CN117023621A - 一种球形氧化钇及其制备方法和应用 - Google Patents

一种球形氧化钇及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种球形氧化钇及其制备方法和应用，涉及稀土化合物技术领域。本发明采用液相沉淀法制备球形氧化钇，辅以晶种，并严格控制碳酸盐水溶液和酸性氯化钇料液的浓度，以及晶种的加入量，搅拌速度和滴加终点，实现了以液相沉淀法制备得到高松装密度的球形氧化钇，球形氧化钇的松装密度达到0.70～1.0g/cm3。此外，本发明制备得到的球形氧化钇颗粒分布均匀(中值粒径为30～50μm，分散度为0.7～1.1)，且分散性、流动性好，非稀土杂质含量低，可制备4N以上高纯氧化物。并且，本发明提供的制备方法操作简单易控，有利于实现球形氧化钇的规模化生产。

Description

一种球形氧化钇及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及稀土化合物技术领域，尤其涉及一种球形氧化钇及其制备方法和应用。
背景技术
稀土有“工业维生素”的美称，特别是氧化钇在航空、航天、原子能、高技术陶瓷领域的应用显示出其优越的性能。氧化钇主要用于制造微波用磁性材料和军工用重要材料，也可用作玻璃着色剂、磁合金材料、激光技术材料、发光材料、永磁材料及超导材料，还可用于制造高温强耐热合金、飞机喷嘴等。近年来，氧化钇作为电解金属钇的原料,也使氧化钇得到了更广泛的应用。而用于电解金属钇的氧化钇通常要求其松装密度要高一些，防止氧化钇漂浮在熔盐表面不利于金属的电解。
目前，制备氧化钇的方法主要有液相沉淀法和喷雾造粒法，其中喷雾造粒法可以获得高松装密度的球形氧化钇，但是该方法成本费用较高，经济效益不佳；与之相比，液相沉淀法是采用的更为普遍的制备方法，但是液相沉淀法难以获得高松装密度的球形氧化钇，其松装密度往往在0.5g/cm3以下。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种球形氧化钇及其制备方法和应用。本发明以液相沉淀法制备得到了高松装密度的球形氧化钇，其松装密度为0.70～1.0g/cm3。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种球形氧化钇的制备方法，包括以下步骤：
(1)将碳酸铵、碳酸氢铵和水混合，得到碳酸盐水溶液；所述碳酸铵和碳酸氢铵的质量比为1:1～1:5，所述碳酸盐水溶液中碳酸铵和碳酸氢铵的总浓度为80～260g/L；
将氯化钇料液与盐酸混合，得到酸性氯化钇料液；所述酸性氯化钇料液中氯化钇的浓度为0.7～1.35mol/L、H+离子浓度为0.2～0.6mol/L；
(2)将碳酸钇晶种加入水中，在加热和搅拌的条件下，向所得晶种液中并流滴加所述碳酸盐水溶液和酸性氯化钇料液进行沉淀反应，得到水合碳酸钇产物；所述碳酸钇晶种中钇元素的摩尔量为所述沉淀反应所滴加的酸性氯化钇料液中钇元素摩尔量的20～30％；所述搅拌的速率为100～150r/min；所述碳酸盐水溶液的滴加以碳酸盐的用量达到理论用量的85～98％为止；
(3)将所述水合碳酸钇产物进行焙烧，得到球形氧化钇。
优选地，所述步骤(2)中碳酸钇晶种的制备方法包括以下步骤：
