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硝酸铈

发布日期:2018/5/11 14:42:39

【背景及概况】[1][2]

稀土化合物的纯度直接决定材料的特殊性能,不同洁净度的稀土材料可以制备出不同性能要求的陶瓷材料、荧光材料、电子材料等。目前,随着稀土提炼技术的发展,洁净稀土化合物呈现出良好的市场前景,高性能稀土材料的制备对洁净稀土化合物提出了更高要求。

铈化合物具有广泛的用途,在大多数的应用中其效果与其纯度、物性和杂质含量等因素有关。在稀土元素的分布上,铈占轻稀土资源的 50% 左右。随着高纯铈应用的日益增长,对铈化合物中非稀土含量指标要求越来越高。硝酸铈英文名称为cerous nitrate,CAS号为10031-51-3,分子式为Ce(NO3)3·6H2O,分子量:434.23;洁净硝酸铈是人工晶体材料、功能板材、电化学防腐保护膜、有机反应催化等材料的基质材料之一,同时也广泛应用于农业种植等领域。目前,采用溶剂萃取、离子交换、沉淀法制备高纯稀土硝酸盐的研究较多。

【特性】[3]

硝酸铈为无色或浅红色三斜系晶体。有毒易潮解。熔点150℃(失去3分子结晶水),相对密度4.37725。极易溶于水,溶于乙醇、酸、丙酮。200℃即分解。可与碱反应,用硫酸干燥可失去结晶水。

【生产工艺】 [1][2]

1. 先将碳酸铈和硝酸反应得到硝酸铈溶液,然后进行浓缩结晶。将此硝酸铈晶体溶解后进行结晶试验,硝酸铈结晶与重结晶的除杂净化方法是通过升温改变液体的溶解度使其饱和,从溶液中析出的性质,使得硝酸铈在晶体中富集,而杂质则在溶液中富集的方法。其制备试验工艺流程图见图:

优化的工艺条件是:用硝酸调节控制硝酸铈溶液的酸度为 pH 为 1,加热浓缩使溶液的温度为115 ℃ ,然后陈化 1 h,在室温下搅拌冷却析晶;析晶完全后,静置、过滤、洗涤,即可得到高纯、洁净的硝酸铈晶体,其杂质 Fe2O3、Al2O3、NiO、ZnO、CuO 和PbO 的含量均小于 0.5 × 10-6。制备方法简单、成本低、收率稳定、产品质量好、无环境污染,应用前景广阔。

2. 对碳酸铈和硝酸反应得到的硝酸铈溶液进行加热浓缩、结晶,硝酸铈在晶体中富集,而非稀土杂质在母液中富集。试验工艺流程如图:

采用结晶-重结晶法可以获得高纯硝酸铈产品,其中非稀土杂质质量分数小于1.5× 10-5;确定了洁净硝酸铈制备工艺条件。热分解机制研究结果表明,硝酸铈的组成为 Ce(NO3)3·6H2O。

【应用】[4][5][6]

硝酸铈是人工晶体材料、功能板材、电化学防腐保护膜、有机反应催化等材料的基质材料之一,同时也广泛应用于农业种植等领域,还可用于分离铈与其他稀土金属,作磷酸 酯水解的催化剂。应用举例如下:

1. 一种具有较高导电性,高耐腐蚀性能的硝酸铈(III/纳米银/聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)掺杂态聚苯胺三元纳米复合材料合得到,其中,苯胺、纳米银和硝酸铈(III)的摩尔比为2.5~3.5:1:0.5~3;所述的聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)乳液中聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)的质量百分比浓度为0.5~30%;所述的纳米银平均粒径为80~120nm。 制备方法是将硝酸银溶液滴加到含次磷酸钠的聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)乳液中,在35~45℃下发生还原反应,制得含纳米银的乳液;向所得含纳米银的乳液中加入苯胺和硝酸铈(III)后,超声分散,再在搅拌条件下滴加浓度为1.5~2.5g/mL的过硫酸铵引发剂,在0~5℃下聚合反应;聚合反应完成后,破乳,洗涤,干燥后,即得;其中,苯胺:硝酸银:硝酸铈(III)的摩尔比为2.5~3.5:1:0.5~3;所述的次磷酸钠与硝酸银的摩尔比为1~1.5:2。 

2. 一种硝酸铈改性海藻酸钠微球除磷剂的制备方法,包括以下步骤:

1)将海藻酸钠溶于聚乙烯醇水溶液中,然后向溶液中加入一定量的硝酸铈,搅拌均匀,再加入一定量的白色蛭石,添加一定量的黏结剂,搅拌均匀后,溶液静置脱泡;蛭石作为一种特殊层状结构硅酸盐矿物,其晶体结构由3个基本结构层组成,上下两层为硅氧四面体,中间为硅氢氧铝镁层,层间具有水分子及可交换性阳离子,利用离子交换原理使长链海藻酸钠进入片层之间,改善层间微环境,经过改性的蛭石对氨氮和COD的去除率有明显的提 高。

2)将步骤1)静置脱泡后的溶液缓慢滴入到2wt%氯化钙饱和硼酸溶液中,慢速搅拌 2~4h,形成硝酸铈改性海藻酸钠微球,过滤,形成的微球用去离子水反复洗涤至洗液成中性为止;

3)将步骤2)所得微球在70-80℃干燥1-2h,得到硝酸铈改性海藻酸钠微球除磷剂。

3. 硝酸铈对 Ni-Co-P 镀层组织结构和性能具有一定影响,采用添加硝酸铈的镀液施镀后,化学镀 Ni-Co-P的镀速随硝酸铈含量的增加而增加,在 0.15 g/L时镀速达到最大,获得的 Ni-Co-P 镀层均匀致密,耐蚀性增加。添加硝酸铈后的镀层 XRD 衍射出现了尖锐状衍射峰,晶化现象更加明显,呈现晶体衍射特征。经过 500 ℃热处理后镀层的硬度有明显提高,最高可达到 1300 HV。

【参考文献】

[1] 杨启山, 赫文秀, 杨卉, 等. 低杂质洁净硝酸铈制备工艺的研究[J]. 稀土, 2013 (5): 35-40.

[2] 乔军, 马莹, 王晶晶, 等. 用结晶-重结晶法制备高纯硝酸铈[J]. 湿法冶金, 2017, 36(1): 54-60.

[3] 申泮文,王积涛 主编.化合物词典.上海:上海辞书出版社.2002.第147页.

[4] 李芝华;李彦博.硝酸铈/银/聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)掺杂态聚苯胺三元复合材料及制备 . CN201410005321.0 ,申请日2014-01-06
[5] 肖艳春;陈彪;黄婧;魏云华;钱庆荣;张燕青;林香信.一种硝酸铈改性海藻酸钠微球除磷剂及其制备和应用 . CN201710499431.0 ,申请日2017-06-27

[6] 孙华, 马洪芳, 郭晓斐, 等. 硝酸铈对 Ni-Co-P 镀层组织结构和性能的影响[J]. 中国稀土学报, 2014, 32(2): 228-233.

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