气相法制备无水氯化钇的研究.DOC

1、气相法制备无水氯化钇的研究陈冬英，周洁英（赣州有色冶金研究所，江西 赣州 341000）摘要：在氯化装置中用气相法制备无水氯化钇，研究了氯化氢气体用量、反应温度、反应时间、料层厚度等对无水氯化钇中 RECl3 含量的影响。结果表明，当氯化氢气体用量为理论量 1.6 倍、反应温度 450 、反应时间36 h、料层厚度 10 cm 时，得到的高纯无水氯化钇中 RECl3 平均含量 99.15%，氧化稀土的平均氯化率为 97.89%，稀土平均收率为 99.33%。关健词：气相法；氯化氢气体；氧化钇；无水氯化钇中图分类号：TF845 +.6 文献标志码：A 文章编号：1007-7545（2018）07

2、-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 phase method. Effects of hy

3、drogen 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 chlorination rate of rare e

4、arth 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 method; hydrogen chloride

5、gas; yttrium oxide; anhydrous yttrium chloride稀土己成为当今世界高技术领域不可缺少的材料。钇作为地壳中含量最高的重稀土元素，用途广泛，而氯化钇作为其重要的化合物，在新型功能材料制备领域起到了独特的作用，普遍用于制造三元催化剂、陶瓷材料、钇化合物中间体、化学试剂等。如在氯化钇氯化钾体系中制备钇合金 1、以前驱体的形式作为稳定剂控制氧化锆形态 2-3、参与配合物的合成研究 4-9、协助医学研究对细胞生长的影响 10-11等。目前，无水氯化稀土的生产方法有真空脱水法 12、化学气相法 13和氯化铵直接氯化法 14-16等。由于无水氯化稀土在设备中易发生水

6、解、对设备要求高和难于批量制备等原因，需要不断对技术和设备进行创新。本文采用氯化氢气体为氯化剂 17，氧化钇为原料，在氯化设备中直接氯化制备无水氯化钇，对批量生产无水氯化钇工艺条件做了充分的试验研究，并取得了良好的结果。1 试验部分1.1 试验原料氧化钇（Y 2O3/REO99.99%） ；氯化氢气体（HCl99.00%） 。1.2 试验仪器DZF6050 真空干燥箱；ZSG-7.5-12 真空电阻炉；立式氯化装置（自制、 75 kW） ；酸雾吸收装置（自制、4.0 kW） 。1.3 试验原理氯化氢气体氯化稀土氧化物反应如下：Y2O3+6HCl2YCl 3+3H2O（1）YCl3+H2OYOC

7、l+2HCl（2）在发生反应式（1）生成氯化稀土的同时也发生反应式（2） ，即氯化稀土水解生成氯氧化稀土，氯氧化稀土比较稳定，不溶于水，但是在相对高温下会被氯化氢氯化生成氯化稀土。控制合适的反应温度、反应时间以及氯化氢气体流速，即可制得无水氯化稀土。收稿日期：2018-03-05基金项目：国家科技部科研院所技术开发研究专项资金项目（2012EG115017）作者简介：陈冬英（1967-） ，女，江西玉山人，教授级高级工程师.doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2018 .07.0121.4 试验方法氧化钇称重后按一定厚度平铺装入氯化装置 15托盘中，再将氯化装置升温到指定

8、温度，按设定的反应时间持续通入氯化氢气体，反应结束后，产品在保护气氛下自然冷却至室温，取出称重并取样（氯化炉排出的酸雾经碱吸收后达标排放） ，化验无水氯化钇的 RECl3 含量，并计算氧化钇的氯化率和稀土收率。2 结果与讨论2.1 氯化氢气体用量对无水氯化钇中 RECl3 含量的影响在固定氧化钇 30 kg、反应温度 450 、反应时间 36 h 和料层厚度 10 cm 的条件下，考察氯化氢气体用量对无水氯化钇产品质量、氧化稀土氯化率和稀土收率的影响，试验结果如图 1 所示。图 1 结果显示，无水氯化钇产品中 RECl3 含量和氧化稀土的氯化率随氯化氢气体用量的增加而增加。在氯化氢气体用量为理

9、论量 1.6 倍时，氧化稀土的氯化率为 97.63%，无水氯化钇中 RECl3 含量达 99.16%，稀土收率达 99.07%。1.1.21.31.41.51.61.71.81.9203040506070809010无水氯化钇产品指标/%氯 化 氢 气 体 理 论 用 量 倍 数 /倍 RECl3 氯 化 率 收 率图 1 氯化氢气体用量对产品质量和稀土收率的影响Fig.1 Effect of hydrogen chloride gas consumption on product quality and rare earth yield2.2 反应温度对无水氯化钇中 RECl3 含量的影响在

