針對碳酸鈉沉淀較難獲得晶型碳酸釔的問題,本文以碳酸鈉為沉淀劑,通過常規(guī)沉淀探索和FBRM-PVM測試研究溫度、pH、陳化、晶種等因素對碳酸釔晶型沉淀的影響,并對碳酸釔沉淀結(jié)晶過程進(jìn)行深入分析。結(jié)果表明:在（80℃,pH5.9～6.0）條件下,可得到沉降性能較優(yōu)并具有一定結(jié)晶度的沉淀產(chǎn)物,此時碳酸釔的結(jié)晶過程是誘導(dǎo)成核→晶粒生長→Ostwald熟化的動態(tài)平衡過程;而高溫攪拌陳化過程對碳酸釔的結(jié)晶沒有起到正面的作用,但其剪切成核和接觸成核作用可以使沉淀產(chǎn)物中較大顆粒逐漸轉(zhuǎn)化為較小顆粒,使體系內(nèi)顆粒平均粒度減小;另外,晶種的存在可以促進(jìn)沉淀產(chǎn)物結(jié)晶轉(zhuǎn)化并且加速Ostwald熟化,在晶種循環(huán)過程中,晶體生長的過程是成核→針狀和片狀生長→針狀與片狀晶體聚集成類球形水菱釔型碳酸釔晶體。實驗在1次晶種循環(huán)的條件下即可得到粒度12.0μm且分散性均勻的晶型碳酸釔。本文將為碳酸鈉沉淀制備晶型碳酸釔提供理論指導(dǎo)。 

【文章來源】：中國有色金屬學(xué)報. 2020,30(10)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：18 頁

【部分圖文】：

不同溫度和p H范圍條件下所得沉淀產(chǎn)物的沉降性能

為了探究(80℃，p H 5.9～6.0)條件下的碳酸釔沉淀結(jié)晶過程，采用FBRM-PVM對沉淀結(jié)晶過程進(jìn)行粒度及實時圖像分析，結(jié)果如圖3和4所示。一般情況下，結(jié)晶過程可以分為成核和生長兩個過程，其中晶核是過飽和溶液中新生成的微小晶體粒子，是晶體生長過程中重要的核心。在沒有晶種、無其他雜質(zhì)或顆粒影響條件下，成核過程為均相初級成核；在晶種誘導(dǎo)條件下，成核過程為二次成核。均相初級成核[20]首先是溶質(zhì)粒子快速運動，并結(jié)合在一起形成線體；然后線體的單元數(shù)增至某種限度，可以稱為晶胚；最后線體和晶胚由于吸附作用彼此之間迅速聚集生長，超過臨界成核尺寸成為能與溶液建立熱力學(xué)平衡的晶核。從過飽和度建立到晶核生成之間的一段時間為誘導(dǎo)期。圖3所示為沉淀結(jié)晶過程的FBRM圖，監(jiān)測了沉淀結(jié)晶過程中不同粒度區(qū)間顆粒數(shù)在線變化、平均粒度在線變化和不同時刻粒度分布。由圖3(a)可見，前10 min時顆粒數(shù)目較少且上升緩慢，此時間段主要為誘導(dǎo)成核期(第1階段)，主要體現(xiàn)在小顆粒數(shù)的增加；而且從圖3(b)也可以看出，在前10 min內(nèi)，由于誘導(dǎo)成核期晶核較少，所以FBRM設(shè)備測量的多為大量線體和晶胚形成的大范圍絮狀物，以致于平均粒度有較大波動。誘導(dǎo)成核期后，結(jié)晶過程進(jìn)入第2階段，從圖3(a)可見，隨著沉淀反應(yīng)進(jìn)行，體系內(nèi)不產(chǎn)生大顆粒(100～1000μm)，而小顆粒(<10μm)數(shù)目和中等顆粒(10～100μm)數(shù)目迅速增加，導(dǎo)致總顆粒數(shù)(<1000μm)迅速增加，而且中等顆粒數(shù)目相較于小顆粒數(shù)目的增長速率更大，這意味著此時間段處于晶體生長期，從圖3(b)和(c)也可以看出，10～40 min內(nèi)平均粒度逐漸增加，粒度分布曲線向右方偏移并迅速上升。在第3階段，從圖3(a)的顆粒數(shù)在線變化曲線斜率來看，小顆粒的增長趨于平衡并且中等顆粒增長速率逐漸減小，這是因為小顆粒的消融數(shù)目和溶質(zhì)的自發(fā)成核數(shù)目趨于平衡，而且在生成中等顆粒的同時，有一部分在原有中等顆�；A(chǔ)上長大時并沒有超過100μm，其依然為中等顆粒，所以增長速率減小。這意味著此階段主要存在小顆粒的消融和較大中等顆粒的長大[21]，結(jié)晶過程逐漸轉(zhuǎn)入到Ostwald熟化過程[21-23]。從圖3(b)和(c)也可以看出，平均粒度不再增加，粒度分布曲線上升幅度也減小并停止偏移，說明粒度分布更集中，這是因為小顆粒的消融以及二次成核作用將使小顆粒平均粒度減小的幅度較大，而中等顆粒的繼續(xù)增加與長大使中等顆粒平均粒度的增加的幅度較小，最終使總平均粒度變化趨于平衡。圖4所示為沉淀結(jié)晶過程中不同時刻的PVM圖。在10 min時，沉淀物主要呈云絮狀，無法觀察到具有特別形貌的顆粒出現(xiàn)(見圖4(a))；隨著反應(yīng)進(jìn)行，濃密云絮狀物質(zhì)中的小顆粒和中等顆粒增多，并且越來越清晰可見(見圖4(b)和(c))；在40 min后，小顆粒與中等顆粒狀物質(zhì)愈加清晰，均是不規(guī)則形態(tài)，但是兩者在圖像上顯示的形態(tài)大小和數(shù)目已無明顯那變化(見圖4(d)～(f))。這也佐證了上述碳酸釔顆粒生長結(jié)晶過程分析。

圖4所示為沉淀結(jié)晶過程中不同時刻的PVM圖。在10 min時，沉淀物主要呈云絮狀，無法觀察到具有特別形貌的顆粒出現(xiàn)(見圖4(a))；隨著反應(yīng)進(jìn)行，濃密云絮狀物質(zhì)中的小顆粒和中等顆粒增多，并且越來越清晰可見(見圖4(b)和(c))；在40 min后，小顆粒與中等顆粒狀物質(zhì)愈加清晰，均是不規(guī)則形態(tài)，但是兩者在圖像上顯示的形態(tài)大小和數(shù)目已無明顯那變化(見圖4(d)～(f))。這也佐證了上述碳酸釔顆粒生長結(jié)晶過程分析。2.1.3 沉淀結(jié)晶過程產(chǎn)物的XRD、SEM和粒度變化分析

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3263098