将碳酸盐水溶液加入到酸性氯化钇料液中，至所得浆液的pH值为6.0时，停止加入碳酸盐水溶液，得到沉淀物；将所述沉淀物进行陈化，得到碳酸钇晶种；
所述碳酸盐水溶液为碳酸铵和碳酸氢铵的混合水溶液，所述碳酸盐水溶液中碳酸铵和碳酸氢铵的质量比为1:1～1:5，所述碳酸盐水溶液中碳酸铵和碳酸氢铵的总浓度为80～260g/L；所述酸性氯化钇料液中氯化钇的浓度为0.7～1.35mol/L、H+离子浓度为0.2～0.6mol/L。
优选地，所述碳酸盐水溶液加入的流速为3～10mL/min；所述加入在搅拌的条件下进行，所述搅拌的速率为100～180r/min。
优选地，所述陈化的温度为30～60℃，时间为6～8h。
优选地，所述步骤(2)中加热的温度为40～50℃。
优选地，所述步骤(2)中酸性氯化钇料液的流速为0.65～2.5mL/min，碳酸盐水溶液的流速为0.5～4.5mL/min。
优选地，所述步骤(2)中沉淀反应的时间为180～360min。
优选地，所述沉淀反应后，还包括将所得沉淀物物依次进行过滤和水洗，得到水合碳酸钇产物；所述洗涤用洗涤水的温度为40～60℃。
优选地，所述步骤(3)中焙烧的温度为900～950℃，时间为3～6h。
本发明提供了以上技术方案所述制备方法制备得到的球形氧化钇，所述球形氧化钇的松装密度为0.70～1.0g/cm3，中值粒径为30～50μm，分散度为0.7～1.1。
本发明提供了一种球形氧化钇的制备方法，本发明采用碳酸铵和碳酸氢铵的混合液作为沉淀剂，氯化钇作为料液，将碳酸钇晶种和水作为底液进行沉淀反应，得到碳酸钇晶体，再经焙烧获得球形氧化钇。本发明采用液相沉淀法制备球形氧化钇，辅以晶种，并严格控制碳酸盐水溶液和酸性氯化钇料液的浓度，以及晶种的加入量、搅拌速度和滴加终点，实现了以液相沉淀法制备得到高松装密度的球形氧化钇，球形氧化钇的松装密度为0.70～1.0g/cm3。此外，本发明制备得到的球形氧化钇颗粒分布均匀(中值粒径为30～50μm，分散度为0.7～1.1)，且分散性、流动性好，非稀土杂质含量低，为4N以上高纯氧化钇。并且，本发明提供的制备方法操作简单易控，有利于实现球形氧化钇的规模化生产。
附图说明
图1实施例1中制备的碳酸钇晶体的XRD图；
图2为实施例1中制备的球形氧化钇的XRD图；
图3为实施例1制备得到的氧化钇的电镜扫描图；
图4为实施例2制备得到的氧化钇的电镜扫描图；
图5为实施例4制备得到的氧化钇的电镜扫描图；
图6为对比例1制备得到的氧化钇的电镜扫描图；
图7为对比例4制备得到的氧化钇的电镜扫描图；
图8为对比例5制备得到的氧化钇的电镜扫描图；
图9为对比例6制备得到的氧化钇的电镜扫描图；
图10为对比例7制备得到的氧化钇的电镜扫描图；
图11为实施例1制备得到的氧化钇的的粒度分布图；
图12为实施例2制备得到的氧化钇的的粒度分布图；
图13为实施例3制备得到的氧化钇的的粒度分布图；
图14为实施例4制备得到的氧化钇的的粒度分布图；
图15为实施例5制备得到的氧化钇的的粒度分布图；
图16为对比例1制备得到的氧化钇的的粒度分布图；
图17为对比例2制备得到的氧化钇的的粒度分布图；
图18为对比例3制备得到的氧化钇的的粒度分布图；
图19为对比例4制备得到的氧化钇的的粒度分布图；
