一种碳酸钠沉淀制备窄分布晶型碳酸钇的方法技术

本发明专利技术公开了一种碳酸钠沉淀制备窄分布晶型碳酸钇的方法，即采用碳酸钠作为沉淀剂，氯化钇作为料液，通过严格控制反应温度、氯化钇料液加料速度、反应过程pH、并流加料位置等条件获得碳酸钇晶种，然后以碳酸钇晶种调浆作为底液进行沉淀反应，控制沉淀温度70‑90

【技术实现步骤摘要】
一种碳酸钠沉淀制备窄分布晶型碳酸钇的方法
本专利技术涉及稀土湿法冶金领域，具体而言，涉及一种碳酸钠沉淀制备窄分布晶型碳酸钇的方法。
技术介绍
稀土元素因其独特的4f亚层电子结构、大的原子磁矩、强的自旋-轨道耦合、多变的配位数，使其形成的化合物具有十分丰富的磁、光、电、催化等功能性质，被誉为“现代工业的维生素”和“新材料宝库”。其中，氧化钇是重要的稀土化合物，是制备稀土发光材料、晶体材料、陶瓷材料、催化材料等高新材料的关键基础原材料。由于沉淀法具有能非常精确的控制物料的化学组成，原料成本低，对于设备的要求低，工艺简单，操作方便等优点，所以工业上普遍采用沉淀法制备氧化钇前驱体，进而焙烧获得氧化钇。而焙烧过程具有一定的继承性，要获得性能良好的氧化钇，就必须获得性能良好的氧化钇前驱体。目前，沉淀法制备获得氧化钇前驱体的方法包括以下几种。(1)草酸沉淀法：采用草酸沉淀钇溶液，可获得纯度较高的草酸钇，但是草酸价格贵，所需的成本高，而且母液中草酸残留对人体和环境都有不良影响。（2）氢氧化物沉淀法：氢氧化物沉淀法常用的沉淀剂包括氨水、氢氧化钠等，但是氨水沉淀同样存在氨氮污染，氢氧化钠沉淀则提高了沉淀成本；更为重要的是氢氧化物沉淀法获得的氢氧化钇易成胶状，过滤性能差。（3）碳酸盐沉淀法。传统的钇料液的沉淀多采用碳酸氢铵做沉淀剂，从其沉淀的结晶过程到工业化应用都做了很多的研究，其优点是得到的碳酸盐颗粒粗大，易洗涤、杂质少。但碳酸氢铵沉淀会产生大量氨氮废水。氨氮废水对环境的严重影响，使得碳铵氢铵沉淀工艺面临严峻的水处理后达标排放的问题。近年来，用碳酸钠(纯碱)或碳酸氢钠代替碳酸氢铵作为钇沉淀剂是业内共同关注的热点。其中碳酸氢钠可通过控制条件获得结晶性能良好、稀土总量高的碳酸钇，但是碳酸氢钠沉淀单耗高（沉淀2mol钇需要6mol碳酸氢钠），成本大大增加。而碳酸钠沉淀钇耗量低（沉淀2mol钇只需要3mol碳酸钠），但是碳酸钠沉淀钇所生成的碳酸钇易形成无定形絮状沉淀，含有大量的水和杂质，体积庞大、难于过滤、总量低，限制了碳酸钠的推广应用。此外，上述直接沉淀法都存在沉淀剂的直接加入易使局部沉淀剂浓度过高，导致过饱和度不均匀的共性问题，很难获得分布范围窄的产品。综上所述，如何采用碳酸钠沉淀制备出结晶良好，过滤性能好，粒度分布窄的碳酸钇，已经成为目前亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种碳酸钠沉淀制备窄分布晶型碳酸钇的方法，以获得结晶良好，过滤性能良好，粒度分布窄的碳酸钇。为了实现上述目的，提供了一种碳酸钠沉淀制备窄分布晶型碳酸钇的方法，具体包括以下步骤。（1）晶种制备：往反应釜中加入底水，控制底水没过搅拌桨桨叶。然后并流加入氯化钇料液和碳酸钠溶液进行反应，反应结束后过滤洗涤获得碳酸钇晶种。氯化钇料液的浓度为0.05-0.15mol/L，碳酸钠溶液的浓度为0.05-0.30mol/L，氯化钇料液加料速度控制为1.0-3.0mL/min，反应温度控制为75-85oC，反应过程的pH控制为5.8-6.2。