【摘要】：本論文針對目前稀土氧化物生產(chǎn)過程中污染嚴重的問題,以氯化鈰為原料,采用噴霧熱解和靜態(tài)熱解的方法,制備了氧化鈰和稀土拋光粉,并對其轉化率、組織結構的影響因素進行了分析。同時研究了氯化鈰熱解的熱力學和動力學過程。氯化鈰熱分解過程的差熱及熱力學的研究表明:氯化鈰熱解過程首先進行脫水反應,繼續(xù)升溫,熱解生成氧化鈰,氯化鈰熱解為氧化鈰反應的理論起始溫度為603K。動力學研究表明,CeCl3熱解過程屬于氣-固反應,反應過程受擴散控制。動力學方程為:1-2/3α-(1-α)2/3= 0.646exp(22.431/RT)t,根據(jù)Arrhenius方程,計算得該反應的表觀活化能 Ea=22.431kJ/mol,指前因子 A=0.646。設計并建立了氯化鈰噴霧焙燒設備及監(jiān)控系統(tǒng)。通過溫度和壓力的數(shù)學模型及自主設計的監(jiān)控系統(tǒng)程序,實現(xiàn)了噴霧焙燒過程的溫度與壓力實時監(jiān)控。闡述了對氣體流量和液體流量的控制采集方法,將模擬電壓控制和通訊控制與氣體質量流量控制器和蠕動泵建立聯(lián)系。用濾波法解決了信號采集過程中遇到的各種干擾波動問題。設計了主體操作界面及重要的附屬窗口界面。氯化鈰溶液熱解工藝的研究表明:焙燒溫度為860℃、料液濃度為200g/L、噴霧速率為0.3ml/s條件下,進行氯化鈰溶液噴霧焙燒實驗,得到焙燒產(chǎn)物CeO2轉化率達到99.56%,測定產(chǎn)物中氯根含量為0.15%。轉化率低于88%時存在CeOCl物相,隨轉化率的升高,樣品中的CeOCl物相消失,轉變?yōu)镃e02,且隨轉化率的升高,CeO2衍射峰更加尖銳和平滑,晶格結構越來越整齊,晶格缺陷減少。通過SEM和HRTEM圖片的分析表明,得到的氧化鈰粉體均為空心球體或球破碎后的片狀或半球狀顆粒,且其晶粒和亞晶粒界線比較分明,CeO2的晶格結構比較整齊,其結晶狀態(tài)較好。采用噴霧焙燒制備了小晶粒無氟純鈰拋光粉,研削力隨拋光時間的增加而增加,1100℃條件下制備的拋光粉研拋性能最好。加入檸檬酸制備實心氧化鈰微粒研究表明:焙燒溫度600℃、氯化鈰溶液濃度150g/L、檸檬酸濃度0.029mol/L時,得到的CeO2粉末,結晶度較高,球形度好,且為實心球;通過在氯化鈰溶液中加入不同濃度檸檬酸的噴霧焙燒實驗表明,檸檬酸的加入對產(chǎn)物CeO2的轉化率影響不大。含氟鈰基稀土拋光粉的制備研究表明:不同焙燒條件下焙燒產(chǎn)物的顆粒形貌類似,晶粒交織成網(wǎng)狀,有利于形成大晶粒的拋光粉。在焙燒溫度800℃,焙燒時間3.5小時,氯化鈰與氟化銨的料比為1:1的條件下制備了稀土拋光粉,其氯含量為0.042%,氟含量為 5.50%,CeF3%為 17.00%,CeO2%為 83.00%;XRD 分析樣本中含有 CeF3 和 CeO2兩相。其顆粒為交織的網(wǎng)狀結構,細小顆粒與粗大并存,且CeF3與CeO2兩相混雜均勻,在拋光過程中更有利與玻璃表面的作用;拋光粉研削力隨研拋時間的增加基本保持穩(wěn)定,且研削力較大,基本穩(wěn)定在約0.12mg/min.cm2。
【學位授予單位】：東北大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TF845
【圖文】：