图20为对比例5制备得到的氧化钇的的粒度分布图；
图21为对比例6制备得到的氧化钇的的粒度分布图；
图22为对比例7制备得到的氧化钇的的粒度分布图。
具体实施方式
本发明提供了一种球形氧化钇的制备方法，包括以下步骤：
(1)将碳酸铵、碳酸氢铵和水混合，得到碳酸盐水溶液；所述碳酸铵和碳酸氢铵的质量比为1:1～1:5，所述碳酸盐水溶液中碳酸铵和碳酸氢铵的总浓度为80～260g/L；
将氯化钇料液与盐酸混合，得到酸性氯化钇料液；所述酸性氯化钇料液中氯化钇的浓度为0.7～1.35mol/L、H+离子浓度为0.2～0.6mol/L；
(2)将碳酸钇晶种加入水中，在加热和搅拌的条件下，向所得晶种液中并流滴加所述碳酸盐水溶液和酸性氯化钇料液进行沉淀反应，得到水合碳酸钇产物；所述碳酸钇晶种中钇元素的摩尔量为所述沉淀反应所滴加的酸性氯化钇料液中钇元素摩尔量的20～30％；所述搅拌的速率为100～150r/min；所述碳酸盐水溶液的滴加以碳酸盐的用量达到理论用量的85～98％为止；
(3)将所述水合碳酸钇产物进行焙烧，得到球形氧化钇。
本发明将碳酸铵、碳酸氢铵和水混合，得到碳酸盐水溶液。在本发明中，所述碳酸铵和碳酸氢铵的质量比为1:1～1:5，优选为1:2～1:3；所述水优选为纯水；所述碳酸盐水溶液中碳酸铵和碳酸氢铵的总浓度为80～260g/L，优选为100～250g/L，更优选为200～220g/L。本发明控制碳酸铵和碳酸氢铵的质量比以及碳酸盐水溶液的浓度，使得生成氧化物的致密性好，提高氧化物的松装密度。
在本发明中，所述碳酸铵、碳酸氢铵和水混合的方法优选为：将所述碳酸铵和碳酸氢铵先混合，将所得混合物加入到水中，然后进行搅拌和加热；所述加热的温度为30～35℃；本发明对所述搅拌的速率没有特别的要求，使碳酸铵和碳酸氢铵在所述温度下完全溶解即可。
本发明将氯化钇料液与盐酸混合，得到酸性氯化钇料液。本发明优选将AR级盐酸加入氯化钇料液中。在本发明中，所述氯化钇料液优选为氯化钇与水混合形成的料液；所述酸性氯化钇料液中氯化钇的浓度为0.7～1.35mol/L，优选为0.8～1.20mol/L，进一步优选为0.9～1.1mol/L，所述酸性氯化钇料液中H+离子浓度为0.2～0.6mol/L，更优选为0.3～0.5mol/L。本发明在氯化钇料液中加入适量的盐酸，因而能够使所述沉淀反应的环境偏酸性，保证生成碳酸钇正盐，晶体形貌是球形的，并且保证氧化钇具有良好的致密性，而偏碱性会导致生成的氧化钇松装密度降低(0.3～0.5g/cm3)；同时，本发明控制酸性氯化钇料液的浓度也保证生成物的致密性。
得到碳酸盐水溶液和酸性氯化钇料液后，本发明将碳酸钇晶种加入水中，在加热和搅拌的条件下，向其中并流滴加所述碳酸盐水溶液和酸性氯化钇料液进行沉淀反应，得到水合碳酸钇产物。
在本发明中，所述碳酸钇晶种的制备方法包括以下步骤：
将碳酸盐水溶液加入到酸性氯化钇料液中，至所得浆液的pH值为6.0时，停止加入碳酸盐水溶液，得到沉淀物；将所述沉淀物进行陈化，得到碳酸钇晶种。