10、固定氧化钇 30 kg、氯化氢气体用量为理论量 1.6 倍、反应时间 36 h 和料层厚度 10 cm 的条件下，考察反应温度对无水氯化钇产品质量、氧化稀土氯化率和稀土收率的影响，试验结果如图 2 所示。图 2 表明，在300450 的范围内，无水氯化钇产品中 RECl3 含量和氧化稀土的氯化率指标随反应温度的升高呈现先增加后降低的趋势，450 为突变点。在反应温度为 450 时，氧化稀土的氯化率为 97.83%，无水氯化钇中 RECl3 含量达 99.24%，稀土收率为 99.13%。250303504045050506065040506070809010无水氯化钇产品指标/% 反 应 温

11、度 / RECl3 氯 化 率 收 率图 2 反应温度对产品质量和稀土收率的影响Fig.2 Effect of reaction temperature on product quality and rare earth yield2.3 反应时间对无水氯化钇中 RECl3 含量的影响在固定氧化钇 30 kg、氯化氢气体用量为理论量 1.6 倍、反应温度 450 和料层厚度 10 cm 的条件下，反应时间对无水氯化钇产品质量、氧化稀土氯化率和稀土收率的影响如图 3 所示。图 3 显示，当氯化氢气体用量为 46.5 kg 时，在反应时间 2436 h 范围内，无水氯化钇产品中 RECl3 含量和

12、氧化稀土的氯化率随着反应温度的升高而增加，当时间超过 36 h 时，指标会随着反应温度的升高反而减少。在反应时间为 36 h 时，氧化稀土的氯化率为 98.27%，无水氯化钇中 RECl3 含量为 99.32%，稀土收率为 99.43%。21242730336394245483040506070809010无水氯化钇产品指标/%反 应 时 间 /h RECl3 氯 化 率 收 率图 3 反应时间对产品质量和稀土收率的影响Fig.3 Effect of reaction time on product quality and rare earth yield2.4 料层厚度对无水氯化钇中 REC

13、l3 含量的影响在固定氯化氢气体用量为理论量 1.6 倍、反应温度 450 和反应时间 36 h 的条件下，料层厚度对无水氯化钇产品质量、氧化稀土氯化率和稀土收率的影响见图 4。从图 4 可见，当氯化氢气体用量为理论量 1.6 倍时，在料层厚度 510 cm 范围内，氧化稀土的氯化率不小于 97.53%，无水氯化钇中 RECl3 含量不小于 98.91%。在料层厚度为 15 cm 时，氧化稀土的氯化率和无水氯化钇中 RECl3 含量有所下降，产品品质不均匀。这是因为料层厚度过厚时，物料重力影响了氯化氢气体的穿透反应能力，导致产品反应不均匀。369121518848929610无水氯化钇产品指标

14、/% 料 层 厚 度 /cm RECl3 氯 化 率 收 率图 4 料层厚度对产品质量和稀土收率的影响Fig.4 Effect of thickness of feed layer on product quality and rare earth yield2.5 综合试验根据优化的试验条件，在固定氧化钇 30 kg、氯化氢气体用量为理论量 1.6 倍、反应温度 450 、反应时间 36 h 和料层厚度 10 cm 的条件下进行多次重复综合试验，综合试验结果如图 5 所示。图 5 结果显示，采用优化的工艺条件，得到的无水氯化钇中 RECl3 平均含量为 99.15%，氧化稀土的平均氯化率为

15、97.89%，稀土平均收率为 99.33%。1 2 39798910无水氯化钇产品指标/%试 验 编 号RECl3 氯 化 率收 率图 5 综合试验结果Fig.5 Result of comprehensive test3 结论1）以氧化钇为原料，用氯化氢气体为氯化剂直接氯化氧化钇制备了无水氯化钇，有效地抑制氯氧稀土的产生，并能在氯化装置中批量生产无水氯化钇产品。2）当反应条件控制在氯化氢气体用量为理论量 1.6 倍、反应温度 450 、反应时间 36 h 和料层厚度 10 cm 时，得到的高纯无水氯化钇中 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9

16、9.33%。参考文献1 刘冠昆. 熔融氯化钇-氯化钾体系的表面张力和密度 J. 中国稀土学报，1988，6(2)：19-23.2 郭兴忠，宋杰，任静，等. 溶胶凝胶伴随相分离法制备钇稳定氧化锆多孔块体J. 稀有金属材料与工程，2016，45(增刊 1)：560-563.3 牟晓磊，胡丽杰，陈志，等. 氧化钇稳定二氧化锆的制备及表征 J. 山东化工，2011，40(4)：23-26.4 陈永熙，周立娟，李英霞，等. 三氯化钇- 异丙醇加合物合成异丙醇钇的研究J. 硅酸盐通报，2002，21(1)：47-49.5 杜芳艳. 三氯化钇与 L-色氨酸 L-缬氨酸固体配合物研究 J. 榆林学院学报，20

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