大粒径稀土氧化物产品制备技术分析

唐兴同

摘要：稀土粉体材料作为新材料的重要组成部分，要求具有特殊的物理化学性状，如具有高的均一性、填充性、分散性、流动性、反应操作性等。稀土粉体的粒径大小直接决定粉体的应用效果，不同粒径的粉体原料可以制备出不同要求的陶瓷材料、荧光材料、电子材料等，而抛光粉的颗粒大小直接决定了抛光效率与所能达到的光洁度。所以，颗粒大小分布是稀土粉体非常重要的性能指标。

关键词：大粒径;稀土;氧化物;制备;技术分析

稀土元素由于其独特的电子结构，而被誉为新材料的宝库。例如铈元素在氟碳铈矿和独居石矿中天然丰度很高，占上述矿源稀土总量的一半。近年来，稀土应用已由传统的电子、冶金、化工、陶瓷等领域渗透到国民经济的各个领域，由原来的化学应用，延伸到物理性能的开发应用。其中二氧化铈是一种价廉而用途广泛的稀土材料，国内外在制备超细和纳米稀土氧化铈方面报道较多，但大粒径稀土氧化物制备方面的报道并不多，稀土粉体的粒径大小直接决定粉体的应用效果，所以，颗粒大小分布是稀土粉体非常重要的性能指标。除小颗粒稀土化合物具有特殊的应用领域外，大粒径的稀土化合物也具有广阔的应用市场。大粒径CeO₂可用作宝石抛光剂和玻璃添加剂，作为玻璃的脱色剂和澄清剂，可代替传统的白砒，减少白砒挥发对大气环境的污染，改善玻璃制品的质量，降低成本，增加效益，这对我国资源的合理化应用，以及环境的改善具有重要意义。

1.稀土氧化物产品的介绍

稀土氧化物是主要的稀土化合物产品，在一定条件下可转化为各种盐类，具有独特的物理化学性质，故稀土氧化物在各领域具有广泛的用途。随着高新材料领域的高速发展，稀土在这些领域的作用越来越大，反过来这些领域对稀土化合物的物理性质要求也越来越高，如大粒径、超细、大比表面积、特殊晶体形貌等。目前，随着新材料技术的不断发展，稀土化合物的应用已由冶金、化工、陶瓷等传统领域拓展到永磁、储氢、发光等高技术领域;并由对其化学性质的开发应用转变到对粒径、比表面、比重等物性指标的研究

目前，随着新材料技术的发展，具有可控粒径的稀土化合物展现出良好的市场前景。除小颗粒稀土化合物具有特殊的应用领域外，大粒径的稀土化合物也具有广阔的应用市场。现在，稀土生产厂家生产的稀土氧化物，一般平均粒径为3～5μm、松装密度小于1.2g·cm^-3，属于初级产品，不能满足用户要求。有关纳米和超细稀土化合物的研究报道较多，而大粒径稀土和高松装密度化合物的研究则很少。

大粒径稀土氧化物以其粒径大、高比重、低比表面等特性已成为稀土新材料研发的方向之一。大粒径稀土氧化物因广泛用做树脂填充材料、喷涂材料、抛光材料以及催化剂等而备受青睐，但国内很难买到符合外商要求的此类产品。为适应这一趋势，包头稀土研究院与中国科学院化学研究所合作就大粒径稀土氧化物（主要包括氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕）的制备工艺及反应机理进行了实验研究，制备出中值粒径在40～100微米的产品，并推广应用。

2.主要技术内容

主要研究内容包括：①大粒径稀土氧化物的制备工艺，制得的氧化粉体，其中值粒径（D）≥30μm;②进一步完善制备工艺，降低化学试剂消耗，并提高工艺的稳定性;③研究大粒径稀土氧化物制备工艺过程的反应机理，为工艺的完善提供理论指导;④在研究氧化物制备工艺的基础上，研究稀土系列氧化物的制备工艺。采用的工艺流程如图所示。

将固体草酸配制成溶液，并用工业硝酸调节其酸度，然后置于恒温水浴槽内。搅拌下将硝酸稀土溶液以一定速度加到草酸溶液中。恒温陈化一定时间，过滤，洗涤。马弗炉中灼烧一定时间即制得大粒径稀土氧化物。

研究证明草酸盐沉淀法制备大粒径稀土氧化物工艺可行，工艺和设备简单，易于操作。对于氧化物，不需另外加入添加剂，即可制得大粒径的稀土氧化物。产品质量达到客户要求。

3.技術特色

本研究的大粒径稀土氧化物制备工艺，查新报告指出：在不添加表面活性剂或分散剂的条件下，用草酸盐沉淀法制备中值粒径在40μm-100μm的大粒径稀土氧化物，尚未见有与之相同的报，其区别在于工艺参数，如酸度、加料速度、陈化时间、沉淀反应温度、灼烧温度、灼烧时间的差别。本工艺沉淀一次收率为70%～80%，沉淀母液可返回工艺循环使用，连续生产稀土总收率可达98%。无废水产生。

4.应用和推广情况

随着新材料技术的发展，具有可控粒径的稀土化合物展现出良好的市场前景。装饰品生产厂家希望购买粒径大于20μm、松装密度大于1.5g·cm^-3的氧化铈，作为特殊抛光材料。火法氧化物电解制备稀土金属时，也希望用粒径大而均匀、密度较大的氧化物进行电解，以避免电解时发生飞溅。在玻璃行业，使用CeO₂，代替传统的白砒，为使CeO₂和玻璃更好地混匀，也希望使用大粒径、高松装密度CeO₂。本研究的工艺，可生产平均粒径40～60微米的氧化物，60～80微米的氧化镧、氧化铈，市场价格是普通稀土氧化物的10倍，经济效益非常可观。

5结论与认识

大粒径氧化铈作为玻璃的脱色剂和澄清剂，可代替传统的白砒和芒硝，减少白砒挥发对大气环境的污染和芒硝对熔窑的腐蚀及大气中硫含量，提高玻璃的质量。该工艺方法简便易行，适合其它大粒径稀土氧化物的制备。

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（作者单位：甘肃稀土新材料股份有限公司）