比1.7：1、溶液酸度2.5mol/L、陈化温度45℃时，Nd2O3颗粒形貌均一性良好，分散较均匀。
　　草酸钕热分解特性及不同反应阶段动力学研究实验结果表明：提高反应过程的升温速率，TG、DTG、DTA三条曲线都向高温侧移动；升温速率越高，草酸钕达到相同热解失重率所需的温度越高，DTG曲线最高升温速率下对应的失重率明显增加，DTA曲线峰面积明显增大且同一温度下焓变的绝对值变大；无水草酸钕热分解生成Nd2O2CO3的反应活化能为130.10~187.8kJ/mol，反应过程符合三维扩散模型，Nd2O2CO3热分解生成Nd2O3的反应活化能为57.4~81.83kJ/mol。

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第一章 文献综述

1.1 氧化钕的性质及应用

1.2 大颗粒稀土化合物的研究现状

1.3 沉淀形核及晶核生长机理研究

1.4 课题的研究目的和意义及研究内容

第二章 实验方案及研究方法

2.1 实验原料、试剂及设备

2.2 实验原理

2.3 实验步骤及流程图

2.4 分析检测方法

第三章 草酸沉淀反萃液制备大颗粒氧化钕研究

3.1 大颗粒草酸钕制备的工艺参数优化

3.2 氧化钕制备的工艺条件优化

3.3 氧化钕形貌优化工艺研究

3.4 本章小结

第四章 草酸钕热分解特性及动力学研究

4.1 不同升温速率对前驱体热分解特性的影响

4.2 草酸钕热分解动力学研究

4.3本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果