包头稀土精矿碱饼中铈的氧化研究

摘要

本研究在传统的包头稀土精矿碱法分解工艺基础上提出了一种新的工艺流程。当稀土精矿烧碱分解完成之后,采用一定的氧化剂,将所得碱饼中的三价铈尽可能氧化为四价,使铈在盐酸优溶时转入优溶渣中再另行溶解分离。该流程中,一方面,碱分解剩余的NaOH可以满足氧化反应所需要的碱度；另一方面,优溶液中除去了占相当比重的铈,就大大减轻了后续萃取分离过程的压力。该工艺中铈的氧化为最为关键的一步。本研究分别利用空气、氧气和次氯酸钠对包头稀土精矿碱饼中的铈进行氧化。对于常压空气和氧气氧化法,通过正交试验考察了反应温度,氧化时间,固液比,碱度和进气速度对铈的氧化率的影响,并经极差分析和方差分析,确定了最优试验条件。其中空气氧化法为:反应温度控制在80℃,氧化时间控制在16h,碱度控制在0.3mol／L,固液比可以在1:11～1:8的范围内任意选取,进气速度可以在0.6L／min～1.5L／min的范围内任意选取,氧化率可达73.50％；氧气氧化法为:反应温度控制在80℃,氧化时间控制在16h,碱度控制在0.2mol／L,固液比控制在1:11,进气速度可以选取0.04L／min,氧化率可达75.81％。利用正交试验优化本工艺条件是成功的。对于次氯酸钠氧化法,本研究先以CeCl3溶液为原料进行碱性条件下铈的氧化。结果表明,室温下,体系pH控制在8～9的范围内,NaClO与 Ce(OH)3的量比取0.7,经反应1.5h,铈的氧化率便可达到93％以上。而将次氯酸钠用于碱饼中铈的氧化时,结果表明,室温下,体系pH控制在8～9的范围内,由于碱饼中的矿渣阻碍了NaClO与Ce(OH)3的接触和Fe3+、Mn2+对NaClO的催化分解,必须加大NaClO与Ce(OH)3的量比至9,反应时间延长至2.5h,才能使碱饼中Ce(OH)3的氧化率达到85％以上。

目录

文摘

英文文摘

第一章 文献综述

1.1 稀土元素的定义

1.2 包头稀十精矿的分解与冶炼

1.3 稀土元素的分离

1.3.1 概述

1.3.2 稀十元素的分离方法

1.4 选择性氧化还原法

1.4.1 选择性氧化还原法的基本原理

1.4.2 钐、铕、镱的还原分离法

1.4.3 铈的氧化分离法

1.5 本论文研究的意义和主要内容

1.5.1 本论文研究的意义

1.5.2 本论文研究的主要内容

1.6 本论文研究的创新点

1.7 本论文研究相关的热力学计算

1.7.1 铈的电极电位与溶液pH的关系的计算

1.7.2 氧的电极电位与溶液pH的关系的计算

1.7.3 NaClO的电极电位与溶液pH的关系的计算

1.7.4 电位-pH图

第二章 实验部分

2.1 主要试剂及实验仪器

2.2 试样中铈百分含量的测定及氧化率的计算

2.2.1 试样中铈百分含量的测定

2.2.2 铈的氧化率的计算方法

2.3 稀土精矿的液碱常压分解

2.4 碱饼中铈的氧化方法

2.4.1 空气、氧气氧化法

2.4.2 次氯酸钠氧化法

第三章 结果与讨论

3.1 稀土精矿碱分解前后的XRD分析

3.2 湿法常压氧气氧化法

3.2.1 极差分析

3.2.2 方差分析

3.2.3 小结

3.3 湿法常压空气氧化法

3.3.1 极差分析

3.3.2 方差分析

3.3.3 小结

3.4 正交试验各因素对氧化率的影响

3.4.1 反应温度对氧化率的影响

3.4.2 氧化时间对氧化率的影响

3.4.3 体系碱度对氧化率的影响

3.4.4 固液比对氧化率的影响

3.4.5 进气速度对氧化率的影响

3.5 次氯酸钠氧化法

3.5.1 次氯酸钠对Ce(OH)3的氧化

3.5.2 次氯酸钠对碱饼中Ce(OH)3的氧化

3.6 本章小结

第四章 对后续工作的建议

参考文献

致谢