一种碳酸氢铵沉淀法制备高松装密度氧化钆的方法与流程

本发明涉及特种稀土氧化物制备技术领域，具体涉及的是一种碳酸氢铵沉淀法制备高松装密度氧化钆的方法。

背景技术：

氧化钆是由氯化稀土溶液经萃取、反萃、加草酸沉淀、分离、灼烧而得的一种白色粉末，而松装密度是粉末多种性能的综合体现，对粉末冶金、机械零件生产工艺的稳定，以及产品质量的控制都是很重要的，对于某些特定场合，对氧化钆的松装密度要求很高，因此高松装密度氧化钆的生产在特定场合中显得十分重要。

现有制备高松装密度氧化钆的方法只有草酸沉淀法，这也是传统意义上的方法。该法是通过氯化稀土溶液与草酸沉淀生成稀土草酸盐，然后通过高温煅烧将稀土草酸盐分解成稀土氧化物，由于稀土草酸盐结晶性好，所以煅烧后的稀土氧化物的松装密度较高。

但是草酸盐沉淀法有两个缺点，一是成本高，1吨草酸的价格约为6000元，是碳酸氢铵的10倍，因此草酸沉淀工艺的成本居高不下；二是污染大，沉淀产生大量的草酸沉淀废水，由于这种废水酸度高，重金属高，因此对废水治理以及环境带来极大的影响。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种碳酸氢铵沉淀法制备高松装密度氧化钆的方法，以解决现有高松装密度氧化钆生产中生产成本高、污染大的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种碳酸氢铵沉淀法制备高松装密度氧化钆的方法，包括如下步骤：

(1)培养晶种：向浓度为100-120g/l的氯化钆溶液中加入碳酸钆晶种，碳酸钆晶种的加入量为氯化钆溶液中氯化钆质量的20％，开启搅拌，升温，当温度达到60℃时，停止加热，停止搅拌，静置12h；

(2)沉淀：开启搅拌，升温，将沉淀体系温度控制在60-65℃，加入浓度为130-135g/l的碳酸氢铵溶液，为避免出现无定型沉淀，控制碳酸氢铵溶液的加入流量18-20l/min,控制加入流量,将沉淀反应时间控制在60min；

(3)陈化：沉淀完毕以后，静置澄清30min；

(4)过滤洗涤：对沉淀完的体系进行过滤，滤饼即为碳酸钆，再采用60-65℃的纯水洗涤滤饼4次；

(5)煅烧：将洗涤得到的碳酸钆在1050-1100℃的高温环境中煅烧1h即得到高松装密度氧化钆。

作为优选地，步骤(4)中过滤得到的滤液送入氯化铵浓缩结晶岗位回收氯化铵。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明具有经济环保两大优势，通过该法制备出的氧化钆的松装密度在0.8(g·cm^-3)以上，达到了与草酸盐沉淀法制备的氧化钆同级别的水平；

2、现有碳酸氢铵沉淀法的反应条件比较苛刻，控制不好容易产生无定型沉淀，最后煅烧出的氧化钆松装密度偏低，但通过本发明工艺培养的晶种，最终沉淀完的碳酸钆均为晶型碳酸钆，最终煅烧得到高松装密度氧化钆。关键在于，在沉淀之前，预先培养晶种，使沉淀的成功率大大提升；

3、本发明确立了最佳的沉淀温度范围为60-65℃，温度偏高或者偏低，沉淀效果都不好；

4、本发明确立了最佳的沉淀时间为60min左右，时间偏长或者偏短，沉淀效果不好；

5、本发明使用的碳酸氢铵的价格是草酸的十分之一，在沉淀剂上，生产成本降低了约80％；

6、本发明产生的废水为氯化铵废水，将该废水浓缩结晶以后变为固体氯化铵副产品，因此对环境无污染，还能产生副产品收益。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合各实施例对本发明作进一步说明，本发明的实现方式包括但不仅限于以下实施例。

本发明提供一种碳酸氢铵沉淀法制备高松装密度氧化钆的方法，该方法包括如下步骤：

(1)培养晶种：向浓度为100-120g/l的氯化钆溶液中加入碳酸钆晶种，碳酸钆晶种的加入量为氯化钆溶液中氯化钆质量的20％，开启搅拌，升温，当温度达到60℃时，停止加热，停止搅拌，静置12h；

