Il metodo di ossidazione dell'aria è un metodo di ossidazione che utilizza l'ossigeno presente nell'aria per ossidarecerioa tetravalente in determinate condizioni. Questo metodo prevede in genere la tostatura di concentrato di minerale di cerio fluorocarbonico, ossalati di terre rare e carbonati in aria (nota come ossidazione per tostatura) o la tostatura di idrossidi di terre rare (ossidazione ad aria secca) o l'introduzione di aria nella sospensione di idrossidi di terre rare (ossidazione ad aria umida) per l'ossidazione.
1、 Ossidazione della tostatura
Tostatura del concentrato di cerio fluorocarbonico in aria a 500 °C o tostatura del concentrato di terre rare Baiyunebo con carbonato di sodio in aria a 600-700 °C. Durante la decomposizione dei minerali di terre rare, il cerio presente nei minerali viene ossidato a tetravalente. I metodi di separazioneceriodai prodotti calcinati includono il metodo del doppio sale con solfato di terre rare, il metodo di estrazione con solvente, ecc.
Oltre alla tostatura per ossidazione diterre rareConcentrato, sali come ossalato e carbonato di terre rare subiscono una decomposizione per arrostimento in atmosfera, e il cerio viene ossidato a CeO₂. Per garantire una buona solubilità della miscela di ossidi di terre rare ottenuta per arrostimento, la temperatura di arrostimento non deve essere troppo elevata, solitamente compresa tra 700 e 800 °C. Gli ossidi possono essere sciolti in una soluzione di acido solforico 1-1,5 mol/L o in una soluzione di acido nitrico 4-5 mol/L. Durante la lisciviazione del minerale arrostito con acido solforico e acido nitrico, il cerio entra nella soluzione principalmente in forma tetravalente. Il primo metodo prevede l'ottenimento di una soluzione di solfato di terre rare contenente 50 g/L di REO a circa 45 °C, e la successiva produzione di biossido di cerio utilizzando il metodo di estrazione P2O4; Quest'ultima prevede la preparazione di una soluzione di nitrato di terre rare contenente REO pari a 150-200 g/L a una temperatura di 80-85 ℃ e quindi l'utilizzo dell'estrazione TBP per separare il cerio.
Quando gli ossidi di terre rare vengono sciolti con acido solforico o acido nitrico diluito, il CeO₂ risulta relativamente insolubile. Pertanto, è necessario aggiungere una piccola quantità di acido fluoridrico alla soluzione come catalizzatore nella fase successiva della dissoluzione per migliorarne la solubilità.
2、 Ossidazione ad aria secca
L'idrossido di terre rare viene posto in un forno di essiccazione e ossidato in condizioni di ventilazione a 100-120 °C per 16-24 ore. La reazione di ossidazione è la seguente:
4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4
Il tasso di ossidazione del cerio può raggiungere il 97%. Aumentando ulteriormente la temperatura di ossidazione a 140 °C, il tempo di ossidazione può essere ridotto a 4-6 ore e il tasso di ossidazione del cerio può raggiungere il 97-98%. Il processo di ossidazione ad aria secca produce una grande quantità di polvere e condizioni di lavoro precarie, attualmente utilizzate principalmente in laboratorio.
3、 Ossidazione dell'aria umida atmosferica
Miscelare l'idrossido di terre rare con acqua per formare una sospensione, controllare la concentrazione di REO a 50-70 g/L, aggiungere NaOH per aumentare l'alcalinità della sospensione a 0,15-0,30 mol/L e, una volta riscaldata a 85 °C, introdurre direttamente aria per ossidare tutto il cerio trivalente presente nella sospensione a cerio tetravalente. Durante il processo di ossidazione, l'evaporazione dell'acqua è relativamente elevata, quindi è necessario aggiungere una certa quantità d'acqua in qualsiasi momento per mantenere una concentrazione più stabile di terre rare. Quando si ossidano 40 L di sospensione per lotto, il tempo di ossidazione è di 4-5 ore e il tasso di ossidazione del cerio può raggiungere il 98%. Quando vengono ossidati 8 m3 di sospensione di idrossido di terre rare ogni volta, la portata d'aria è di 8-12 m3/min e il tempo di ossidazione viene aumentato a 15 ore, il tasso di ossidazione del cerio può raggiungere il 97%~98%.
Le caratteristiche del metodo di ossidazione dell'aria umida atmosferica sono: elevato tasso di ossidazione del cerio, grande produzione, buone condizioni di lavoro, funzionamento semplice; questo metodo è comunemente utilizzato nell'industria per produrre biossido di cerio grezzo.
4、 Ossidazione ad aria umida pressurizzata
A pressione normale, l'ossidazione dell'aria richiede più tempo e le persone possono ridurlo utilizzando la pressione. L'aumento della pressione dell'aria, ovvero l'aumento della pressione parziale dell'ossigeno nel sistema, favorisce la dissoluzione dell'ossigeno nella soluzione e la diffusione dell'ossigeno sulla superficie delle particelle di idrossido di terre rare, accelerando così il processo di ossidazione.
Miscelare l'idrossido di terre rare con acqua fino a circa 60 g/L, regolare il pH a 13 con idrossido di sodio, aumentare la temperatura a circa 80 °C, introdurre aria per l'ossidazione, controllare la pressione a 0,4 MPa e ossidare per 1 ora. Il tasso di ossidazione del cerio può superare il 95%. Nella produzione effettiva, la materia prima di ossidazione, l'idrossido di terre rare, si ottiene per conversione alcalina tramite precipitazione del sale complesso di solfato di sodio delle terre rare. Per abbreviare il processo, la precipitazione del sale complesso di solfato di sodio delle terre rare e la soluzione alcalina possono essere aggiunte a un serbatoio di ossidazione pressurizzato, mantenendo una certa pressione e temperatura. È possibile introdurre aria o ossigeno ricco per convertire le terre rare presenti nel sale complesso in idrossidi di terre rare e, allo stesso tempo, il Ce(OH)3 in esso contenuto può essere ossidato a Ce(OH)4.
In condizioni di pressione, il tasso di conversione alcalina del sale complesso, il tasso di ossidazione del cerio e il tasso di ossidazione del cerio migliorano. Dopo 45 minuti di reazione, il tasso di conversione del sale alcalino doppio e il tasso di ossidazione del cerio hanno raggiunto oltre il 96%.
Data di pubblicazione: 09-05-2023