鎂元素對(duì)鑭鈰氧化物顏色的影響

楊發(fā)軍＊，雷美美，李向東，馬相琴，柴進(jìn)忠

（甘肅稀土新材料股份有限公司，甘肅 白銀 730922）

包頭混合型稀土精礦的主流分解工藝為濃硫酸強(qiáng)化焙燒→水浸→氧化鎂中和→萃取分離→合成工藝。由于氧化鎂的加入，直接影響稀土產(chǎn)品的質(zhì)量，對(duì)鑭鈰氧化物顏色的影響尤為明顯。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)向鑭鈰氯化稀土中添加氯化鎂雜質(zhì)，以添加氯化鎂的氯化鑭鈰稀土為原料，合成生產(chǎn)鑭鈰氧化物，研究了鎂元素對(duì)鑭鈰氧化物顏色的影響[1，2]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料及試劑

鑭鈰氯化稀土由甘肅稀土新材料股份有限公司提供，其配份及化學(xué)成分見(jiàn)表1.，農(nóng)用級(jí)碳酸氫銨中含氮量大于等于17%，純度大于等于98%。其它添加雜質(zhì)均為分析純。

表1 鑭鈰氯化稀土的配份和主要雜質(zhì)含量/（g/L，ppm，%）

1.2 鑭鈰氧化物的制備過(guò)程

在反應(yīng)裝置中加入一定濃度的鑭鈰氯化稀土溶液，在將氯化鎂配制成溶液加入到鑭鈰氯化稀土溶液中，在60℃下合成 ；按照m（鑭鈰氯化稀土）：m（碳酸氫銨）=1：1.5的比例（其中鑭鈰氯化稀土以REO計(jì)），將一定濃度的碳酸氫銨溶液按照設(shè)置好的流速加入到鑭鈰氯化稀土溶液中，淋洗四次過(guò)濾，在不同的溫度下燒成4小時(shí)，即可得到鑭鈰氧化物粉體[3]。

1.3 分析方法

配份和雜質(zhì)元素采用德國(guó)耶拿公司生產(chǎn)的PQ-900型ICP發(fā)射光譜儀測(cè)試；鑭鈰氧化物顏色采用YT-AMC型全自動(dòng)色度儀測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 鑭鈰氧化物在不同燒成溫度下L值和a值的變化

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，將氯化鎂按照?qǐng)D1中所示的比例加入鑭鈰氯化稀土溶液中，合成鑭鈰氧化稀土，根據(jù)氯化鎂添加量逐漸增大之后鑭鈰氧化物的L值對(duì)比表明，未添加氯化鎂的鑭鈰氧化物L(fēng)值普遍較高，顏色較好，但在1000℃下燒成時(shí)，L出現(xiàn)了一些波動(dòng)。當(dāng)氯化鎂添加量0.1%和0.5%時(shí)，隨著燒成溫度的不斷增加，鑭鈰氧化物的L值呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，且添加量越大，這種趨勢(shì)越前置，在氯化鎂添加量較少的時(shí)候，鎂原子進(jìn)入了鑭鈰氧化物的晶格，形成了鎂摻雜的鑭鈰氧化物，導(dǎo)致其L升高。當(dāng)氯化鎂的添加量達(dá)到2%時(shí)，大量的鎂離子存在，在燒成過(guò)程中，其鎂原子的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超過(guò)了摻雜所允許的濃度，形成了氧化鑭鈰與氧化鎂共存的狀態(tài)，導(dǎo)致其L值急劇降低，隨著燒成溫度的持續(xù)升高，達(dá)到1100℃以上時(shí)，氧化鎂與鑭鈰氧化物形成固溶體，使得L升高。

圖1 鑭鈰氧化物在不同燒成溫度下L值，a值的變化

圖1所示，當(dāng)800℃＜T（燒成溫度）＜1000℃，0.0（氯化鎂）＜m%（氯化鎂）＜0.5%（氯化鎂）時(shí)，隨著燒成溫度的逐漸升高，鑭鈰氧化物的a值均呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)，主要是由于鎂原子摻雜進(jìn)入鑭鈰氧化物的晶格，導(dǎo)致晶格畸變，造成其a值的上升 ；當(dāng)1000℃＜T（燒成溫度）＜1200℃，0.0（氯化鎂）＜m%（氯化鎂）＜0.5%（氯化鎂）時(shí)，由于氧化鈰隨著溫度升高，相轉(zhuǎn)變趨于完成，晶粒形成趨于完善，雜質(zhì)原子濃度不足或者過(guò)飽和均導(dǎo)致了a值下降。當(dāng)氧化鎂濃度2%時(shí)，800℃＜T（燒成溫度）＜1100℃，鑭鈰氧化物的a值不斷升高，溫度越高，a值升高越快，鑭鈰氧化物與氧化鎂逐漸形成固溶體，固溶晶格畸變，鎂原子存在于鑭鈰氧化物表面，形成偏析；當(dāng)1100℃＜T（燒成溫度）＜1200℃，固溶體逐漸形成，致使a值降低。