(2)沉淀：开启搅拌，升温，将沉淀体系温度控制在60-65℃，加入浓度为130-135g/l的碳酸氢铵溶液，控制加入流量,将沉淀反应时间控制在60min；

(3)陈化：沉淀完毕以后，静置澄清30min；

(4)过滤洗涤：对沉淀完的体系进行过滤，滤饼即为碳酸钆，再采用60-65℃的纯水洗涤滤饼4次；

(5)煅烧：将洗涤得到的碳酸钆在1050-1100℃的高温环境中煅烧1h即得到高松装密度氧化钆。

其中，步骤(4)中过滤得到的滤液送入氯化铵浓缩结晶岗位回收氯化铵，产生氯化铵副产品。

实施例1

本实施例提供一次碳酸氢铵沉淀法制备高松装密度氧化钆的具体实例，操作步骤如下：

首先向3.5m³沉淀槽中加入1m³氯化钆料液，然后开启搅拌，再向沉淀槽中加入约40kg的碳酸钆晶种(晶种量约为20％)，然后开启蒸汽加热，当体系温度达到60℃以后，停止加热，同时停止搅拌，让整个体系静置12h。静置完以后，继续开启搅拌，开启蒸汽加热，将沉淀体系温度控制在60-65℃,然后开始加入浓度为130-135g/l的碳酸氢铵溶液，碳酸氢铵溶液从沉淀槽顶部，以雨滴的形式加入，为避免出现无定型沉淀，控制碳酸氢铵溶液的加入流量18-20l/min,控制沉淀时间约为60min，检测沉淀体系ph，当ph达到6.5时，停止加入碳酸氢铵溶液，停止加热，停止搅拌，沉淀反应结束。开始静置陈化，静置陈化时间设置为30min。陈化完以后，开启沉淀槽底部的阀门，将沉淀物放至吸滤盘进行过滤，并开始用60-65°的纯水进行洗涤滤饼，洗涤次数不少于4次。洗涤完以后，将洗涤好的碳酸钆装入干锅，送入天然气四孔窑进行煅烧，高温段温度设置在1050-1100℃，高温段停留时间1h，煅烧完以后，得到产品高松装密度氧化钆119.6kg，松装密度为0.82g·cm^-3。

实施例2

本实施例提供一次碳酸氢铵沉淀法制备高松装密度氧化钆的具体实例，操作步骤如下：

首先向3.5m³沉淀槽中加入1m³氯化钆料液，然后开启搅拌，再向沉淀槽中加入约40kg的碳酸钆晶种(晶种量约为20％)，然后开启蒸汽加热，当体系温度达到60℃以后，停止加热，同时停止搅拌，让整个体系静置12h。静置完以后，继续开启搅拌，开启蒸汽加热，将沉淀体系温度控制在60-65℃,然后开始加入浓度为130-135g/l的碳酸氢铵溶液，碳酸氢铵溶液从沉淀槽顶部，以雨滴的形式加入，为避免出现无定型沉淀，控制碳酸氢铵溶液的加入流量18-20l/min,控制沉淀时间约为60min，检测沉淀体系ph，当ph达到6.5时，停止加入碳酸氢铵溶液，停止加热，停止搅拌，沉淀反应结束。开始静置陈化，静置陈化时间设置为30min。陈化完以后，开启沉淀槽底部的阀门，将沉淀物放至吸滤盘进行过滤，并开始用60-65°的纯水进行洗涤滤饼，洗涤次数不少于4次。洗涤完以后，将洗涤好的碳酸钆装入干锅，送入天然气四孔窑进行煅烧，高温段温度设置在1050-1100℃，高温段停留时间1h，煅烧完以后，得到产品高松装密度氧化钆115.3kg，松装密度为0.81g·cm^-3。