在本发明中，所述碳酸盐水溶液为碳酸铵和碳酸氢铵的混合水溶液，所述碳酸盐水溶液中碳酸铵和碳酸氢铵的质量比优选为1:1～1:5，更优选为1:1～1.3；所述碳酸盐水溶液中碳酸铵和碳酸氢铵的总浓度优选为80～260g/L，更优选为80～120g/L，进一步优选为85～100g/L。在本发明中，所述酸性氯化钇料液中氯化钇的浓度优选为0.7～1.35mol/L，更优选为0.8～1.2mol/L，所述酸性氯化钇料液中H+离子浓度优选为0.2～0.6mol/L，更优选为0.3～0.5mol/L；所述酸性料液优选为氯化钇料液与盐酸混合形成的料液。在本发明中，所述碳酸盐水溶液加入的流速优选为3～10mL/min，更优选为5～8mL/min，进一步优选为6～7mL/min，所述加入优选在搅拌的条件下进行，所述搅拌的速率优选为100～180r/min，更优选为120～150r/min，进一步优选为130～140r/min。在所述碳酸盐水溶液加入的过程中，碳酸盐与氯化钇反应生成非晶型的碳酸钇沉淀物。在本发明中，所述陈化的温度优选为30～60℃，更优选为50～55℃，时间优选为6～8h，更优选为7～7.5h，所述陈化的温度优选通过恒温水浴实现。经过所述陈化，非晶型的碳酸钇沉淀物结晶生成晶型碳酸钇，即所述碳酸钇晶种。
本发明将所述碳酸钇晶种加入水中，本发明对所述水的加量没有特别的要求，在本发明实施例中，所述水的加量以浸没过搅拌桨为宜。在本发明中，所述加热的温度优选为40～50℃，更优选为40～45℃；所述搅拌的速率为100～150r/min，优选为100～130r/min。本发明优选在反应容器中加入水，然后进行加热，当温度达到40～50℃时，开启搅拌，将所述碳酸钇晶种加入水中，然后向所得晶种液中并流滴加所述碳酸盐水溶液和酸性氯化钇料液。在本发明中，所述碳酸钇晶种中钇元素的摩尔量为所述沉淀反应所滴加的酸性氯化钇料液中钇元素摩尔量的20～30％，更优选为24～30％；所述酸性氯化钇料液的流速优选为0.65～2.5mL/min，更优选为0.69～2.1mL/min，进一步优选为1～1.7mL/min，所述碳酸盐水溶液的流速优选为0.5～4.5mL/min，更优选为0.55～3mL/min，进一步优选为0.7～1.5mL/min。在本发明中，所述碳酸盐水溶液的滴加以碳酸盐的用量达到理论用量的85～98％为止，优选为理论用量的89～97％，进一步优选为93～95％。在本发明中，所述沉淀反应的时间优选为180～360min。所述沉淀反应后，本发明优选将所得沉淀物物依次进行过滤和水洗，得到水合碳酸钇产物(碳酸钇晶体)；所述洗涤用洗涤水的温度优选为40～60℃。在本发明中，所述沉淀反应得到的水合碳酸钇产物的分散性和过滤性能好，易于洗涤，不易夹带杂质；所述水合碳酸钇产物还可作为下次反应的晶种，循环利用。
在本发明中，所述碳酸盐的理论用量按照反应式式A计算，碳酸铵以碳酸根计算，碳酸氢铵以碳酸氢根计算，式A中RE代表钇：
3NH4HCO3+RECl3→RE(HCO3)3+3NH4Cl
3(NH4)2CO3+2RECl3→RE2(CO3)3+6NH4Cl
式A。
以实施例1为例，所述碳酸盐的理论用量的计算如下：
酸性氯化钇料液中：氯化钇的量：0.90mol/L*0.3L＝0.27mol，折算为一价态离子：0.27mol*3＝0.81mol；H+的量：0.2mol/L*0.3L＝0.06mol；酸性氯化钇料液中一价态阳离子的总量：0.81mol+0.06mol＝0.87mol。计算碳酸盐的理论加量，碳酸铵和碳酸氢铵的质量比为1：1，设定碳酸铵和碳酸氢铵的的质量分别为m，则碳酸铵和碳酸氢铵折算为一价态阴离子的总量为：m/96*2+m/79。根据m/96*2+m/79＝0.87mol，计算得到m＝25.98g，则碳酸铵和碳酸氢铵的总量，即碳酸盐的理论加量为25.98g*2＝51.96g。而实际碳酸盐的加量为0.188L*260g/L＝48.88g，因此碳酸盐的用量为理论用量的94％。
