一种稀土氯化铈制备氧化铈的方法技术

本发明专利技术涉及一种稀土氯化铈制备氧化铈的方法，属于稀土氧化物制备技术领域。首先将稀土氯化铈溶于水形成浓度为2～95g/L的溶液，然后按照溶液体积百分数0.3%～5%加入分散剂，将混合溶液雾化成液滴，从微波反应器的顶部喷入，从底部通入氧化性气体，在100～10000Pa的负压下进行微波热解反应制备得到氧化铈和尾气，尾气经收尘、吸收后得到工业盐酸。本发明专利技术采用微波热解雾化溶液技术，热解反应时间极短，实现了快速热解，避免了稀土氯化铈溶液焙烧热解法制备稀土氧化铈过程中氯氧化铈副产物的生成，提高了热解转化率和稀土氧化铈的纯度。

【技术实现步骤摘要】
一种稀土氯化铈制备氧化铈的方法
本专利技术涉及一种稀土氯化铈制备氧化铈的方法，属于稀土氧化物制备

技术介绍
稀土氧化物具有特殊的光学、电学、磁学和电学等特性，可以用于制备多种功能不同、性能优异的新材料，特别是在光学、抛光研磨、催化、磁学、陶瓷、化工、生物医药等领域的有着广泛的应用。生产超细且均匀的稀土氧化物具有广阔的应用范围和市场前景。目前，稀土氧化物制备方法有沉淀法、溶胶-凝胶法、水热合成法、微乳液法和水解法等，虽然满足了工业生产的要求，但是这些制备方法从根本上都有一些不可避免的不足。主要稀土氧化物的质量、工艺流程长、生产效率低、原料成本高且消耗大、投资大和污染大等问题。如溶胶-凝胶法、氨水沉淀法会影响产品稀土氧化物的粒度，不能成产出高质量的稀土氧化物。如溶胶-凝胶法、沉淀法、氨水沉淀法、碳铵沉淀法、草酸沉淀法和水解法的成产流程长，效率低下。如溶胶-凝胶法、碳铵沉淀法、草酸沉淀法、微乳液法等方法消耗原料多或者原料成本高。以上方法存在氨氮废水污染严重等环境污染问题。溶液直接热解是将含所需金属离子的某种盐溶液喷入到加热炉内，反应生成微细的粉末颗粒。传统热解方法有速度慢、加热不均匀、能耗高等缺点，会造成稀土氯化物溶液热解制备稀土氧化物的效率过低，热解时间很长，过长的焙烧周期会导致热解所得粉末粒度大且不均匀。微波加热作为一种全新的加热方式，也可以应用于热解。与传统热解相比，微波热解具有独特的传热传质规律和更好的加热均匀性，而且温度调控、热解过程及预期最终产物的控制变得容易，节省大量时间和能源，并且设备热惯性小。如何实现高质量稀土氧化物的高效生产，已经成为稀土氧化物制备的关键。中国专利技术专利ZL2012101902973公开了采用氯化稀土溶液直接热解制备稀土氧化物的方法，并公开了相关溶液浓度、气流量和焙烧温度等工艺条件。即，将焙烧炉升温至700-1500℃，将浓度为10~300g/L的三价稀土氯化物溶液与流速为5~8000升/小时的气体载体混合，以喷雾形式喷入焙烧炉内，焙烧1~40分钟，得到稀土氧化物。由于使用的焙烧炉热解，其传热为间接传热，效率低，发生热解反应速度慢，最长可达40分钟，生产周期长，产量低；长时间的高温焙烧溶液凝聚成大液滴会导致热解所得粉末粒度大且大小分布不均匀，影响稀土氧化物的质量；长时间的热解过程还会发生二次副反应，使制备的稀土氧化物纯度下降。副反应如下：RECl3+RE2O3=3REOCl。因此，使稀土氯化物溶液均匀和快速的发生热解反应，是制备高质量超细稀土氧化物颗粒的关键。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题及不足，本专利技术提供一种稀土氯化铈制备氧化铈的方法。该方法具有加入分散剂使雾化液滴不发生聚集融合，液滴分散度高，热解产物均匀；微波能显著强化传质和传热效率，具有催化反应的能力，热解反应速率快；微波具有选择性加热和自身发热的特点，反应物水和稀土氯化铈为强吸收微波物质，能使雾化液滴温度迅速升高，实现连续快速热解；反应加热均匀，容易控制，得到的产品粒度均匀，质量好；微波加热效率高，能耗低，设备简单，投资少生产成本低，本专利技术通过以下技术方案实现。一种稀土氯化铈制备氧化铈的方法，其具体步骤如下：首先将稀土氯化铈溶于水形成浓度为2～95g/L的溶液，然后按照溶液体积百分数0.3%～5%加入分散剂，将混合溶液雾化成液滴，从微波反应器的顶部喷入，从底部通入氧化性气体，在100～10000Pa的负压下进行微波热解反应制备得到氧化铈和尾气，尾气经收尘、吸收后得到工业盐酸。所述分散剂为聚乙二醇和乙醇按照质量比为1：10～10：1混合均匀得到的混合物。所述液滴的吹入量为0.1～30m3/h。所述氧化性气体为空气、氧气或富氧，通入量为50～1000m3/h。所述微波热解温度为700℃～1500℃，热解时间为0.5～8秒。上述雾化为超声波雾化、离心雾化、压力式雾化一种或多种组合。