氣相法制備無水氯化釔的研究

1、doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2018.07.012氣相法制備無水氯化釔的研究陳冬英，周潔英（贛州有色冶金研究所，江西 贛州 341000）摘要：在氯化裝置中用氣相法制備無水氯化釔，研究了氯化氫氣體用量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、料層厚度等對(duì)無水氯化釔中RECl3含量的影響。結(jié)果表明，當(dāng)氯化氫氣體用量為理論量1.6倍、反應(yīng)溫度450 、反應(yīng)時(shí)間36 h、料層厚度10 cm時(shí)，得到的高純無水氯化釔中RECl3平均含量99.15%，氧化稀土的平均氯化率為97.89%，稀土平均收率為99.33%。關(guān)健詞：氣相法；氯化氫氣體；氧化釔；無水氯化釔中圖分類號(hào)：TF845+.6文獻(xiàn)標(biāo)志

2、碼：A文章編號(hào)：1007-7545（2018）07-0000-00Study on Preparation of Anhydrous Yttrium Chloride with Gas Phase MethodCHEN Dong-ying, ZHOU Jie-ying（Ganzhou Nonferrous Metallurgy Research Institute, Ganzhou 341000, Jiangxi, China）Abstract：Anhydrous yttrium chloride was prepared in chlorination equipment by gas ph

3、ase method. Effects of hydrogen chloride gas consumption, reaction temperature, reaction time, and thickness of feed layer on RECl3 content in anhydrous yttrium chloride were investigated. The results show that average RECl3 content in high purity anhydrous yttrium chloride is 99.15% with average ch

4、lorination rate of rare earth oxide of 97.89% and average yield of rare earth of 99.33% under the conditions including hydrogen chloride gas consumption of 1.6 times of theoretical dosage, reaction temperature of 450 , reaction time of 36 h, and thickness of feed layer of 10 cm.Key words：gas phase m

5、ethod; hydrogen chloride gas; yttrium oxide; anhydrous yttrium chloride稀土己成為當(dāng)今世界高技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的材料。釔作為地殼中含量最高的重稀土元素，用途廣泛，而氯化釔作為其重要的化合物，在新型功能材料制備領(lǐng)域起到了獨(dú)特的作用，普遍用于制造三元催化劑、陶瓷材料、釔化合物中間體、化學(xué)試劑等。如在氯化釔氯化鉀體系中制備釔合金1、以前驅(qū)體的形式作為穩(wěn)定劑控制氧化鋯形態(tài)2-3、參與配合物的合成研究4-9、協(xié)助醫(yī)學(xué)研究對(duì)細(xì)胞生長的影響10-11等。目前，無水氯化稀土的生產(chǎn)方法有真空脫水法12、化學(xué)氣相法13和氯化銨直接氯化法14-16

6、等。由于無水氯化稀土在設(shè)備中易發(fā)生水解、對(duì)設(shè)備要求高和難于批量制備等原因，需要不斷對(duì)技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行創(chuàng)新。本文采用氯化氫氣體為氯化劑17，氧化釔為原料，在氯化設(shè)備中直接氯化制備無水氯化釔，對(duì)批量生產(chǎn)無水氯化釔工藝條件做了充分的試驗(yàn)研究，并取得了良好的結(jié)果。1 試驗(yàn)部分1.1 試驗(yàn)原料氧化釔（Y2O3/REO99.99%）；氯化氫氣體（HCl99.00%）。1.2 試驗(yàn)儀器DZF6050真空干燥箱；ZSG-7.5-12真空電阻爐；立式氯化裝置（自制、75 kW）；酸霧吸收裝置（自制、4.0 kW）。1.3 試驗(yàn)原理氯化氫氣體氯化稀土氧化物反應(yīng)如下：Y2O3+6HCl2YCl3+3H2O（1）YCl