本发明控制碳酸钇晶种的加入量，使碳酸钇晶种中钇元素的摩尔量为所述沉淀反应所滴加的酸性氯化钇料液中钇元素摩尔量的20～30％，而当碳酸钇晶种的加量小于20％时，会使氧化钇的松装密度明显降低。本发明控制搅拌的速率为100～150r/min，搅拌速率过大，会导致生成的晶粒被打散，晶粒的致密减小性，搅拌速率过小会导致成核速度快，无法生成晶体，生成的是不定型物，氧化钇的松装密度在0.2～0.3g/cm3。
得到水合碳酸钇产物后，本发明将所述水合碳酸钇产物进行焙烧，得到球形氧化钇。在本发明中，所述焙烧的温度优选为900～950℃，更优选为900～920℃，时间优选为3～6h，更优选为3～5h。通过所述焙烧，将碳酸钇转化为氧化钇。
本发明提供了以上技术方案所述制备方法制备得到的球形氧化钇，所述球形氧化钇的松装密度为0.70～1.0g/cm3，优选为0.85～1.0g/cm3，中值粒径为30～50μm，分散度(Span)为0.7～1.1。本发明提供的球形氧化钇的松装密度较高，且球形氧化钇颗粒分布均匀。
为了进一步说明本发明，下面结合实例对本发明提供的球形氧化钇及其制备方法和应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
碳酸铵和碳酸氢铵质量比1：1的混合水溶液，浓度为100g/L，以6mL/min的流速加入到C(氯化钇)：0.90mol/L，C(H+)：0.2mol/L，体积为75mL的氯化钇料液中(氯化钇料液与盐酸混合得到)，搅拌转速150r/min进行反应，上清液达到pH＝6.0时反应结束，把反应量杯放入55℃水浴锅内进行保温，陈化6h得到碳酸钇晶体沉淀物，过滤洗涤抽滤得到碳酸钇晶体；
把装有纯水的塑料量杯放入恒温水浴锅内进行加热，并且纯水要浸没过搅拌桨，塑料量杯内的水温达到45℃时，开启搅拌桨的同时把前面得到的碳酸钇晶体加入其中，采用蠕动泵并流加入C(氯化钇)：0.90mol/L，C(H+)：0.2mol/L的氯化钇料液(氯化钇料液与盐酸混合得到)以及碳酸铵和碳酸氢铵混合水溶液(碳酸铵和碳酸氢铵混合水溶液中碳酸铵和碳酸氢铵质量比1：1、浓度为260g/L)进行沉淀反应，氯化钇料液的流速为1.67mL/min，碳酸铵和碳酸氢铵混合水溶液的流速为1.04mL/min，反应时间为180min，搅拌转速150r/min，碳酸盐(碳酸铵和碳酸氢铵)的用量是理论用量的94％，氯化钇料液加入量为300mL时碳酸铵和碳酸氢铵混合水溶液的加入量为188mL，过滤得到固体产物后，纯水水洗碳酸钇晶体滤饼，洗水质量是投入氯化钇质量的70倍，洗水温度为40℃，获得水合碳酸钇晶体；将水合碳酸晶体置于950℃焙烧5h，最终获得松装密度为0.86g/cm3，D50为33.84μm，分散度Span为0.75的氧化钇(粒度分布图如图11所示)。
表1为实施例1制备得到的球形氧化钇的成分检测结果，由表1可以看出，制备得到的球形氧化钇纯度高。