本专利技术的专利技术原理为：2CeCl3+3H2O+0.5O2=2CeO2+6HCl。本专利技术的有益效果是：1、采用分散剂为有机物，高温下分解为二氧化碳和水，不会降低稀土氧化铈的纯度，且使产物的粒度均匀。2、采用雾化技术，稀土氯化铈溶液和分散剂被雾化成均匀的小液滴，增加了热解反应界面，保证了热解反应充分。3、由于稀土氯化铈溶液雾化形成均匀超细小液滴，所以该方法制备稀土氧化铈粉末粒度小且分布均匀。4、采用微波热解技术，微波热解具有独特的传热传质规律和更好的加热均匀性，而且温度调控、热解过程及预期最终产物的控制变得容易，节省大量时间和能源，并且设备热惯性小。5、采用微波热解雾化溶液技术，热解反应时间极短，实现了快速热解，避免了稀土氯化铈溶液焙烧热解法制备稀土氧化铈过程中氯氧化铈副产物的生成，提高了热解转化率和稀土氧化铈的纯度。6、采用稀土氯化铈溶液为原料微波热解制备稀土氧化铈，热解尾气经水吸收得到盐酸溶液，可以返回制备氯化稀土溶液，实现了稀土氧化铈的综合循环生产。7、与碳酸或草酸沉淀法相比，本专利技术避免了氨氮废水的产生，显著降低了对环境的污染。附图说明图1是本专利技术工艺流程图；图2是本专利技术实施例1制备得到的氧化铈XRD图；图3是本专利技术实施例1制备得到的氧化铈的扫描电镜图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术作进一步说明。实施例1如图1所示，该稀土氯化铈制备氧化铈的方法，其具体步骤如下：首先配置95g/L的氯化铈的溶液，然后按照溶液体积百分数5%加入分散剂（聚乙二醇和乙醇按照质量比为10：1混合均匀得到的混合物）混合均匀得到混合溶液，将混合溶液雾化成液滴，从微波反应器的顶部喷入（液滴的吹入量为30m3/h），从底部通入氧化性气体（氧化性气体为空气，通入量为1000m3/h），在10000Pa负压下进行微波热解（微波热解温度为1500℃，热解时间为8秒），反应制备得到氧化铈和尾气，尾气经收尘、吸收后得到工业盐酸。本实施例制备得到的氧化铈XRD图如图2所示，可以看出制备的二氧化铈的晶型均一、无其他物相。制备得到的氧化铈扫描电镜图如图3所示，可以看出得到的氧化铈颗粒均匀，粒径约为0.4～1.2μm。经检测，其纯度为99.73%（以CeO2计）。实施例2如图1所示，该稀土氯化铈制备氧化铈的方法，其具体步骤如下：首先配置2g/L的氯化铈的溶液，然后按照溶液体积百分数0.3%加入分散剂（聚乙二醇和乙醇按照质量比为1：10混合均匀得到的混合物）混合均匀得到混合溶液，将混合溶液雾化成液滴，从微波反应器的顶部喷入（液滴的吹入量为0.1m3/h），从底部通入氧化性气体（氧化性气体为氧气，通入量为50m3/h），在100Pa负压下进行微波热解（微波热解温度为700℃，热解时间为0.5秒），反应制备得到氧化铈和尾气，尾气经收尘、吸收后得到工业盐酸。经检测，得到的氧化铈颗粒均匀，粒径约为0.4～1.2μm，其纯度为99.65%（以CeO2计）。实施例3如图1所示，该稀土氯化铈制备氧化铈的方法，其具体步骤如下：首先配置10g/L的氯化铈的溶液，然后按照溶液中体积百分数1%加入分散剂（聚乙二醇和乙醇按照质量比为1：5混合均匀得到的混合物）混合均匀得到混合溶液，将混合溶液雾化成液滴，从微波反应器的顶部喷入（液滴的吹入量为1m3/h），从底部通入氧化性气体（本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稀土氯化铈制备氧化铈的方法，其特征在于具体步骤如下：首先将稀土氯化铈溶于水形成浓度为2～95g/L的溶液，然后按照溶液体积百分数0.3%～5%加入分散剂，将混合溶液雾化成液滴，从微波反应器的顶部喷入，从底部通入氧化性气体，在100～10000Pa的负压下进行微波热解反应制备得到氧化铈和尾气，尾气经收尘、吸收后得到工业盐酸。

【技术特征摘要】
1.一种稀土氯化铈制备氧化铈的方法，其特征在于具体步骤如下：首先将稀土氯化铈溶于水形成浓度为2～95g/L的溶液，然后按照溶液体积百分数0.3%～5%加入分散剂，将混合溶液雾化成液滴，从微波反应器的顶部喷入，从底部通入氧化性气体，在100～10000Pa的负压下进行微波热解反应制备得到氧化铈和尾气，尾气经收尘、吸收后得到工业盐酸；所述分散剂为聚乙二醇和...

【专利技术属性】
技术研发人员：李世伟，谢峰，彭金辉，张利波，尹少华，陈伟恒，周俊文，代林晴，许磊，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53