氯化铈热解制备氧化物及其抛光粉的研究

发布时间：2020-07-05 13:05

【摘要】：本论文针对目前稀土氧化物生产过程中污染严重的问题,以氯化铈为原料,采用喷雾热解和静态热解的方法,制备了氧化铈和稀土抛光粉,并对其转化率、组织结构的影响因素进行了分析。同时研究了氯化铈热解的热力学和动力学过程。氯化铈热分解过程的差热及热力学的研究表明:氯化铈热解过程首先进行脱水反应,继续升温,热解生成氧化铈,氯化铈热解为氧化铈反应的理论起始温度为603K。动力学研究表明,CeCl3热解过程属于气-固反应,反应过程受扩散控制。动力学方程为:1-2/3α-(1-α)2/3= 0.646exp(22.431/RT)t,根据Arrhenius方程,计算得该反应的表观活化能 Ea=22.431kJ/mol,指前因子 A=0.646。设计并建立了氯化铈喷雾焙烧设备及监控系统。通过温度和压力的数学模型及自主设计的监控系统程序,实现了喷雾焙烧过程的温度与压力实时监控。阐述了对气体流量和液体流量的控制采集方法,将模拟电压控制和通讯控制与气体质量流量控制器和蠕动泵建立联系。用滤波法解决了信号采集过程中遇到的各种干扰波动问题。设计了主体操作界面及重要的附属窗口界面。氯化铈溶液热解工艺的研究表明:焙烧温度为860℃、料液浓度为200g/L、喷雾速率为0.3ml/s条件下,进行氯化铈溶液喷雾焙烧实验,得到焙烧产物CeO2转化率达到99.56%,测定产物中氯根含量为0.15%。转化率低于88%时存在CeOCl物相,随转化率的升高,样品中的CeOCl物相消失,转变为Ce02,且随转化率的升高,CeO2衍射峰更加尖锐和平滑,晶格结构越来越整齐,晶格缺陷减少。通过SEM和HRTEM图片的分析表明,得到的氧化铈粉体均为空心球体或球破碎后的片状或半球状颗粒,且其晶粒和亚晶粒界线比较分明,CeO2的晶格结构比较整齐,其结晶状态较好。采用喷雾焙烧制备了小晶粒无氟纯铈抛光粉,研削力随抛光时间的增加而增加,1100℃条件下制备的抛光粉研抛性能最好。加入柠檬酸制备实心氧化铈微粒研究表明:焙烧温度600℃、氯化铈溶液浓度150g/L、柠檬酸浓度0.029mol/L时,得到的CeO2粉末,结晶度较高,球形度好,且为实心球;通过在氯化铈溶液中加入不同浓度柠檬酸的喷雾焙烧实验表明,柠檬酸的加入对产物CeO2的转化率影响不大。含氟铈基稀土抛光粉的制备研究表明:不同焙烧条件下焙烧产物的颗粒形貌类似,晶粒交织成网状,有利于形成大晶粒的抛光粉。在焙烧温度800℃,焙烧时间3.5小时,氯化铈与氟化铵的料比为1:1的条件下制备了稀土抛光粉,其氯含量为0.042%,氟含量为 5.50%,CeF3%为 17.00%,CeO2%为 83.00%;XRD 分析样本中含有 CeF3 和 CeO2两相。其颗粒为交织的网状结构,细小颗粒与粗大并存,且CeF3与CeO2两相混杂均匀,在抛光过程中更有利与玻璃表面的作用;抛光粉研削力随研抛时间的增加基本保持稳定,且研削力较大,基本稳定在约0.12mg/min.cm2。
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TF845
【图文】：

图２．３结晶ＣｅＣｌ３邋９２３Ｋ氧气条件下焙烧物产的ＸＲＤ图逡逑Ｆｉｇ．邋２．３ＸＲＤ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｃａｌｃｉｎｅｄ邋ｐｒｏｄｕｃｔｓ邋ａｔ邋９２３Ｋ邋ｏｆ邋ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ邋ＣｅＣｌ３逡逑由差热曲线分析知５９３－８８４Ｋ的温度区间的失重率为１９．４５％，而ＣｅＣｂ与水反应Ｏｉ］理论失重率为２０．２６°／。，结合图２．２、图２．３，推断在５９３－８８４Ｋ的温度区间要反应：逡逑２ＣｅＣｌ３＋３Ｈ２0＋ｌ／２0２＝２Ｃｅ0２＋６ＨＣｌ逦（２．１１外，脱水阶段生成的ＣｅＯＣｌ继续与Ｃｈ和Ｈ２0作用生成Ｃｅ０２。逡逑－１７－逡逑

２．邋４氯化铈热解过程的动力学研究逡逑为了确定ＣｅＣｂ热解过程符合的动力学反应速度的限制条件，以结晶氯化铈为原料，逡逑实验得到了不同温度下，Ｃｅ０２转化率与焙烧时间的关系，结果如图２．５所示。氯化铈逡逑在不同温度下焙烧反应的转化率随焙烧时间的增加而呈明显上升趋势。逡逑１００邋逦逡逑９０邋＾逦１－７７３Ｋ逦邋＇逡逑■逦２－８７３Ｋ逦广邋一一逡逑８０邋－逦３－９７３Ｋ逦▲一３一▲一＾逡逑０逦逦．逦１逦．逦Ｉ逦■逦Ｉ逦．逦逡逑０逦１２逦３逦４逡逑ｔｉｍｅ（ｍｉｎ）逡逑图２．５邋Ｃｅ０２转化率与时间的关系逡逑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

【参考文献】

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本文编号：2742641