圖２．３結晶ＣｅＣｌ３邋９２３Ｋ氧氣條件下焙燒物產(chǎn)的ＸＲＤ圖逡逑Ｆｉｇ．邋２．３ＸＲＤ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｃａｌｃｉｎｅｄ邋ｐｒｏｄｕｃｔｓ邋ａｔ邋９２３Ｋ邋ｏｆ邋ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ邋ＣｅＣｌ３逡逑由差熱曲線分析知５９３－８８４Ｋ的溫度區(qū)間的失重率為１９．４５％，而ＣｅＣｂ與水反應Ｏｉ］理論失重率為２０．２６°／。，結合圖２．２、圖２．３，推斷在５９３－８８４Ｋ的溫度區(qū)間要反應：逡逑２ＣｅＣｌ３＋３Ｈ２0＋ｌ／２0２＝２Ｃｅ0２＋６ＨＣｌ邐（２．１１外，脫水階段生成的ＣｅＯＣｌ繼續(xù)與Ｃｈ和Ｈ２0作用生成Ｃｅ０２。逡逑－１７－逡逑

２．邋４氯化鈰熱解過程的動力學研究逡逑為了確定ＣｅＣｂ熱解過程符合的動力學反應速度的限制條件，以結晶氯化鈰為原料，逡逑實驗得到了不同溫度下，Ｃｅ０２轉化率與焙燒時間的關系，結果如圖２．５所示。氯化鈰逡逑在不同溫度下焙燒反應的轉化率隨焙燒時間的增加而呈明顯上升趨勢。逡逑１００邋邐逡逑９０邋＾邐１－７７３Ｋ邐邋＇逡逑■邐２－８７３Ｋ邐廣邋一一逡逑８０邋－邐３－９７３Ｋ邐▲一３一▲一＾逡逑０邐邐．邐１邐．邐Ｉ邐■邐Ｉ邐．邐逡逑０邐１２邐３邐４逡逑ｔｉｍｅ（ｍｉｎ）逡逑圖２．５邋Ｃｅ０２轉化率與時間的關系逡逑Ｆｉｇ．２．５邋Ｔｈｅ邋ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ＣｅＯ：邋ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ邋ｒａｔｅ邋ａｎｄ邋ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ邋ｔｉｍｅ逡逑－２０－逡逑

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 程磊;任慧平;崔凌霄;金自力;;鈰基稀土拋光粉組織結構研究[J];稀土;2015年06期

2 劉振東;李運領;張海龍;;表面改性CeO_2基拋光粉在水介質中的懸浮穩(wěn)定性[J];稀土;2015年04期

3 程建忠;車麗萍;;中國稀土資源開采現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];稀土;2010年02期

4 劉躍;謝麗英;;全球稀土消費現(xiàn)狀及前景[J];稀土;2008年04期

5 楊國勝;謝兵;任慧平;李學舜;黃紹東;;無氟鈰基稀土拋光粉制備過程的研究[J];稀土;2008年02期

6 趙增祺;;世界主要稀土礦床開采狀況及其對稀土產(chǎn)業(yè)的影響[J];四川稀土;2007年03期

7 趙增祺;;如何面對國外稀土礦的競爭[J];稀土信息;2007年08期

8 劉余九;;中國稀土產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展的主要任務[J];中國稀土學報;2007年03期

9 周雪珍;程昌明;胡建東;辜子英;胡平貴;李永繡;;以碳酸鈰為前驅體制備超細氧化鈰及其拋光性能[J];稀土;2006年01期

10 洪運濤,喬梁,劉新華;Ruthner-噴霧焙燒法廢鹽酸再生技術在冷軋中的應用[J];現(xiàn)代化工;2005年01期

相關碩士學位論文 前1條

1 秦芳芳;無機化合物的熱分解機理及其動力學研究[D];中國地質大學;2008年

本文編號：2742641