（2）沉淀过程：将碳酸钇晶种用水调浆，控制浆液没过搅拌桨桨叶。然后并流加入氯化钇料液和碳酸钠溶液进行沉淀反应，反应结束后过滤洗涤获得碳酸钇滤饼。氯化钇料液的浓度为0.2-1.5mol/L，碳酸钠溶液的浓度为0.3-1.5mol/L，氯化钇料液加料速度控制为3.0-10.0mL/min，沉淀温度控制为70-90oC，沉淀过程的pH控制为5.5-6.5。（3）干燥过程：将碳酸钇滤饼置于40-80oC下干燥，最终获得(D90-D10)/(2D50)小于0.8的窄分布晶型的Y2(CO3)3•3H2O。进一步的，所述步骤（1）和步骤（2）中氯化钇料液和碳酸钠溶液的加料位置在液面以下，同时分布在对立的两侧。进一步地，所述步骤（2）中沉淀终点pH控制为7.0-7.5。进一步地，所述步骤（1）和步骤（2）中搅拌速度为100-400r/min。进一步地，采用循环法制备碳酸钇晶种，具体为将步骤（1）获得的晶种调浆返回作为步骤（1）的底液，通过步骤（1）所述的反应条件再制备获得新的碳酸钇晶种，循环2-4次后最终获得的碳酸钇晶种再用于步骤（2）。本专利技术采用碳酸钠作为沉淀剂，氯化钇作为料液，通过严格控制反应温度75-85oC、氯化钇料液加料速度1.0-3.0mL/min、反应过程pH5.8-6.2、并流加料位置等条件获得碳酸钇晶种，然后以碳酸钇晶种调浆作为底液进行沉淀反应，控制沉淀温度和沉淀反应pH以沉淀制备得到获得(D90-D10)/(2D50)小于0.8的窄分布晶型的Y2(CO3)3•3H2O。本方法通过严格的晶种制备过程、沉淀过程控制获得了窄分布的晶型碳酸钇，碳酸钠沉淀剂耗量低、革除了氨氮污染。附图说明图1为对比实施例1中获得的无定型碳酸钇的XRD图。图2为实施例1中获得的Y2(CO3)3•3H2O的粒度分布图。图3为实施例1中获得的Y2(CO3)3•3H2O的XRD图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本申请。目前碳酸钠沉淀钇所生成的碳酸钇易形成无定形絮状沉淀，含有大量的水，体积庞大、难于过滤、总量低，限制了碳酸钠的推广应用。本专利技术提供了一种碳酸钠沉淀制备窄分布晶型碳酸钇的方法，包括以下步骤。（1）晶种制备：往反应釜中加入底水，控制底水没过搅拌桨桨叶。然后并流加入氯化钇料液和碳酸钠溶液进行反应，反应结束后过滤洗涤获得碳酸钇晶种。氯化钇料液的浓度为0.05-0.15mol/L，碳酸钠溶液的浓度为0.05-0.30mol/L，氯化钇料液加料速度控制为1.0-3.0mL/min，反应温度控制为75-85oC，反应过程的pH控制为5.8-6.2。晶种制备过程各个反应条件必须严格控制，氯化钇料液浓度为0.05-0.15mol/L和碳酸钠料液为0.05-0.30mol/L，氯化钇料液加料速度控制为1.0-3.0mL/min，而碳酸钠溶液的加料速速根据反应过程pH的控制来调节。这都是为了防止碳酸稀土局部过饱和，造成碳酸稀土晶核大量生成而形成无定型的碳酸稀土。此外优选严格控制并流加料的位置，即在液面以下，同时分布在对立的两侧，这样能更好的实现碳酸钠和氯化钇的分散。更为重要的是对温度和pH的控制。温度和pH的选择与稀土种类和沉淀剂种类都有很大关系，不同的稀土元素和沉淀剂都有特征的温度和pH，二者共同决定沉淀物是否能结晶。