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【稀土科普】神奇的稀土化合物:氧化镨

氧化镨 ,分子式是 Pr6O11 ,分子量:1021.44。

可用于玻璃、冶金,并用作荧光粉添加剂等。氧化镨是轻稀土产品中的重要产品之一。

因其具有独特的理化性质, 故在陶瓷、玻璃、稀土永磁、稀土裂化催化剂、稀土抛光粉、研磨材料和添加剂等领域获得应用,日益广泛,前景还是看好。

90年代以来,我国的氧化镨生产工艺技术及装备取得了很大的提高和完善,产品和产量增长较快,不但可供给国内应用量及市场的要求, 而且有相当数量出口。因此,我国目前氧化镨的生产技术、产品及产量、供给国内外市场的需求量等均居于世界同行业之冠。

性质

黑色粉末,密度6.88g/cm3,熔点2042℃,沸点3760℃。不溶于水,能溶于酸生成三价盐类。导电性良好。

合成

1. 化学分离法。 包括有分步结晶法,分步沉淀法和氧化法三种。前者基于稀土硝酸盐的结晶溶解度的差别而进行分离。中者基于稀土硫酸复盐的沉淀容度积的不同而进行分离。后者基于三价Pr3+被氧化为四价Pr4+而进行分离。这三种方法因稀土回收率低,过程繁杂,作业难,产量小和成本高而未能在工业生产中被应用。

 2. 分离法。 包括络合萃取分离法,皂化P-507萃取分离法。前者用络合挤DYPA及N- 263萃取剂对镨钕富集物的硝酸体系进行萃取分离镨,可得Pr6O11 99% ,收率为98%。但因过程较繁,络合剂消耗太高,产品成本高,未被工业生产所利用。后两者P-507萃取分离镨较好,均在工业生产中被应用,但因P- 507萃镨效率高,P-204损失率较高,故目前在工业生产中多用P-507萃取分离法。

 3. 离子交换法 ,该法过程长,作业麻烦和收率不高而生产上极少用,但产品纯度Pr6O11≥ 99. 5%,收率≥ 85% ,单位设备的产量较低。

 1)离子交换法生产氧化镨产品:以镨钕富集物(Pr、Nd) 2Cl3 为原料。其配制成料液( Pr,Nd) Cl3,装入吸附柱进行吸附饱和稀土,当流入料液浓度与流出浓度相同量,吸附稀土结束并待下工序使用。另将柱装入阳离子树脂后,用CuSO4 -H2SO4 液流入柱内制成Cu - H+ 稀土分离柱待用。将一根吸附柱和三根分离柱串联起来后, 再用淋洗液的EDT A( 0. 015M) 从第一根吸附柱进口流入进行淋洗分离(淋速1. 2cm/min)。在淋洗分离中钕先在第3根分离柱出口处流出时, 可用受器收集后进行化学处理制得Nd2O3副产品。当分离柱的钕被分离后, 接着在分离柱出口收集纯PrCl3 液, 并进行化学处理而制Pr6O11产品。主要工艺过程为:原料→配制料液→吸附柱吸附稀土→联接分离柱→淋洗分离→收集纯镨液→草酸沉淀→检测→包装。

 2)用P-204萃取法生产氧化镨产品:用镧铈镨氯化物(La、Ce、Pr)Cl3 为原料。将原料配成料液,P- 204皂化后加煤油制成萃取剂液。在混合澄清萃取槽内进行料液与萃取镨分离。然后洗有机相中杂质, 再用HCl反萃镨而获得纯PrCl3 液,用草酸沉淀,煅烧和包装则得氧化镨产品。主要工艺过程为:原料→配制料液→ P-204萃取镨→洗涤→下边酸反萃镨→纯PrCl3液→草酸沉淀→煅烧→检测→包装(氧化镨产品)。