2.2 鑭鈰氧化物在不同燒成溫度下b值和R457值的變化

圖2所示，當(dāng)800℃＜T（燒成溫度）＜1000℃，隨著氯化鎂添加量的逐漸增加，鑭鈰氧化物的b值均呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，主要是由于鎂原子摻雜進(jìn)入鑭鈰氧化物的晶格，導(dǎo)致晶格畸變，造成其b值的下降；當(dāng)1000℃＜T（燒成溫度）＜1200℃，0.0（氯化鎂）＜m%（氯化鎂）＜0.5%（氯化鎂）時(shí)，由于氧化鈰隨著溫度升高，相轉(zhuǎn)變趨于完成，晶粒形成趨于完善，雜質(zhì)原子濃度過(guò)飽和導(dǎo)致了b值的上升。當(dāng)氧化鎂濃度2%時(shí)，1000℃＜T（燒成溫度）＜1100℃，鑭鈰氧化物的b值不斷升高，鑭鈰氧化物與氧化鎂逐漸形成固溶體，固溶晶格畸變，鎂原子存在于鑭鈰氧化物表面，形成偏析；當(dāng)1100℃＜T（燒成溫度）＜1200℃，固溶體逐漸形成，致使b值降低。

圖2 鑭鈰氧化物在不同燒成溫度下b值和R457的變化

在圖2中，隨著氯化鎂添加量的逐漸增大，R457值普遍較低，且添加量越大，波動(dòng)越大；當(dāng)氯化鎂的加入量為0%時(shí)，即采用原始氯化鑭鈰液為原料，隨著溫度的升高，鑭鈰氧化物的R457值不斷升高，但燒成溫度達(dá)到900℃以上時(shí)，鑭鈰氧化物的R457值趨于穩(wěn)定，波動(dòng)極小。當(dāng)800℃＜T（燒成溫度）＜1000℃，0.0（氯化鎂）＜m%（氯化鎂）＜2.0%（氯化鎂）時(shí)，隨著溫度逐漸增加，鑭鈰氧化物的R457值均呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)，主要是由于鎂原子摻雜進(jìn)入鑭鈰氧化物的晶格，導(dǎo)致晶格畸變，造成其R457值的升高；當(dāng)1000℃＜T（燒成溫度）＜1100℃，0.0（氯化鎂）＜m%（氯化鎂）＜0.5%（氯化鎂）時(shí)，由于氧化鈰隨著溫度升高，相轉(zhuǎn)變趨于完成，晶粒形成趨于完善，雜質(zhì)原子濃度過(guò)飽和導(dǎo)致使得b值不斷的降低，從而使得R457值不斷的降低。當(dāng)氧化鎂濃度2%時(shí)，1000℃＜T（燒成溫度）＜1100℃，鑭鈰氧化物的R457值不斷降低，鑭鈰氧化物與氧化鎂逐漸形成固溶體，固溶晶格畸變，鎂原子存在于鑭鈰氧化物表面，形成偏析，使得b值急劇降低，從而導(dǎo)致R457值急劇降低；當(dāng)1100℃＜T（燒成溫度）＜1200℃，固溶體逐漸形成，使得b值升高，導(dǎo)致R457反而升高。

3 結(jié)論

（1）氯化鎂的添加量導(dǎo)致L值均有所降低，且在不同的溫度下L波動(dòng)較大；氯化鎂的添加量導(dǎo)致a值變化波動(dòng)大，但在添加量為0.5%時(shí)，在0值上下波動(dòng)。

（2）氯化鎂的添加量導(dǎo)致b值變化波動(dòng)大，在1000℃下燒成時(shí)，氯化鎂的添加量越少，約接近0值；氯化鎂的添加量導(dǎo)致R457值變化波動(dòng)大，在1000℃下燒成時(shí)，添加量越少，R457月大，即鑭鈰氧化物的顏色越白。