[发明专利]一种制备大颗粒、大比表面积氟化铈的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备大颗粒、大比表面积氟化铈的方法，属于一种材料制备工艺。

背景技术

氟化铈(CeF₃)具有很高的离子导电率和独特的光学特性，具有较高的光输出和很快的发光衰减时间，它是一种综合性能兼优的闪烁性能的晶体材料，掺杂的氟化铈晶体还可作为激光晶体，可用于制作化学传感器和光学元器件，同时也表现出较好的抗辐照性能，它还是良好的高温固体润滑剂，广泛应用于高能物理实验和核医学等领域，目前用于强子对撞机等工程的综合性能最佳的电磁量能材料。目前，在新材料领域对大颗粒、大比表面积氟化铈需求明显增加。

氟化铈制备方法主要有干法和湿法两种，湿法工艺为在稀土溶液或稀土盐中加氢氟酸、氟化铵或氟化氢铵制备氟化稀土；干法工艺一是将稀土氧化物与氟氢化铵混合置于氟化炉内，加热反应得到氟化稀土，二是将稀土氧化物置于氟化炉内，在高温下通入氟化氢气体，得到氟化稀土，在以氧化铈为原料干法制备氟化铈生产过程中，存在Ce⁴⁺转化为Ce³⁺的变价过程，气体对氟化炉腐蚀严重，工业规模生产氟化铈仍主要采用湿法工艺。目前工业生产是将碳酸铈用氢氟酸氟化制备氟化铈工艺，该工艺氟化铈易沉降、反应后母液的酸度低，该制备工艺可以制备中心粒径＜10μm氟化铈。

发明内容

本发明的目的提供一种分散性好，中心粒径D₅₀为25～41μm，比表面积为60～72M²/g的制备大颗粒、大比表面积氟化铈的方法。

技术解决方案：本发明在反应器中加入浓度为0.20～1mol/L的氯化铈或硝酸铈溶液，将氯化铈或硝酸铈溶液加热至85～95℃，加入浓度为1.2～3mol/L碳酸氢铵溶液沉淀，氯化铈或硝酸铈与碳酸氢铵摩尔比为1∶3.2，保温陈化1～4小时，洗涤、过滤，得到碳酸氧铈沉淀；在氟化转型罐中将碳酸氧铈用水调制成浆料，碳酸氧铈与水的重量比为1∶2，在搅拌状态下向桨料中加入重量比为40％的氢氟酸氟化，氯化铈或硝酸铈与氢氟酸摩尔比为1∶3.4，氟化温度在20～60℃范围内，控制终点酸度pH值为1.5～2.0，再继续搅拌1～4小时，将氟化铈沉淀洗涤、过滤、离心甩干、烘干，得到中心粒径为25～41μm，比表面积为60～72M²/g的氟化铈产品。

发明效果

本发明中碳酸氧铈的沉淀温度、浓度是关键，沉淀温度低于85℃得到碳酸铈而不是碳酸氧铈；碳酸氧铈氟化温度高于60℃时，氢氟酸挥发较严重，对环境造成污染；且制备工艺容易控制，利用工厂传统碳酸铈沉淀和氟化工序，生产出中心粒径为25～41μm，比表面积为60～72M²/g大颗粒、大比表面积的氟化铈产品，且颗粒分布均匀，分散性好，形貌为球形，呈六方结构。

附图说明

图1为本发明的大颗粒、大比表面积氟化铈的粒度分布图；

图2为本发明的大颗粒、大比表面积氟化铈的XRD图谱；

图3为本发明的大颗粒、大比表面积氟化铈的SEM扫描电镜图。

具体实施方式

实施例1

在FK3000搪瓷反应罐内加入1000L浓度为0.23mol/L的氯化铈溶液，氯化铈溶液加热到93℃，加入浓度为2.5mol/L碳酸氢铵溶液300L，沉淀反应3小时完成，保温陈化1小时，洗涤、过滤，得到碳酸氧铈沉淀；在1000L氟化转型罐中加入130L水，将碳酸氧铈沉淀调制成浆料，在搅拌状态下向桨料中加入重量比为40％的氢氟酸40kg氟化，氟化温度在20℃，控制终点酸度pH值为1.5～2.0，再继续搅拌1小时，将氟化铈沉淀洗涤、过滤、离心甩干，在烘干窑中200℃下烘干12小时，得到氟化铈产品中心粒径为25.62μm，比表面积为72.04M²/g。

实施例2

在FK3000搪瓷反应罐内加入1000L浓度为0.35mol/L的氯化铈溶液，氯化铈溶液加热到93℃，加入浓度为2.5mol/L碳酸氢铵溶液450L，沉淀反应3小时完成，保温陈化1小时，洗涤、过滤，得到碳酸氧铈沉淀；在1000L氟化转型罐中加入200L水，将碳酸氧铈沉淀调制成浆料，在搅拌状态下向浆料中加入重量比为40％的氢氟酸60kg氟化，氟化温度在50℃，控制终点酸度pH值为1.5～2.0，再继续搅拌1小时，将氟化铈沉淀洗涤、过滤、离心甩干，在烘干窑中200℃下烘干12小时，得到氟化铈产品中心粒径为41μm，比表面积为64.38M²/g。

实施例3

在FK3000搪瓷反应罐内加入1000L浓度为0.23mol/L的硝酸铈溶液，硝酸铈溶液加热到93℃，加入浓度为2.5mol/L碳酸氢铵溶液300L，沉淀反应3小时完成，保温陈化1小时，洗涤、过滤，得到碳酸氧铈沉淀；在1000L氟化转型罐中加入130L水，将碳酸氧铈沉淀调制成浆料，在搅拌状态下向浆料中加入重量比为40％的氢氟酸40kg氟化，氟化温度在60℃，控制终点酸度pH值为1.5～2.0，再继续搅拌1小时，将氟化铈沉淀洗涤、过滤、离心甩干，在烘干窑中200℃下烘干12小时，得到氟化铈产品中心粒径为40.89μm，比表面积为63.02M²/g。