超微粒子希土類酸化物の調製

の準備超微粒子希土類酸化物

超微粒子希土類化合物は、一般的な粒子サイズの希土類化合物に比べて用途が広く、現在も研究が進められています。その製造方法は、物質の凝集状態に応じて、固相法、液相法、気相法に分けられます。現在、液相法は、希土類化合物の超微粒子を製造するために、実験室や産業界で広く利用されています。主に、沈殿法、ゾルゲル法、水熱法、テンプレート法、マイクロエマルジョン法、アルキド加水分解法などがあり、その中で沈殿法は工業生産に最も適しています。

沈殿法は、金属塩溶液に沈殿剤を加えて沈殿させ、濾過、洗浄、乾燥、加熱分解して粉末製品を得る方法で、直接沈殿法、均一沈殿法、共沈法などがある。通常の沈殿法では、沈殿物を焼成することで、粒径が3～5μmの希土類酸化物および揮発性酸基を含む希土類塩が得られる。比表面積は10㎡/g未満で、特別な物理的化学的性質を持たない。炭酸アンモニウム沈殿法とシュウ酸沈殿法は現在、通常の酸化物粉末を製造する最も一般的な方法であり、沈殿法のプロセス条件を変更すれば、超微細希土類酸化物粉末を製造するために使用することができる。

研究によると、重炭酸アンモニウム沈殿法における希土類元素超微粉末の粒径と形態に影響を与える主な要因には、溶液中の希土類元素濃度、沈殿温度、沈殿剤濃度などが含まれます。溶液中の希土類元素濃度は、均一に分散した超微粉末を形成する鍵となります。例えば、Y3+沈殿法でY2O3を調製する実験では、希土類元素の質量濃度が20～30g/L（Y2O3換算）の場合、沈殿プロセスはスムーズで、乾燥・焼成による炭酸塩沈殿から得られるイットリウム酸化物超微粉末は、粒子が小さく、均一で、分散性が良好です。

化学反応において、温度は決定的な要因です。上記の実験では、温度が60〜70℃の場合、沈殿は遅く、濾過は速く、粒子は緩く均一で、基本的に球形です。反応温度が50℃未満の場合は、沈殿がより速く形成され、粒子が多く、粒子サイズが小さくなります。反応中、CO2とNH3のオーバーフロー量が少なく、沈殿は粘着性があり、濾過や洗浄に適していません。イットリウム酸化物に燃焼した後、まだ塊状の物質が残っており、それらはひどく凝集し、粒子サイズが大きくなっています。重炭酸アンモニウムの濃度もイットリウム酸化物の粒子サイズに影響を与えます。重炭酸アンモニウムの濃度が1mol / L未満の場合は、得られたイットリウム酸化物の粒子サイズは小さく均一です。重炭酸アンモニウムの濃度が1mol/Lを超えると、局所的な沈殿が生じ、凝集して粒子が大きくなります。適切な条件下では、粒子径0.01～0.5μMの超微細酸化イットリウム粉末が得られます。

シュウ酸塩沈殿法では、シュウ酸溶液を滴下しながらアンモニアを添加して反応過程の pH 値を一定に保ち、粒径が 1 μM 未満の酸化イットリウム粉末が得られる。まず、硝酸イットリウム溶液をアンモニア水で沈殿させて水酸化イットリウムコロイドを得、次にシュウ酸溶液で転化させて粒径が 1 μM 未満の Y2O3 粉末を得る。0.25-0.5mol/L の硝酸イットリウム Y3+ 溶液に EDTA を加え、アンモニア水で pH を 9 に調整し、シュウ酸アンモニウムを加え、50 ℃ で 3 mol/L HNO3 溶液を 1-8mL/分の速度で滴下し、pH = 2 で沈殿が完了するまで滴下する。粒径が 40-100nm の酸化イットリウム粉末が得られる。

準備の過程で超微粒子希土類酸化物沈殿法によって、凝集度合いが異なりやすいため、調製工程では、pH値の調整、様々な沈殿剤の使用、分散剤の添加など、合成条件を厳密に制御し、中間生成物を完全に分散させる必要があります。その後、適切な乾燥方法を選択し、最終的に焼成することで、分散性に優れた希土類化合物超微粉末が得られます。