सेरियम का वायु ऑक्सीकरण पृथक्करण

वायु ऑक्सीकरण विधि एक ऑक्सीकरण विधि है जो ऑक्सीकरण के लिए हवा में ऑक्सीजन का उपयोग करती हैसैरियमकुछ शर्तों के तहत टेट्रावेलेंट के लिए। इस विधि में आम तौर पर फ्लोरोकार्बन सेरियम अयस्क सांद्रण, दुर्लभ पृथ्वी ऑक्सालेट्स और कार्बोनेट को हवा में भूनना (भुनाना ऑक्सीकरण के रूप में जाना जाता है) या दुर्लभ पृथ्वी हाइड्रॉक्साइड (शुष्क वायु ऑक्सीकरण) को भूनना या ऑक्सीकरण के लिए दुर्लभ पृथ्वी हाइड्रॉक्साइड घोल (गीली हवा ऑक्सीकरण) में हवा डालना शामिल है।

1、 भूनना ऑक्सीकरण

फ़्लोरोकार्बन सेरियम सांद्रण को 500 ℃ पर हवा में भूनना या बैयुनेबो दुर्लभ पृथ्वी सांद्रण को सोडियम कार्बोनेट के साथ 600-700 ℃ पर हवा में भूनना। दुर्लभ पृथ्वी खनिजों के अपघटन के दौरान, खनिजों में सेरियम को टेट्रावेलेंट में ऑक्सीकृत किया जाता है। अलग करने की विधियाँसैरियमकैलक्लाइंड उत्पादों में दुर्लभ पृथ्वी सल्फेट डबल नमक विधि, विलायक निष्कर्षण विधि आदि शामिल हैं।

के ऑक्सीकरण भूनने के अलावादुर्लभ पृथ्वीसांद्रण, दुर्लभ पृथ्वी ऑक्सालेट और दुर्लभ पृथ्वी कार्बोनेट जैसे लवण वायु वायुमंडल में भूनने वाले अपघटन से गुजरते हैं, और सेरियम CeO2 में ऑक्सीकृत हो जाता है। भूनने से प्राप्त दुर्लभ पृथ्वी ऑक्साइड मिश्रण की अच्छी घुलनशीलता सुनिश्चित करने के लिए, भूनने का तापमान बहुत अधिक नहीं होना चाहिए, आमतौर पर 700 और 800 ℃ के बीच। ऑक्साइड को 1-1.5mol/L सल्फ्यूरिक एसिड घोल या 4-5mol/L नाइट्रिक एसिड घोल में घोला जा सकता है। भुने हुए अयस्क को सल्फ्यूरिक एसिड और नाइट्रिक एसिड के साथ निक्षालित करते समय, सेरियम मुख्य रूप से टेट्रावेलेंट रूप में घोल में प्रवेश करता है। पूर्व में लगभग 45 ℃ पर 50 ग्राम/एल आरईओ युक्त एक दुर्लभ पृथ्वी सल्फेट समाधान प्राप्त करना और फिर पी204 निष्कर्षण विधि का उपयोग करके सेरियम डाइऑक्साइड का उत्पादन करना शामिल है; उत्तरार्द्ध में 80-85 ℃ के तापमान पर 150-200 ग्राम/लीटर आरईओ युक्त एक दुर्लभ पृथ्वी नाइट्रेट समाधान तैयार करना और फिर सेरियम को अलग करने के लिए टीबीपी निष्कर्षण का उपयोग करना शामिल है।

जब दुर्लभ पृथ्वी ऑक्साइड को तनु सल्फ्यूरिक एसिड या नाइट्रिक एसिड के साथ घोला जाता है, तो CeO2 अपेक्षाकृत अघुलनशील होता है। इसलिए, CeO2 की घुलनशीलता में सुधार करने के लिए विघटन के बाद के चरण में उत्प्रेरक के रूप में हाइड्रोफ्लोरोइक एसिड की थोड़ी मात्रा को घोल में मिलाने की आवश्यकता होती है।

2、 शुष्क वायु ऑक्सीकरण

दुर्लभ पृथ्वी हाइड्रॉक्साइड को सुखाने वाली भट्ठी में रखें और इसे 16-24 घंटों के लिए 100-120 ℃ पर हवादार परिस्थितियों में ऑक्सीकरण करें। ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया इस प्रकार है:

4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4

सेरियम की ऑक्सीकरण दर 97% तक पहुंच सकती है। यदि ऑक्सीकरण तापमान को 140 ℃ तक बढ़ा दिया जाए, तो ऑक्सीकरण समय को 4-6 घंटे तक छोटा किया जा सकता है, और सेरियम की ऑक्सीकरण दर भी 97% ~98% तक पहुंच सकती है। शुष्क वायु ऑक्सीकरण प्रक्रिया से बड़ी मात्रा में धूल और खराब श्रम स्थितियाँ उत्पन्न होती हैं, जिनका उपयोग वर्तमान में मुख्य रूप से प्रयोगशाला में किया जाता है।