7、3+H2OYOCl+2HCl（2）在發(fā)生反應(yīng)式（1）生成氯化稀土的同時(shí)也發(fā)生反應(yīng)式（2），即氯化稀土水解生成氯氧化稀土，氯氧化稀土比較穩(wěn)定，不溶于水，但是在相對(duì)高溫下會(huì)被氯化氫氯化生成氯化稀土?？刂坪线m的反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間以及氯化氫氣體流速，即可制得無水氯化稀土。收稿日期：2018-03-05基金項(xiàng)目：國家科技部科研院所技術(shù)開發(fā)研究專項(xiàng)資金項(xiàng)目（2012EG115017）作者簡介：陳冬英（1967-），女，江西玉山人，教授級(jí)高級(jí)工程師.1.4 試驗(yàn)方法氧化釔稱重后按一定厚度平鋪裝入氯化裝置15托盤中，再將氯化裝置升溫到指定溫度，按設(shè)定的反應(yīng)時(shí)間持續(xù)通入氯化氫氣體，反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)品在保護(hù)氣氛下自

8、然冷卻至室溫，取出稱重并取樣（氯化爐排出的酸霧經(jīng)堿吸收后達(dá)標(biāo)排放），化驗(yàn)無水氯化釔的RECl3含量，并計(jì)算氧化釔的氯化率和稀土收率。2 結(jié)果與討論2.1 氯化氫氣體用量對(duì)無水氯化釔中RECl3含量的影響在固定氧化釔30 kg、反應(yīng)溫度450 、反應(yīng)時(shí)間36 h和料層厚度10 cm的條件下，考察氯化氫氣體用量對(duì)無水氯化釔產(chǎn)品質(zhì)量、氧化稀土氯化率和稀土收率的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。圖1結(jié)果顯示，無水氯化釔產(chǎn)品中RECl3含量和氧化稀土的氯化率隨氯化氫氣體用量的增加而增加。在氯化氫氣體用量為理論量1.6倍時(shí)，氧化稀土的氯化率為97.63%，無水氯化釔中RECl3含量達(dá)99.16%，稀土收率達(dá)99.

9、07%。圖1 氯化氫氣體用量對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和稀土收率的影響Fig.1 Effect of hydrogen chloride gas consumption on product quality and rare earth yield2.2 反應(yīng)溫度對(duì)無水氯化釔中RECl3含量的影響在固定氧化釔30 kg、氯化氫氣體用量為理論量1.6倍、反應(yīng)時(shí)間36 h和料層厚度10 cm的條件下，考察反應(yīng)溫度對(duì)無水氯化釔產(chǎn)品質(zhì)量、氧化稀土氯化率和稀土收率的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。圖2表明，在300450 的范圍內(nèi)，無水氯化釔產(chǎn)品中RECl3含量和氧化稀土的氯化率指標(biāo)隨反應(yīng)溫度的升高呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，4

10、50 為突變點(diǎn)。在反應(yīng)溫度為450 時(shí)，氧化稀土的氯化率為97.83%，無水氯化釔中RECl3含量達(dá)99.24%，稀土收率為99.13%。圖2 反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和稀土收率的影響Fig.2 Effect of reaction temperature on product quality and rare earth yield2.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)無水氯化釔中RECl3含量的影響在固定氧化釔30 kg、氯化氫氣體用量為理論量1.6倍、反應(yīng)溫度450 和料層厚度10 cm的條件下，反應(yīng)時(shí)間對(duì)無水氯化釔產(chǎn)品質(zhì)量、氧化稀土氯化率和稀土收率的影響如圖3所示。圖3顯示，當(dāng)氯化氫氣體用量為46.5 kg時(shí)，

11、在反應(yīng)時(shí)間2436 h范圍內(nèi)，無水氯化釔產(chǎn)品中RECl3含量和氧化稀土的氯化率隨著反應(yīng)溫度的升高而增加，當(dāng)時(shí)間超過36 h時(shí)，指標(biāo)會(huì)隨著反應(yīng)溫度的升高反而減少。在反應(yīng)時(shí)間為36 h時(shí)，氧化稀土的氯化率為98.27%，無水氯化釔中RECl3含量為99.32%，稀土收率為99.43%。圖3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和稀土收率的影響Fig.3 Effect of reaction time on product quality and rare earth yield2.4 料層厚度對(duì)無水氯化釔中RECl3含量的影響在固定氯化氫氣體用量為理論量1.6倍、反應(yīng)溫度450 和反應(yīng)時(shí)間36 h的條件下，料層厚度

