一种氧化镧的生产工艺
阅读说明：本技术 一种氧化镧的生产工艺 (Production process of lanthanum oxide ) 是由 黄华勇 邱光怀 安恩法 秦文忠 陆梅 祝裕炜 王珂 涂长东 谢曜 胡彦 于 2018-07-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种氧化镧的生产工艺,包括以下步骤：(1)将氧化镧加入到酸性溶液中制备镧盐溶液；(2)将镧盐溶液加入到乙二醇、聚乙二醇600的混合溶液中,充分搅拌至溶液溶清后加入表面活性剂和NaBr,充分混合均匀；(3)将步骤(2)的混合液加热至60-90℃,并缓慢加入(NH<Sub>4</Sub>)<Sub>2</Sub>CO<Sub>3</Sub>溶液,匀速搅拌,加入(NH<Sub>4</Sub>)<Sub>2</Sub>CO<Sub>3</Sub>溶液过程中出现白色沉淀物,反应1-3h后过滤、干燥得到LaOHCO<Sub>3</Sub>粉末；(4)将LaOHCO<Sub>3</Sub>粉末在800-1000℃的马弗炉中焙烧2-8h,即得白色La<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>粉末。本发明发展了一种简单、低成本制备氧化镧的多元醇方法；以乙二醇和聚乙二醇600为溶剂,以聚乙烯吡咯烷酮为表面活性剂,用NaBr控制反应速率进行球形氧化镧的制备,制备的球形氧化镧分散性好,其尺寸可以控制在0.05-10μm范围内。(The invention discloses a production process of lanthanum oxide, which comprises the following steps: (1) adding lanthanum oxide into an acid solution to prepare a lanthanum salt solution; (2) adding a lanthanum salt solution into a mixed solution of ethylene glycol and polyethylene glycol 600, fully stirring until the solution is clear, adding a surfactant and NaBr, and fully and uniformly mixing; (3) heating the mixed solution in the step (2) to 60-90 ℃, and slowly adding (NH) 4 ) 2 CO 3 Stirring the solution at a constant speed, and adding (NH) 4 ) 2 CO 3 White precipitate appears in the solution process, and is filtered and dried after reacting for 1-3h to obtain LaOHCO 3 Powder; (4) adding LaOHCO to the mixture 3 The powder is roasted in a muffle furnace at the temperature of 800-1000 ℃ for 2-8h to obtain white La 2 O 3 And (3) powder. The invention develops a simple and low-cost method for preparing the lanthanum oxide polyol; glycol and polyethylene glycol 600 are used as solvents, polyvinylpyrrolidone is used as a surfactant, and NaBr is used for controlling the reaction rateThe prepared spherical lanthanum oxide has good dispersibility, and the size of the prepared spherical lanthanum oxide can be controlled within the range of 0.05-10 mu m.)
技术领域
本发明涉及稀土氧化物的生产领域，特别是涉及一种氧化镧的生产工艺。
背景技术