3、 वायुमंडलीय आर्द्र वायु ऑक्सीकरण

घोल बनाने के लिए दुर्लभ पृथ्वी हाइड्रॉक्साइड को पानी में मिलाएं, REO सांद्रता को 50-70g/L तक नियंत्रित करें, घोल की क्षारीयता को 0.15-0.30mol/L तक बढ़ाने के लिए NaOH मिलाएं, और 85 ℃ तक गर्म होने पर सीधे हवा डालें। घोल में मौजूद सभी ट्राइवेलेंट सेरियम को टेट्रावैलेंट सेरियम में ऑक्सीकृत करें। ऑक्सीकरण प्रक्रिया के दौरान, पानी का वाष्पीकरण अपेक्षाकृत बड़ा होता है, इसलिए दुर्लभ पृथ्वी की अधिक स्थिर सांद्रता बनाए रखने के लिए किसी भी समय पानी की एक निश्चित मात्रा को पूरक किया जाना चाहिए। जब प्रत्येक बैच में 40L घोल का ऑक्सीकरण होता है, तो ऑक्सीकरण का समय 4-5 घंटे होता है, और सेरियम की ऑक्सीकरण दर 98% तक पहुंच सकती है। जब हर बार 8m3 दुर्लभ पृथ्वी हाइड्रॉक्साइड घोल का ऑक्सीकरण होता है, तो वायु प्रवाह दर 8-12m3/मिनट होती है, और ऑक्सीकरण समय 15h तक बढ़ जाता है, सेरियम की ऑक्सीकरण दर 97%~98% तक पहुंच सकती है।

वायुमंडलीय गीली हवा ऑक्सीकरण विधि की विशेषताएं हैं: सेरियम की उच्च ऑक्सीकरण दर, बड़े उत्पादन, अच्छी कामकाजी स्थितियां, सरल संचालन, और इस विधि का उपयोग आमतौर पर उद्योग में कच्चे सेरियम डाइऑक्साइड का उत्पादन करने के लिए किया जाता है।

4、 दबावयुक्त गीली हवा का ऑक्सीकरण

सामान्य दबाव में, वायु ऑक्सीकरण में अधिक समय लगता है, और लोग दबाव का उपयोग करके ऑक्सीकरण समय को कम कर देते हैं। हवा के दबाव में वृद्धि, यानी सिस्टम में ऑक्सीजन आंशिक दबाव में वृद्धि, समाधान में ऑक्सीजन के विघटन और दुर्लभ पृथ्वी हाइड्रॉक्साइड कणों की सतह के प्रसार में ऑक्सीजन के प्रसार के लिए अनुकूल है, जिससे ऑक्सीकरण प्रक्रिया में तेजी आती है।

रेयर अर्थ हाइड्रॉक्साइड को लगभग 60 ग्राम/लीटर तक पानी में मिलाएं, पीएच को सोडियम हाइड्रॉक्साइड के साथ 13 पर समायोजित करें, तापमान को लगभग 80 ℃ तक बढ़ाएं, ऑक्सीकरण के लिए हवा डालें, 0.4 एमपीए पर दबाव को नियंत्रित करें और 1 घंटे के लिए ऑक्सीकरण करें। सेरियम की ऑक्सीकरण दर 95% से अधिक तक पहुंच सकती है। वास्तविक उत्पादन में, ऑक्सीकरण कच्चे माल दुर्लभ पृथ्वी हाइड्रॉक्साइड को दुर्लभ पृथ्वी सोडियम सल्फेट कॉम्प्लेक्स नमक की वर्षा के माध्यम से क्षार रूपांतरण द्वारा प्राप्त किया जाता है। प्रक्रिया को छोटा करने के लिए, दुर्लभ पृथ्वी सोडियम सल्फेट जटिल नमक और क्षारीय घोल की वर्षा को एक दबावयुक्त ऑक्सीकरण टैंक में जोड़ा जा सकता है, जिससे एक निश्चित दबाव और तापमान बना रहता है। जटिल नमक में मौजूद दुर्लभ पृथ्वी को दुर्लभ पृथ्वी हाइड्रॉक्साइड में परिवर्तित करने के लिए वायु या समृद्ध ऑक्सीजन को शामिल किया जा सकता है, और साथ ही, इसमें मौजूद Ce (OH) 3 को Ce (OH) 4 में ऑक्सीकृत किया जा सकता है।

दबाव वाली परिस्थितियों में, जटिल नमक की क्षार रूपांतरण दर, सेरियम की ऑक्सीकरण दर और सेरियम की ऑक्सीकरण दर सभी में सुधार होता है। 45 मिनट की प्रतिक्रिया के बाद, डबल नमक क्षार की रूपांतरण दर और सेरियम की ऑक्सीकरण दर 96% से अधिक तक पहुंच गई।