实施例3

本实施例提供一次碳酸氢铵沉淀法制备高松装密度氧化钆的具体实例，操作步骤如下：

首先向3.5m³沉淀槽中加入1m³氯化钆料液，然后开启搅拌，再向沉淀槽中加入约40kg的碳酸钆晶种(晶种量约为20％)，然后开启蒸汽加热，当体系温度达到60℃以后，停止加热，同时停止搅拌，让整个体系静置12h。静置完以后，继续开启搅拌，开启蒸汽加热，将沉淀体系温度控制在60-65℃,然后开始加入浓度为130-135g/l的碳酸氢铵溶液，碳酸氢铵溶液从沉淀槽顶部，以雨滴的形式加入，为避免出现无定型沉淀，控制碳酸氢铵溶液的加入流量18-20l/min,控制沉淀时间约为60min，检测沉淀体系ph，当ph达到6.5时，停止加入碳酸氢铵溶液，停止加热，停止搅拌，沉淀反应结束。开始静置陈化，静置陈化时间设置为30min。陈化完以后，开启沉淀槽底部的阀门，将沉淀物放至吸滤盘进行过滤，并开始用60-65°的纯水进行洗涤滤饼，洗涤次数不少于4次。洗涤完以后，将洗涤好的碳酸钆装入干锅，送入天然气四孔窑进行煅烧，高温段温度设置在1050-1100℃，高温段停留时间1h，煅烧完以后，得到产品高松装密度氧化钆123.8kg，松装密度为0.97g·cm^-3。

实施例4

本实施例提供一次碳酸氢铵沉淀法制备高松装密度氧化钆的具体实例，操作步骤如下：

首先向3.5m³沉淀槽中加入1m³氯化钆料液，然后开启搅拌，然后开启蒸汽加热，当体系温度达到60℃以后，停止加热，同时停止搅拌，让整个体系静置12h。静置完以后，继续开启搅拌，开启蒸汽加热，将沉淀体系温度控制在60-65℃,然后开始加入浓度为130-135g/l的碳酸氢铵溶液，碳酸氢铵溶液从沉淀槽顶部，以雨滴的形式加入，为避免出现无定型沉淀，控制碳酸氢铵溶液的加入流量18-20l/min，控制沉淀时间约为60min，检测沉淀体系ph，当ph达到6.5时，停止加入碳酸氢铵溶液，停止加热，停止搅拌，沉淀反应结束。开始静置陈化，静置陈化时间设置为30min。陈化完以后，开启沉淀槽底部的阀门，将沉淀物放至吸滤盘进行过滤，并开始用60-65°的纯水进行洗涤滤饼，洗涤次数不少于4次。洗涤完以后，将洗涤好的碳酸钆装入干锅，送入天然气四孔窑进行煅烧，高温段温度设置在1050-1100℃，高温段停留时间1h，煅烧完以后，得到产品氧化钆73.1kg，松装密度为0.65g·cm^-3。

实施例5

本实施例提供一次碳酸氢铵沉淀法制备高松装密度氧化钆的具体实例，操作步骤如下：

首先向3.5m³沉淀槽中加入1m³氯化钆料液，然后开启搅拌，再向沉淀槽中加入约40kg的碳酸钆晶种(晶种量约为20％)，然后开启蒸汽加热，当体系温度达到60℃以后，停止加热，同时停止搅拌，让整个体系静置12h。静置完以后，继续开启搅拌，开启蒸汽加热，将沉淀体系温度控制在50-55℃,然后开始加入浓度为130-135g/l的碳酸氢铵溶液，碳酸氢铵溶液从沉淀槽顶部，以雨滴的形式加入，为避免出现无定型沉淀，控制碳酸氢铵溶液的加入流量18-20l/min，控制沉淀时间约为60min，检测沉淀体系ph，当ph达到6.5时，停止加入碳酸氢铵溶液，停止加热，停止搅拌，沉淀反应结束。开始静置陈化，静置陈化时间设置为30min。陈化完以后，开启沉淀槽底部的阀门，将沉淀物放至吸滤盘进行过滤，并开始用60-65°的纯水进行洗涤滤饼，洗涤次数不少于4次。洗涤完以后，将洗涤好的碳酸钆装入干锅，送入天然气四孔窑进行煅烧，高温段温度设置在1050-1100℃，高温段停留时间1h，煅烧完以后，得到产品氧化钆118.6kg，松装密度为0.71g·cm^-3。