氧化镧是轻稀土中的重要产品之一。微溶于水，易与酸反应，生成相应的盐。易与空气中的二氧化碳和水发生反应，逐渐变成碳酸镧。如今，具有良好物理化学性能的氧化镧产品，在军工、民用和高科技领域都获得了广泛的应用。如，镧光学玻璃是以La2O3为主要成分的硼酸盐或硼硅酸盐的高级光学玻璃，具有高折射和低色散的独特光学特性；在电子陶瓷中加入La2O3后，可改善陶瓷的烧结性、致密性、纤维结构和相组成等，能够明显提高陶瓷的应用性能；La2O3还可以用作汽车尾气净化。
发明专利CN 105948098 B公开了一种球形氧化镧，所述球形氧化镧的平均粒径为150nm-1.2μm，该方法虽然制备的氧化镧稳定性高，但是尺寸不易控制，颗粒均匀度低，并且在160-240℃下才能反应。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种尺寸可控、颗粒均匀的氧化镧生产工艺。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
一种氧化镧的生产工艺，包括以下步骤：
(1)将氧化镧加入到酸性溶液中制备镧盐溶液；
(2)将镧盐溶液加入到乙二醇、聚乙二醇600的混合溶液中，充分搅拌至溶液溶清后加入表面活性剂和NaBr，充分混合均匀；
(3)将步骤(2)的混合液加热至60-90℃，并缓慢加入(NH4)2CO3溶液，匀速搅拌，加入(NH4)2CO3溶液过程中出现白色沉淀物，反应1-3h后过滤、干燥得到LaOHCO3粉末；
(4)将LaOHCO3粉末在800-1000℃的马弗炉中焙烧2-8h，即得白色La2O3粉末。
进一步地，步骤(1)中所述酸性溶液为硝酸或者盐酸中的一种，浓度为0.6-1.6mol/L，其对应的镧盐为La(NO3)3或者LaCl3；所述镧盐的浓度为0.5-1.5mol/L。
进一步地，步骤(2)中所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮(Mw＝130 000)。
进一步地，步骤(2)中所述乙二醇、聚乙二醇600的混合溶液中乙二醇和聚乙二醇600的体积比为1:0.5-2；
进一步地，步骤(2)体系中各成分的最终浓度为：聚乙烯吡咯烷酮：0.01-0.1mol/L，NaBr：0.005-0.1mol/L，镧盐：0.1-0.5mol/L。
进一步地，步骤(3)中所述(NH4)2CO3溶液的浓度为0.5-1.5mol/L；所述(NH4)2CO3的加入量是镧盐摩尔量的1.1-1.3倍。
进一步地，步骤(3)中加入所述(NH4)2CO3溶液时搅拌速度控制在60-150r/min；所述(NH4)2CO3的加入用时控制在1-1.5h。
更进一步地，一种氧化镧的生产工艺，包括以下步骤：
(1)将氧化镧加入到1.6mol/L硝酸溶液中制备1.5mol/L的La(NO3)3溶液；
(2)将La(NO3)3溶液加入到乙二醇、聚乙二醇600的混合溶液中，充分搅拌至溶液溶清后加入聚乙烯吡咯烷酮(Mw＝130 000)和NaBr溶液，充分混合均匀；其中，乙二醇和聚乙二醇600的体积比为1:1；体系中各成分的最终浓度为：聚乙烯吡咯烷酮：0.1mol/L，NaBr：0.1mol/L，La(NO3)3：0.5mol/L；
(3)将步骤(2)的混合液加热至75℃，并缓慢加入1.5mol/L的(NH4)2CO3溶液，(NH4)2CO3的加入用时控制在1.5h，(NH4)2CO3的加入量是La(NO3)3摩尔量的1.2倍，加入(NH4)2CO3溶液时搅拌速度控制在100r/min；加入(NH4)2CO3溶液过程中出现白色沉淀物，反应2h后过滤、干燥得到LaOHCO3粉末；
(4)将LaOHCO3粉末在900℃的马弗炉中焙烧5h，即得白色球形La2O3粉末。
聚乙烯吡咯烷酮可以作为修饰剂进行氧化镧的形貌控制，其通过控制其浓度阻止晶体某些面的生长，从而促进其他面的生长；另一方面它可以作为稳定剂使LaOHCO3分散开，阻止LaOHCO3的团聚。
由于采用以上技术方案，本发明的有益效果包括：
本发明发展了一种简单、低成本制备氧化镧的多元醇方法；本发明以乙二醇和聚乙二醇600为溶剂，以聚乙烯吡咯烷酮(Mw＝130 000)为表面活性剂，用NaBr控制反应速率进行球形氧化镧的制备，制备的球形氧化镧分散性好，其尺寸可以控制在0.05-10μm范围内。
具体实施方式
下面结合实施例作进一步说明，但本发明不局限于这些实施例。
实施例1
(1)将氧化镧加入到0.6mol/L硝酸溶液中制备0.5mol/L的La(NO3)3溶液；
(2)将La(NO3)3溶液加入到乙二醇、聚乙二醇600的混合溶液中，充分搅拌至溶液溶清后加入聚乙烯吡咯烷酮(Mw＝130 000)和NaBr溶液，充分混合均匀；其中，乙二醇和聚乙二醇600的体积比为1:0.5；体系中各成分的最终浓度为：聚乙烯吡咯烷酮：0.01mol/L，NaBr：0.005mol/L，La(NO3)3：0.1mol/L；
(3)将步骤(2)的混合液加热至60℃，并缓慢加入0.5mol/L的(NH4)2CO3溶液，(NH4)2CO3的加入用时控制在1h，(NH4)2CO3的加入量是La(NO3)3摩尔量的1.1倍，加入(NH4)2CO3溶液时搅拌速度控制在60r/min；加入(NH4)2CO3溶液过程中出现白色沉淀物，反应1h后过滤、干燥得到LaOHCO3粉末；