表1球形氧化钇的成分检测结果
项目 结果 项目 结果
REO 99.42％ 烧失量(L.O.I) 0.19％
Fe2O3 0.00042％ SiO2 0.00053％
Al2O3 0.0003％ CaO 0.0009％
Cl ＜0.01％ 氨氮 0.0021％
实施例2
碳酸铵和碳酸氢铵质量比1：3的混合水溶液，浓度为80g/L，以8mL/min的流速加入到C(氯化钇)：1.00mol/L，C(H+)：0.35mol/L，体积为90mL的氯化钇料液中(氯化钇料液与盐酸混合得到)，搅拌转速130r/min进行反应，上清液达到pH＝6.0时反应结束，把反应量杯放入50℃水浴锅内进行保温，陈化7h得到碳酸钇晶体沉淀物，过滤洗涤抽滤得到碳酸钇晶体；
把装有纯水的塑料量杯放入恒温水浴锅内进行加热，并且纯水要浸没过搅拌桨，塑料量杯内的水温达到40℃时，开启搅拌桨的同时把前面得到的碳酸钇晶体加入其中，采用蠕动泵并流加入C(氯化钇)：1.00mol/L，C(H+)：0.35mol/L的氯化钇料液(氯化钇料液与盐酸混合得到)以及碳酸铵和碳酸氢铵混合水溶液(碳酸铵和碳酸氢铵混合水溶液中碳酸铵和碳酸氢铵质量比1：3、浓度260g/L)进行沉淀反应，氯化钇料液的流速为1.04mL/min，碳酸铵和碳酸氢铵混合水溶液的流速为0.89mL/min，反应时间为360min，搅拌转速130r/min，碳酸盐(碳酸铵和碳酸氢铵)的用量是理论用量的97％，氯化钇料液加入量为375mL时碳酸铵和碳酸氢铵混合水溶液的加入量为320mL，过滤得到固体产物后，纯水水洗碳酸钇晶体滤饼，洗水质量是投入氯化钇质量的70倍，洗水温度为40℃，获得水合碳酸钇晶体，将水合碳酸晶体置于950℃焙烧5h，最终获得松装密度为0.96g/cm3，D50为43.57μm，分散度Span为0.96的氧化钇(粒度分布图如图12所示)。
实施例3
碳酸铵和碳酸氢铵质量比1：1的混合水溶液，浓度为90g/L，以6mL/min的流速加入到C(氯化钇)：1.10mol/L，C(H+)：0.2mol/L，体积为90mL的氯化钇料液中(氯化钇料液与盐酸混合得到)，搅拌转速140r/min进行反应，上清液达到pH＝6.0时反应结束，把反应量杯放入60℃水浴锅内进行保温，陈化6h得到碳酸钇晶体沉淀物，过滤洗涤抽滤得到碳酸钇晶体；
把装有纯水的塑料量杯放入恒温水浴锅内进行加热，并且纯水要浸没过搅拌桨，塑料量杯内的水温达到45℃时，开启搅拌桨的同时把前面得到的碳酸钇晶体加入其中，采用蠕动泵并流加入C(氯化钇)：1.10mol/L，C(H+)：0.2mol/L的氯化钇料液(氯化钇料液与盐酸混合得到)以及碳酸铵和碳酸氢铵混合水溶液(碳酸铵和碳酸氢铵混合水溶液中碳酸铵和碳酸氢铵质量比1：1、浓度为250g/L)进行沉淀反应，氯化钇料液的流速为2.08mL/min，碳酸铵和碳酸氢铵混合溶液的流速为1.61mL/min，反应时间为180min，搅拌转速100r/min，碳酸盐(碳酸铵和碳酸氢铵)的用量是理论用量的93％，氯化钇料液加入量为375mL时碳酸铵和碳酸氢铵混合水溶液的加入量为290mL，过滤得到固体产物后，纯水水洗碳酸钇晶体滤饼，洗水质量是投入氯化钇质量的70倍，温度为40℃，获得水合碳酸钇晶体，将水合碳酸晶体置于950℃焙烧5h，最终获得松装密度为0.89g/cm3，D50为48.87μm，分散度Span为1.00的氧化钇(粒度分布图如图13所示)。
