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

超微粒子レアアース化合物は、一般的な粒径のレアアース化合物に比べて用途が広く、現在研究が盛んに行われています。調製方法は物質の凝集状態により固相法、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粉末を調製するために研究室や産業界で広く使用されています。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ますが、工業生産に最も適しているのは沈殿法です。

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、熱分解して粉末製品を得る方法です。直接沈殿法、均一沈殿法、共沈法などがあります。通常の沈殿法では、沈殿物を焼成することにより、粒径3～5μmの揮発性の酸根を含む希土類酸化物や希土類塩が得られます。比表面積は10㎡/g未満であり、特別な物理的および化学的性質を持ちません。現在、炭酸アンモニウム沈殿法とシュウ酸沈殿法は、一般的な酸化物粉末の製造方法として最も一般的に用いられており、沈殿法のプロセス条件を変更すれば、超微粒子希土類酸化物粉末の製造にも使用可能である。

研究によると、重炭酸アンモニウム沈殿法におけるレアアース超微粉末の粒径と形態に影響を与える主な要因には、溶液中のレアアースの濃度、沈殿温度、沈殿剤の濃度などが含まれます。均一に分散した超微粉末を形成するには溶液が鍵となります。例えば、Y2O3を調製するためのY3+沈殿の実験では、希土類の質量濃度が20〜30g/L（Y2O3から計算）の場合、沈殿プロセスはスムーズであり、炭酸塩沈殿から得られる酸化イットリウム超微粉末は、乾燥、焼成が少なく、均一で分散性が良好です。

化学反応においては、温度が決定的な要素となります。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、粒子は緩くて均一で、基本的に球形です。反応温度が 50 ℃ 未満の場合、沈殿の形成が速くなり、粒子が多くなり、粒子サイズが小さくなります。反応中、オーバーフローするCO2とNH3の量は少なく、沈殿は粘着性の形状であるため、濾過や洗浄には適していません。酸化イットリウムに焼成された後も、著しく凝集し、より大きな粒径を有するブロック状の物質が依然として存在する。重炭酸アンモニウムの濃度も酸化イットリウムの粒径に影響します。重炭酸アンモニウムの濃度が1mol/L未満の場合、得られる酸化イットリウムの粒子サイズは小さく均一である。重炭酸アンモニウムの濃度が 1mol/L を超えると、局所的な沈殿が発生し、凝集して粒子が大きくなります。適切な条件下では、粒径0.01～0.5μMの超微細酸化イットリウム粉末を得ることができる。

シュウ酸塩沈殿法では、反応プロセス中に一定の pH 値を確保するためにアンモニアを添加しながらシュウ酸溶液を滴下し、その結果、酸化イットリウム粉末の粒径は 1 μ M 未満になります。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取得し、それをシュウ酸溶液で変換して粒径1μ未満のmのY2O3粉末を得る。Y3+硝酸イットリウム溶液に0.25～0.5mol/Lの濃度でEDTAを加え、アンモニア水でpH9に調整し、シュウ酸アンモニウムを加え、3mol/LのHNO3溶液を1～8mL/Lの割合で滴下します。 pH=2で沈殿が完了するまで50℃で3分間放置します。粒径40～100nmの酸化イットリウム粉末が得られます。

準備の過程で超微粒子希土類酸化物沈殿法では、さまざまな程度の凝集が発生する傾向があります。したがって、製造プロセスでは、中間生成物を十分に分散させるために、pH値の調整、異なる沈殿剤の使用、分散剤の添加などの合成条件を厳密に制御する必要があります。その後、適切な乾燥方法を選択し、最終的に焼成することにより、分散の良い希土類化合物超微粉末が得られます。