12、對(duì)無水氯化釔產(chǎn)品質(zhì)量、氧化稀土氯化率和稀土收率的影響見圖4。從圖4可見，當(dāng)氯化氫氣體用量為理論量1.6倍時(shí)，在料層厚度510 cm范圍內(nèi)，氧化稀土的氯化率不小于97.53%，無水氯化釔中RECl3含量不小于98.91%。在料層厚度為15 cm時(shí)，氧化稀土的氯化率和無水氯化釔中RECl3含量有所下降，產(chǎn)品品質(zhì)不均勻。這是因?yàn)榱蠈雍穸冗^厚時(shí)，物料重力影響了氯化氫氣體的穿透反應(yīng)能力，導(dǎo)致產(chǎn)品反應(yīng)不均勻。圖4 料層厚度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和稀土收率的影響Fig.4 Effect of thickness of feed layer on product quality and rare earth yield2

13、.5 綜合試驗(yàn)根據(jù)優(yōu)化的試驗(yàn)條件，在固定氧化釔30 kg、氯化氫氣體用量為理論量1.6倍、反應(yīng)溫度450 、反應(yīng)時(shí)間36 h和料層厚度10 cm的條件下進(jìn)行多次重復(fù)綜合試驗(yàn)，綜合試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。圖5結(jié)果顯示，采用優(yōu)化的工藝條件，得到的無水氯化釔中RECl3平均含量為99.15%，氧化稀土的平均氯化率為97.89%，稀土平均收率為99.33%。圖5 綜合試驗(yàn)結(jié)果Fig.5 Result of comprehensive test3 結(jié)論1）以氧化釔為原料，用氯化氫氣體為氯化劑直接氯化氧化釔制備了無水氯化釔，有效地抑制氯氧稀土的產(chǎn)生，并能在氯化裝置中批量生產(chǎn)無水氯化釔產(chǎn)品。2）當(dāng)反應(yīng)條件控制在

14、氯化氫氣體用量為理論量1.6倍、反應(yīng)溫度450 、反應(yīng)時(shí)間36 h和料層厚度10 cm時(shí)，得到的高純無水氯化釔中RECl3平均含量99.15%，氧化稀土的平均氯化率97.89%，稀土平均收率99.33%。參考文獻(xiàn)1 劉冠昆. 熔融氯化釔-氯化鉀體系的表面張力和密度J. 中國稀土學(xué)報(bào)，1988，6(2)：19-23.2 郭興忠，宋杰，任靜，等. 溶膠凝膠伴隨相分離法制備釔穩(wěn)定氧化鋯多孔塊體J. 稀有金屬材料與工程，2016，45(增刊1)：560-563.3 牟曉磊，胡麗杰，陳志，等. 氧化釔穩(wěn)定二氧化鋯的制備及表征J. 山東化工，2011，40(4)：23-26.4 陳永熙，周立娟，李英霞，等

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16、HF()的合成及其還原生成(C9H7)2Yb2THF()的研究、配合物I和II的晶體結(jié)構(gòu)J. 有機(jī)化學(xué)，2004，24(3)：281-285.9 徐賓. 三烷基釔配合物合成及在催化Tishchenko反應(yīng)中的應(yīng)用J. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，32(1)：200-202.10 陳國安，袁利亞，王西樵，等. 氯化釔對(duì)人表皮細(xì)胞生長及凋亡的影響J. 中國公共衛(wèi)生，2002，18(12)：1414-1415.11 袁利亞，戴育成，李潔，等. 稀土化合物氯化釔對(duì)成纖維細(xì)胞生長的抑制作用觀察J. 中國公共衛(wèi)生，2001，17(6)：572-572.12 韓繼龍，孫慶國，火炎，等. 真空脫水法制備無水氯化鈰的研究J. 無機(jī)鹽工業(yè)，2009，41(10)：25-26.13 王育紅，王林山. 化學(xué)氣相傳輸法制備無水稀土氯化物J. 中國稀土學(xué)報(bào)，2000，18(1)