(4)将LaOHCO3粉末在1000℃的马弗炉中焙烧2h，即得白色球形La2O3粉末。
制备的球形氧化镧粉末D10＝9.619μm，D50＝9.814μm，D100＝10.018μm。
实施例2
(1)将氧化镧加入到1.6mol/L硝酸溶液中制备1.5mol/L的La(NO3)3溶液；
(2)将La(NO3)3溶液加入到乙二醇、聚乙二醇600的混合溶液中，充分搅拌至溶液溶清后加入聚乙烯吡咯烷酮(Mw＝130 000)和NaBr溶液，充分混合均匀；其中，乙二醇和聚乙二醇600的体积比为1:1；体系中各成分的最终浓度为：聚乙烯吡咯烷酮：0.1mol/L，NaBr：0.1mol/L，La(NO3)3：0.5mol/L；
(3)将步骤(2)的混合液加热至75℃，并缓慢加入1.5mol/L的(NH4)2CO3溶液，(NH4)2CO3的加入用时控制在1.5h，(NH4)2CO3的加入量是La(NO3)3摩尔量的1.2倍，加入(NH4)2CO3溶液时搅拌速度控制在100r/min；加入(NH4)2CO3溶液过程中出现白色沉淀物，反应2h后过滤、干燥得到LaOHCO3粉末；
(4)将LaOHCO3粉末在900℃的马弗炉中焙烧5h，即得白色球形La2O3粉末。
制备的球形氧化镧粉末D10＝0.048μm，D50＝0.052μm，D100＝0.061μm。
实施例3
(1)将氧化镧加入到1.1mol/L硝酸溶液中制备1.0mol/L的La(NO3)3溶液；
(2)将La(NO3)3溶液加入到乙二醇、聚乙二醇600的混合溶液中，充分搅拌至溶液溶清后加入聚乙烯吡咯烷酮(Mw＝130 000)和NaBr溶液，充分混合均匀；其中，乙二醇和聚乙二醇600的体积比为1:2；体系中各成分的最终浓度为：聚乙烯吡咯烷酮：0.05mol/L，NaBr：0.01mol/L，La(NO3)3：0.25mol/L；
(3)将步骤(2)的混合液加热至90℃，并缓慢加入1.0mol/L的(NH4)2CO3溶液，(NH4)2CO3的加入用时控制在1.25h，(NH4)2CO3的加入量是La(NO3)3摩尔量的1.3倍，加入(NH4)2CO3溶液时搅拌速度控制在150r/min；加入(NH4)2CO3溶液过程中出现白色沉淀物，反应3h后过滤、干燥得到LaOHCO3粉末；
(4)将LaOHCO3粉末在800℃的马弗炉中焙烧8h，即得白色球形La2O3粉末。
制备的球形氧化镧粉末D10＝0.715μm，D50＝0.754μm，D100＝0.801μm。
实施例4
氧化镧的生产工艺与实施例2相同，其不同之处在于步骤(1)中将氧化镧加入到盐酸溶液中。其制备的氧化镧为球形，D10＝0.047μm，D50＝0.062μm，D100＝0.079μm。
下表(表1)为改变步骤(2)中NaBr浓度的实施例或对比例，其他生产条件和工艺与实施例2相同。
表1 NaBr浓度对氧化镧尺寸的影响
实验方案
NaBr浓度/mol/L
D50/μm
D10/μm
D100/μm
对比例1
0
32.376
20.342
50.186
实施例5
0.005
10.132
9.837
10.249
实施例6
0.01
0.736
0.698
0.759
实施例7
0.05
0.274
0.242
0.301
实施例2
0.1
0.052
0.048
0.061
对比例2
0.2
0.046
0.041
0.062
下表(表2)为改变步骤(2)中不同乙二醇(EG)和聚乙二醇600(PEG600)体积比的实施例或对比例，其他生产条件和工艺与实施例2相同。
表2不同乙二醇和聚乙二醇600体积比对氧化镧尺寸的影响
实验方案
EG:PEG600
D50/μm
D10/μm
D100/μm
对比例3
0:1
0.018
0.012
0.023
实施例2
1:1
0.052
0.048
0.061
对比例4
1:0
124
107
153
对比例5
氧化镧的生产工艺与实施例2相同，其不同之处在于步骤(2)中不加聚乙烯吡咯烷酮(Mw＝130 000)。其制备的氧化镧为非球形(棒状)，D50＝142μm。
对比例6
氧化镧的生产工艺与实施例2相同，其不同之处在于步骤(2)中加入聚乙烯吡咯烷酮的分子量Mw＝58 000。其制备的氧化镧形貌多样，为球形与棒状的混合，D50＝96.364μm。
以上所述，仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明；但对于本领域的普通技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。
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