不同的稀土元素对应的温度和pH都有所差异，如碳酸钠沉淀氯化镨时，温度控制在50℃左右，沉淀氯化钕料液时一般控制在65～70℃，如此才能沉淀出的晶型的碳酸稀土；再如碳酸钠沉淀氯化镧、氯化铈料液时pH宜控制在5～5.4之间，温度为60℃左右。而且不同的沉淀剂其温度和pH也不同，如碳酸氢铵沉淀晶型氯化钇时，沉淀pH应该为6.4左右，温度也是60度为宜。同样的，对于沉淀氯化钇的体系，温度对体系的pH有影响，对碳酸钇沉淀的动力学和热力学也有影响。而pH则对体系中游离的钇和碳酸根浓度能起到控制作用，pH低，沉淀溶液中钇浓度高，而pH高则碳酸根含量高，都不利于碳酸钇的晶型沉淀。pH和温度共同作用制备得到碳酸钇晶种，如果不严格控制pH和温度，极易得到非晶型的沉淀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳酸钠沉淀制备窄分布晶型碳酸钇的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）晶种制备：往反应釜中加入底水，控制底水没过搅拌桨桨叶，然后并流加入氯化钇料液和碳酸钠溶液进行反应，反应结束后过滤洗涤获得碳酸钇晶种；氯化钇料液的浓度为0.05‑0.15mol/L，碳酸钠溶液的浓度为0.05‑0.30mol/L，氯化钇料液加料速度控制为1.0‑3.0mL/min，反应温度控制为75‑85oC，反应过程的pH控制为5.8‑6.2；（2）沉淀过程：将碳酸钇晶种用水调浆，控制浆液没过搅拌桨桨叶，然后并流加入氯化钇料液和碳酸钠溶液进行沉淀反应，反应结束后过滤洗涤获得碳酸钇滤饼；氯化钇料液的浓度为0.2‑1.5mol/L，碳酸钠溶液的浓度为0.3‑1.5mol/L，氯化钇料液加料速度控制为3.0‑10.0mL/min，沉淀温度控制为70‑90oC，沉淀过程的pH控制为5.5‑6.5；（3）干燥过程：将碳酸钇滤饼置于40‑80 oC下干燥，最终获得(D90‑D10)/(2D50)小于0.8的窄分布晶型的Y2(CO3)3•3H2O。

【技术特征摘要】
1.一种碳酸钠沉淀制备窄分布晶型碳酸钇的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）晶种制备：往反应釜中加入底水，控制底水没过搅拌桨桨叶，然后并流加入氯化钇料液和碳酸钠溶液进行反应，反应结束后过滤洗涤获得碳酸钇晶种；氯化钇料液的浓度为0.05-0.15mol/L，碳酸钠溶液的浓度为0.05-0.30mol/L，氯化钇料液加料速度控制为1.0-3.0mL/min，反应温度控制为75-85oC，反应过程的pH控制为5.8-6.2；（2）沉淀过程：将碳酸钇晶种用水调浆，控制浆液没过搅拌桨桨叶，然后并流加入氯化钇料液和碳酸钠溶液进行沉淀反应，反应结束后过滤洗涤获得碳酸钇滤饼；氯化钇料液的浓度为0.2-1.5mol/L，碳酸钠溶液的浓度为0.3-1.5mol/L，氯化钇料液加料速度控制为3.0-10.0mL/min，沉淀温度控制为70-90oC，沉淀...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖燕飞，高国华，刘钧云，廖春发，刘明彪，饶明璐，
申请(专利权)人：虔东稀土集团股份有限公司，江西理工大学，
类型：发明
国别省市：江西,36