氯化稀土制备过程杂质去除机理研究

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包头混合稀土精矿被盐酸-氯化铝络合浸出后,浸出液经硫酸钠复盐沉淀再碱转后得到氢氧化稀土,该稀土氢氧化物中铁、铝、钍、钠、硫、磷等杂质含量较高。本文以上述稀土氢氧化物为原料,经除杂后制得氯化稀土;通过热力学分析和动力学分析,研究了杂质去除过程的反应机理,并用现代化分析检测手段,分别对氢氧化稀土进行化学成分、物相结构等分析。具体进行了如下研究。首先通过稀土及杂质的电势-p H图,进行了热力学稳定性分析,明确了323K时,La(OH)3在p H大于6.16后开始沉淀,铁、铝、钍的开始沉淀p H值均小于3.23,因此可以采用控制溶液p H的方法分离杂质。其次研究了洗涤对杂质去除的优化条件及机理。结果表明:在最优洗涤条件下,Al3+、PO43-、SO42-和Na+水洗效率分别达到78.67%、38.71%、60.65%和91.04%。其中Al3+、PO43-、SO42-和Na+的去除主要源于氢氧化钠、氢氧化铝、偏铝酸钠、磷酸钠、硫酸钠等物质在水中的溶解,并且主要集中在前三次洗涤液中。结果表明:在最优溶解条件下,氢氧化稀土溶解率达到95.98%。并且盐酸溶解过程符合粒径减小的缩核模型,可以用1/3ln(1-x)+[1-x-1/3-1]=kt描述,其相关系数R~2为0.97842,表观活化能Ea为29.32k J/mol,反应受界面传质和扩散共同作用。再次结合热力学分析结果,对比氨水、氢氧化钠、六次甲基四胺调节氯化稀土溶液p H值。结果表示:净化沉淀中,Al3+、Fe3+、Th4+以氢氧化物的形式沉淀与稀土溶液分离,对比三种调节剂,Fe3+、Th4+的去除率相差无几。使用六亚甲基四胺调p H,Al3+去除率相对较高,达到96.16%,稀土损耗率为5.47%。使用氢氧化钠调p H,杂质引入量最低,此时Al3+、Fe3+、Th4+的去除率分别达到92.72%、96.97%和98.5%,稀土损耗率为13.56%。最后研究了制备氯化稀土粉体工艺中,直接结晶与非直接结晶对氯化稀土粉体形貌的影响。结果表明:直接结晶制备的氯化稀土晶体团聚现象明显,分阶段结晶制备的氯化稀土晶体团聚现象减弱,尤其是在结晶时间大于等于1.5h后,颗粒基本已经分散,呈不规则形状。并且1.5h结晶氯化稀土成分均符合《混合氯化稀土》国家标准。
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