实施例4
碳酸铵和碳酸氢铵质量比1：2的混合水溶液，浓度为85g/L，以7mL/min的流速加入到C(氯化钇)：0.80mol/L，C(H+)：0.5mol/L，体积为63mL的氯化钇料液中(氯化钇料液与盐酸混合得到)，搅拌转速120r/min进行反应，上清液达到pH＝6.0时反应结束，把反应量杯放入50℃水浴锅内进行保温，陈化8h得到碳酸钇晶体沉淀物，过滤洗涤抽滤得到碳酸钇晶体；
把装有纯水的塑料量杯放入恒温水浴锅内进行加热，并且纯水要浸没过搅拌桨，塑料量杯内的水温达到50℃时，开启搅拌桨的同时把前面得到的碳酸钇晶体加入其中，采用蠕动泵并流加入C(氯化钇)：0.80mol/L，C(H+)：0.5mol/L的氯化钇料液(氯化钇料液与盐酸混合得到)以及碳酸铵和碳酸氢铵混合水溶液(碳酸铵和碳酸氢铵混合水溶液中碳酸铵和碳酸氢铵质量比1：2、浓度220g/L)进行沉淀反应，氯化钇料液的流速为0.69mL/min，碳酸铵和碳酸氢铵混合水溶液的流速为0.58mL/min，反应时间为360min，搅拌转速100r/min，碳酸盐(碳酸铵和碳酸氢铵)的用量是理论用量的98％，氯化钇料液加入量为250mL时碳酸铵和碳酸氢铵混合水溶液的加入量为210mL，过滤得到固体产物后，纯水水洗碳酸钇晶体滤饼，洗水质量是投入氯化钇质量的70倍，温度为40℃，获得水合碳酸钇晶体；将水合碳酸晶体置于950℃焙烧煅烧5h，最终获得松装密度为0.72g/cm3，D50为44.94μm，分散度Span为1.03的氧化钇(粒度分布图如图14所示)。
实施例5
碳酸铵和碳酸氢铵质量比1:2的混合水溶液，浓度为95g/L，以8mL/min的流速加入到C(氯化钇)：1.20mol/L，C(H+)：0.35mol/L，体积为110mL的氯化钇料液中(氯化钇料液与盐酸混合得到)，搅拌转速130r/min进行反应，上清液达到pH＝6.0时反应结束，把反应量杯放入55℃水浴锅内进行保温，陈化7.5h得到碳酸钇晶体沉淀物，过滤洗涤抽滤得到碳酸钇晶体；
把装有纯水的塑料量杯放入恒温水浴锅内进行加热，并且纯水要浸没过搅拌桨，塑料量杯内的水温达到45℃时，开启搅拌桨的同时把前面得到的碳酸钇晶体加入其中，采用蠕动泵并流加入C(氯化钇)：1.20mol/L，C(H+)：0.35mol/L的氯化钇料液(氯化钇料液与盐酸混合得到)以及碳酸铵和碳酸氢铵混合水溶液(碳酸铵和碳酸氢铵混合水溶液中碳酸铵和碳酸氢铵质量比1：2、浓度200g/L)进行沉淀反应，氯化钇料液的流速为2.08mL/min，碳酸铵和碳酸氢铵混合水溶液的流速为2.61mL/min，反应时间为180min，搅拌转速100r/min，碳酸盐(碳酸铵和碳酸氢铵)的用量是理论用量的98％，氯化钇料液加入量为375mL时碳酸铵和碳酸氢铵混合水溶液的加入量为470mL，过滤得到固体产物后，纯水水洗碳酸钇晶体滤饼，洗水质量是投入氯化钇质量的70倍，温度为40℃，获得水合碳酸钇晶体，将水合碳酸晶体置于950℃焙烧5h，最终获得松装密度为0.92g/cm3，D50为43.22μm，分散度Span为1.05的氧化钇(粒度分布图如图15所示)。
对比例1
