Préparation deoxydes de terres rares ultrafins
Les composés de terres rares ultrafines offrent un champ d'application plus large que les composés de terres rares de granulométrie standard, et font actuellement l'objet de recherches plus approfondies. Les méthodes de préparation sont divisées en phases solide, liquide et gazeuse, selon l'état d'agrégation de la substance. La phase liquide est actuellement largement utilisée en laboratoire et dans l'industrie pour la préparation de poudres ultrafines de composés de terres rares. Elle comprend principalement les méthodes de précipitation, sol-gel, hydrothermale, par matrice, par microémulsion et par hydrolyse des alkydes, la méthode de précipitation étant la plus adaptée à la production industrielle.
La méthode de précipitation consiste à ajouter le précipitant à la solution de sel métallique pour la précipitation, puis à filtrer, laver, sécher et décomposer à chaud pour obtenir des poudres. Elle comprend la précipitation directe, la précipitation uniforme et la coprécipitation. La méthode de précipitation ordinaire permet d'obtenir des oxydes de terres rares et des sels de terres rares contenant des radicaux acides volatils par combustion du précipité, avec une granulométrie de 3 à 5 µm. La surface spécifique est inférieure à 10 µm/g et ne présente pas de propriétés physiques et chimiques particulières. Les méthodes de précipitation au carbonate d'ammonium et à l'acide oxalique sont actuellement les méthodes les plus couramment utilisées pour produire des poudres d'oxydes ordinaires. Elles permettent, moyennant modification des conditions de procédé, de préparer des poudres d'oxydes de terres rares ultrafines.
Des recherches ont montré que les principaux facteurs affectant la granulométrie et la morphologie des poudres ultrafines de terres rares obtenues par précipitation au bicarbonate d'ammonium sont la concentration en terres rares de la solution, la température de précipitation et la concentration en agent de précipitation. La concentration en terres rares de la solution est essentielle à la formation de poudres ultrafines uniformément dispersées. Par exemple, dans l'expérience de précipitation de Y3+ pour préparer Y2O3, lorsque la concentration massique en terres rares est de 20 à 30 g/L (calculée par Y2O3), le processus de précipitation est régulier et la poudre ultrafine d'oxyde d'yttrium obtenue par précipitation au carbonate par séchage et cuisson est fine, uniforme et présente une bonne dispersion.
Dans les réactions chimiques, la température est un facteur déterminant. Dans les expériences ci-dessus, à une température de 60-70 °C, la précipitation est lente, la filtration rapide, les particules sont lâches et uniformes, et elles sont essentiellement sphériques. À une température inférieure à 50 °C, la précipitation se forme plus rapidement, avec davantage de grains et des particules de plus petite taille. Pendant la réaction, les quantités de CO₂ et de NH₃ débordent moins, et la précipitation est collante, ce qui ne convient pas à la filtration et au lavage. Après la combustion en oxyde d'yttrium, il reste des substances en blocs qui s'agglomèrent fortement et présentent des particules de plus grande taille. La concentration en bicarbonate d'ammonium affecte également la granulométrie de l'oxyde d'yttrium. Lorsque la concentration en bicarbonate d'ammonium est inférieure à 1 mol/L, la granulométrie de l'oxyde d'yttrium obtenu est petite et uniforme. Lorsque la concentration en bicarbonate d'ammonium est supérieure à 1 mol/L, une précipitation locale se produit, provoquant une agglomération et des particules de plus grande taille. Dans des conditions appropriées, une taille de particule de 0,01 à 0,5 μM peut être obtenue sous forme de poudre d'oxyde d'yttrium ultrafine.
Dans la méthode de précipitation de l'oxalate, la solution d'acide oxalique est ajoutée goutte à goutte tout en ajoutant de l'ammoniac afin de garantir un pH constant pendant la réaction. L'oxyde d'yttrium est ainsi obtenu sous forme de poudre d'une granulométrie inférieure à 1 μM. La solution de nitrate d'yttrium est d'abord précipitée avec de l'eau ammoniacale pour obtenir un colloïde d'hydroxyde d'yttrium, puis convertie avec une solution d'acide oxalique pour obtenir une poudre d'Y2O3 de granulométrie inférieure à 1 μM. L'EDTA est ajouté à une solution de nitrate d'yttrium Y3+ à une concentration de 0,25 à 0,5 mol/L, le pH est ajusté à 9 avec de l'eau ammoniacale, l'oxalate d'ammonium est ajouté et une solution de HNO3 à 3 mol/L est ajoutée goutte à goutte à un débit de 1 à 8 ml/min à 50 °C jusqu'à ce que la précipitation soit complète à pH = 2. On obtient ainsi une poudre d'oxyde d'yttrium de granulométrie comprise entre 40 et 100 nm.
Pendant le processus de préparationoxydes de terres rares ultrafinsLa méthode de précipitation peut entraîner différents degrés d'agglomération. Par conséquent, lors de la préparation, il est nécessaire de contrôler rigoureusement les conditions de synthèse, en ajustant le pH, en utilisant différents précipitants, en ajoutant des dispersants et par d'autres méthodes pour disperser complètement les produits intermédiaires. Ensuite, des méthodes de séchage appropriées sont sélectionnées, et enfin, des poudres ultrafines de composés de terres rares bien dispersées sont obtenues par calcination.
Date de publication : 21 avril 2023