Способ получения оксида церия

 

Изобретение относится к получению оксида церия, используемого в качестве материала для полировки стекол или в производстве катализаторов. Способ включает прокаливание карбонатов редкоземельных металлов с получением их оксидов, обработку оксидов кислотой с получением осадка диоксида церия и раствора редкоземельных металлов. Обработку оксидов редкоземельных металлов проводят в присутствии фтор-иона до конечного содержания кислоты в растворе 0,1-1 м при 70-100°С, концентрация фтор-иона составляет 2-12 г/л. Способ позволяет упростить процесс и повысить степень чистоты оксида церия. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области гидрометаллургии редкоземельных элементов, в частности к технологии получения чистого оксида церия.

Известен способ получения чистого оксида церия, включающий окисление церия в растворе хлоридов РЗМ хлором с последующим осаждением Ce(+4) в виде гидроксида раствором натриевой щелочи. При прокаливании получают осадок оксидов, содержащий 90 - 95% CeO₂ - (Редкоземельные металлы. Михайличенко А.И., Михлин Е.Е., Патрикеева Ю.Б. М.: Металлургия, 1987, 146 с.).

Недостатком известного способа является низкое содержание основного вещества в оксиде, использование большого количества реагентов.

Наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату является способ получения оксида церия, включающий окислительное прокаливание карбонатов РЗМ, содержащих церий, с последующим растворением трехвалентных РЗМ в разбавленных кислотах, отделением и промывкой осадка, содержащего церий. Таким образом получают оксид церия с чистотой до 95% (Химия и технология редких и рассеянных элементов, ч. 2. Под.ред. К.А. Большакова. Учеб. пособие для Вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., "Высш. школа". 1976, 113 - 114 с.).

Недостатком известного способа является трудоемкость и длительность выщелачивания трехвалентных РЗМ, недостаточная чистота получаемого соединения церия.

Предлагается способ получения оксида церия, позволяющий упростить процесс и повысить степень чистоты оксида церия. Для этого в способе, включающем окислительный обжиг карбонатов РЗМ с получением оксидов, обработку оксидов раствором кислоты с получением раствора трехвалентных РЗМ и осадка диоксида церия, выделение диоксида церия из раствора и промывку осадка, процесс обработки оксидов РЗМ проводят в присутствии фтор-ионов с концентрацией 2 - 12 г/л до избыточной кислотности 0,1 - 1 М при нагревании до 70 - 100^oC. Таким образом получают оксид церия с чистотой более 99%.

Сущность способа заключается в том, что использование указанных реагентов в заявленных режимах способствует селективному растворению трехвалентных РЗМ и примесей других металлов при оставлении CeO₂ в осадке. При этом фтор-ионы играют роль катализатора растворения оксидов РЗМ, а низкая кислотность и высокая температура раствора создают условия для гидролиза растворенного Ce(+4), завершающегося образованием осадка гидратированного диоксида церия CeO₂·H₂O.

Фтор-ионы используются в виде солей или плавиковой кислоты. Концентрация фтор-ионов в реакционной системе зависит от содержания CeO₂ в прокаленных оксидах и составляет 2 - 5 г/л при содержании CeO₂ менее 85% к ΣРЗО и 5 - 12 г/л при содержании CeO₂ - 85-90%. Концентрация фтор-ионов является критически важным фактором и не должна быть ниже указанного значения. Если концентрация более низкая, то полнота выщелачивания трехвалентных РЗМ не достигается. Увеличение концентрации фтор-ионов выше указанного значения приводит к неоправданным расходам фторсодержащего реагента, так как это не способствует повышению чистоты диоксида церия. Расход фтор-ионов не зависит от температуры прокаливания оксидов.

Использование кислоты в количестве, недостаточном для создания избыточной кислотности 0,1М, приводит к недостаточно полному выщелачиванию трехвалентных РЗМ и примесей других металлов при оставлении CeO₂ в осадке. При избыточной кислотности более 1М извлечение Ce(+4) в осадок резко уменьшается вследствие его растворимости.

Понижение температуры реакционной системы менее 70^oC приводит к увеличению продолжительности процесса и недостаточно полному выщелачиванию трехвалентных РЗМ.

Гидратированный диоксид церия промывают от маточного раствора, сушат и прокаливают до CeO₂. Прокаленный чистый диоксид церия используют в качестве материалов для полировки стекол или в производстве катализаторов.

Пример.

Один килограмм суммарных карбонатов РЗМ прокаливают в печи в течение 3-х часов при продувании воздуха. Получают 0,55 - 0,56 килограммов оксидов РЗМ. Оксиды обрабатывают раствором азотной кислоты в присутствии HF, создающей концентрацию фтор-иона 2 - 12 г/л. Обработку проводят при температуре 70 - 100^oC в течение 30 минут. Конечное содержание кислоты в растворе 0,1 - 1М. Полученную пульпу фильтруют, осадок CeO₂ промывают последовательно 0,3М раствором нитрата аммония и 0,15М раствором карбоната аммония. Промытый осадок сушат и прокаливают при температуре 950^oC. получают CeO₂ с содержанием основного вещества более 99%. Результаты осуществления способа представлены в таблице.

Таким образом, предложенный способ позволяет в одну стадию получить высокочистый церий, при этом использовать оксиды РЗМ, прокаленные при различной, в том числе высокой температуре, которые при использовании известного способа плохо растворяются. Полученный продукт не требует доработки, что существенно снижает расход реагентов и трудозатраты.

Формула изобретения

1. Способ получения оксида церия, включающий прокаливание карбонатов редкоземельных металлов (РЗМ) с получением их оксидов, обработку оксидов РЗМ раствором кислоты с получением осадка диоксида церия и раствора РЗМ, отличающийся тем, что обработку оксидов РЗМ проводят в присутствии фтор-иона с концентрацией не менее 2 г/л до конечного содержания кислоты в растворе 0,1 - 1 М при 70 - 100^oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрация фтор-иона составляет 2 - 12 г/л.

РИСУНКИ

Рисунок 1