3)用P507萃取法生产氧化镨产品:以南方离子型稀土精矿所得铈镨氯化物( Ce,Pr) Cl3 为原料(REO≥ 45% ,氧化镨≥ 75%)。将配制成料液与P507萃取剂在萃取槽内进行萃取镨后,再用HCl洗涤有机相中的杂质,最后以HCl反萃镨而获得纯PrCl3 液。用草酸沉淀镨,煅烧和包装则得氧化镨产品。主要工艺过程为:原料→配制料液→ P- 507萃取镨→洗杂→反萃取镨→纯PrCl3 液→草酸沉淀→煅烧→检测→包装(氧化镨产品)。

 4)用P507萃取法生产氧化镨产品:以处理四川稀土精矿所得镧镨氯化物 (Cl,Pr)Cl3 为原料(REO≥ 45%,氧化镨8.05%),将其配制成料液,再与皂化P507萃取剂于萃取槽内进行萃取镨,用HCl洗除有机相中的杂质。然后用HCl进行反萃镨而得纯PrCl3 液。以草酸沉淀镨,煅烧和包装即获氧化镨产品。主要工艺过程是:原料→配料液→ P-507萃取镨→洗杂→反萃取镨→纯PrCl3 液→草酸沉淀→煅烧→检测→包装(氧化镨产品)。 

目前, 我国生产氧化镨产品的主要工艺技术是采用盐酸体系的P507萃取法, 且在各种单个稀土氧化物的工业生产中获得了广泛应用,也已成为世界同行业中的先进生产工艺技术,名列前茅。

应用

1.在稀土玻璃中的应用 

在不同组分的玻璃中添加稀土氧化物后,可制成不同颜色的稀土玻璃, 如绿色玻璃,激光玻璃,磁光及光纤维等,其应用日益扩大。在玻璃中加入氧化镨后可制成呈绿色的颜色玻璃,具有高质量的艺术价值,又可仿制宝石。这种玻璃在普通日光照射下,观看像绿色,而在烛光下则几乎是无色的。故用它可制成假宝石和贵重的装饰品,色泽诱人,令人喜爱。

2. 在稀土陶瓷中的应用

稀土氧化物用于陶瓷的添加剂,可制成许多性能较佳的稀土陶瓷。其中的稀土精细陶瓷具有代表性。它是用高度精选的原料,采用便于控制的工艺及加工技术,可精确控制陶瓷的组成。其可分为功能陶瓷和高温结构陶瓷两种。它们被加入稀土氧化物后,可改进陶瓷的烧结性,致密性,显微织构和物相组成,以达到满足不同应用的要求。以氧化镨制成的着色剂的陶瓷釉料,其具有不受烧窑内气氛的影响,呈色稳定,釉面明快,可改善理化性能,提高陶瓷的热稳定性和质量,增加花色品种,降低成本。在陶瓷颜料和釉料中加入氧化镨后,可制稀土镨黄,镨绿,釉下红色颜料和白鬼釉,象牙黄色釉,苹果绿色瓷等,这种艺术瓷效益高,且出口较好,受到国外的欢迎。据有关统计,全球在陶瓷中应用镨钕量在千吨以上,也是氧化镨的应用大户。预计今后将会有更大的发展。 

3. 在稀土永磁中的应用  

( Pr,Sm) Co5永磁的最大磁能积(BH)m=27MGθe (216K J/m3)。而PrFeB的(BH)m为40MGθe(320K J/m3 )左右。因此,如采用Pr生产的永磁体在工业和民业上还是有应用前景的。

4. 在其它领域中的应用 制造刚玉砂轮的应用。

在白刚玉的基础上,加入镨钕氧化物约0.25%,可制成稀土刚玉砂轮,其磨削性能大为改善。提高磨削率30%到100%,使用寿命提高1倍。氧化镨对某些材料具有良好的抛光性能,故可作为抛光料进行抛光作业,在铈基抛光粉中含氧化镨1约7.5%,主要用于光学眼镜片,金属制品,平板玻璃和电视机显像管的抛光。抛光效果好,应用量较大,已成为目前国内的主要抛光粉。此外,石油裂化催化剂中应用,可提高催化活性,可用于炼钢的添加剂,净化钢液等。总之氧化镨的应用在不断扩大,除了单一的氧化镨形式被使用外, 更多的以混合物的状态被使用。估计今后将仍如此态势。

来   源:包头稀土研发中心

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