实施例6

本实施例提供一次碳酸氢铵沉淀法制备高松装密度氧化钆的具体实例，操作步骤如下：

首先向3.5m³沉淀槽中加入1m³氯化钆料液，然后开启搅拌，再向沉淀槽中加入约40kg的碳酸钆晶种(晶种量约为20％)，然后开启蒸汽加热，当体系温度达到60℃以后，停止加热，同时停止搅拌，让整个体系静置12h。静置完以后，继续开启搅拌，开启蒸汽加热，将沉淀体系温度控制在70-75℃,然后开始加入浓度为130-135g/l的碳酸氢铵溶液，碳酸氢铵溶液从沉淀槽顶部，以雨滴的形式加入，为避免出现无定型沉淀，控制碳酸氢铵溶液的加入流量18-20l/min，控制沉淀时间约为60min，检测沉淀体系ph，当ph达到6.5时，停止加入碳酸氢铵溶液，停止加热，停止搅拌，沉淀反应结束。开始静置陈化，静置陈化时间设置为30min。陈化完以后，开启沉淀槽底部的阀门，将沉淀物放至吸滤盘进行过滤，并开始用60-65°的纯水进行洗涤滤饼，洗涤次数不少于4次。洗涤完以后，将洗涤好的碳酸钆装入干锅，送入天然气四孔窑进行煅烧，高温段温度设置在1050-1100℃，高温段停留时间1h，煅烧完以后，得到产品氧化钆128.7kg，松装密度为0.68g·cm^-3。

实施例7

本实施例提供一次碳酸氢铵沉淀法制备高松装密度氧化钆的具体实例，操作步骤如下：

首先向3.5m³沉淀槽中加入1m³氯化钆料液，然后开启搅拌，再向沉淀槽中加入约40kg的碳酸钆晶种(晶种量约为20％)，然后开启蒸汽加热，当体系温度达到60℃以后，停止加热，同时停止搅拌，让整个体系静置12h。静置完以后，继续开启搅拌，开启蒸汽加热，将沉淀体系温度控制在60-65℃,然后开始加入浓度为130-135g/l的碳酸氢铵溶液，碳酸氢铵溶液从沉淀槽顶部，以雨滴的形式加入，为避免出现无定型沉淀，控制碳酸氢铵溶液的加入流量18-20l/min，控制沉淀时间约为30min，检测沉淀体系ph，当ph达到6.5时，停止加入碳酸氢铵溶液，停止加热，停止搅拌，沉淀反应结束。开始静置陈化，静置陈化时间设置为30min。陈化完以后，开启沉淀槽底部的阀门，将沉淀物放至吸滤盘进行过滤，并开始用60-65°的纯水进行洗涤滤饼，洗涤次数不少于4次。洗涤完以后，将洗涤好的碳酸钆装入干锅，送入天然气四孔窑进行煅烧，高温段温度设置在1050-1100℃，高温段停留时间1h，煅烧完以后，得到产品氧化钆136.4kg，松装密度为0.51g·cm^-3。

实施例8

本实施例提供一次碳酸氢铵沉淀法制备高松装密度氧化钆的具体实例，操作步骤如下：

首先向3.5m³沉淀槽中加入1m³氯化钆料液，然后开启搅拌，再向沉淀槽中加入约40kg的碳酸钆晶种(晶种量约为20％)，然后开启蒸汽加热，当体系温度达到60℃以后，停止加热，同时停止搅拌，让整个体系静置12h。静置完以后，继续开启搅拌，开启蒸汽加热，将沉淀体系温度控制在60-65℃,然后开始加入浓度为130-135g/l的碳酸氢铵溶液，碳酸氢铵溶液从沉淀槽顶部，以雨滴的形式加入，为避免出现无定型沉淀，控制碳酸氢铵溶液的加入流量18-20l/min，控制沉淀时间约为90min，检测沉淀体系ph，当ph达到6.5时，停止加入碳酸氢铵溶液，停止加热，停止搅拌，沉淀反应结束。开始静置陈化，静置陈化时间设置为30min。陈化完以后，开启沉淀槽底部的阀门，将沉淀物放至吸滤盘进行过滤，并开始用60-65°的纯水进行洗涤滤饼，洗涤次数不少于4次。洗涤完以后，将洗涤好的碳酸钆装入干锅，送入天然气四孔窑进行煅烧，高温段温度设置在1050-1100℃，高温段停留时间1h，煅烧完以后，得到产品氧化钆124kg，松装密度为0.74g·cm^-3。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

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