碳酸铵溶液，浓度为100g/L，以5mL/min的流速加入到C(氯化钇)：0.90mol/L，C(H+)：0.2mol/L，体积为60mL的氯化钇料液中，搅拌转速150r/min进行反应，上清液达到pH＝6.0时反应结束，把反应量杯放入55℃水浴锅内进行保温，陈化6h得到碳酸钇晶体沉淀物，过滤洗涤抽滤得到碳酸钇晶体；
把装有纯水的塑料量杯放入恒温水浴锅内进行加热，并且纯水要浸没过搅拌桨，塑料量杯内的水温达到45℃时，开启搅拌桨的同时把前面得到的碳酸钇晶体加入其中，采用蠕动泵并流加入C(氯化钇)：0.90mol/L，C(H+)：0.2mol/L的氯化钇料液和260g/L碳酸铵溶液进行沉淀反应，氯化钇料液的流速为1.67mL/min，碳酸铵溶液的流速为0.83mL/min，反应时间为180min，搅拌转速150r/min，碳酸盐的用量是理论用量的93％，氯化钇料液加入量为300mL时碳酸铵加入量为150mL，过滤得到固体产物后，纯水水洗碳酸钇晶体滤饼，洗水质量是投入氯化钇质量的70倍，温度为40℃，获得水合碳酸钇晶体，将水合碳酸晶体置于950℃焙烧5h，最终获得松装密度为0.51g/cm3，D50为9.47μm，分散度Span为1.42的氧化钇(粒度分布图如图16所示)。
对比例2
碳酸铵和碳酸氢铵质量比1：6的混合水溶液，浓度为100g/L，以8mL/min的流速加入到C(氯化钇)：0.70mol/L，C(H+)：0.2mol/L，体积为40mL的氯化钇料液中，搅拌转速100r/min进行反应，上清液达到pH＝6.0时反应结束，把反应量杯放入40℃水浴锅内进行保温，陈化7h得到碳酸钇晶体沉淀物，过滤洗涤抽滤得到碳酸钇晶体；
把装有纯水的塑料量杯放入恒温水浴锅内进行加热，并且纯水要浸没过搅拌桨，塑料量杯内的水温达到45℃时，开启搅拌桨的同时把前面得到的碳酸钇晶体加入其中，采用蠕动泵并流加入C(氯化钇)：0.90mol/L，C(H+)：0.2mol/L的氯化钇料液和250g/L碳酸铵和碳酸氢铵质量比1：6混合溶液进行沉淀反应，氯化钇料液的流速为1.67mL/min，碳酸铵和碳酸氢铵混合溶液的流速为1.35mL/min，反应时间为180min，搅拌转速130r/min，碳酸盐的用量是理论用量的97％，氯化钇料液加入量为300mL时碳酸铵和碳酸氢铵混合溶液的加入量为243mL，过滤得到固体产物后，纯水水洗碳酸钇晶体滤饼，洗水质量是投入氯化钇质量的80倍，温度为55℃，获得水合碳酸钇晶体，将水合碳酸晶体置于950℃焙烧5h，最终获得松装密度为0.46g/cm3，D50为37.13μm，分散度Span为1.37的氧化钇(粒度分布图如图17所示)。
对比例3
碳酸铵和碳酸氢铵质量比2：1混合溶液，浓度为120g/L，5mL/min的流速加入到C(氯化钇)：0.25mol/L，C(H+)：0.3mol/L，体积为55mL的氯化钇料液中，搅拌转速150r/min进行反应，上清液达到pH＝6.0时反应结束，把反应量杯放入30℃水浴锅内进行保温，陈化10h得到碳酸钇晶体沉淀物，过滤洗涤抽滤得到碳酸钇晶体；
把装有纯水的塑料量杯放入恒温水浴锅内进行加热，并且纯水要浸没过搅拌桨，塑料量杯内的水温达到50℃时，开启搅拌桨的同时把前面得到的碳酸钇晶体加入其中，采用蠕动泵并流加入C(氯化钇)：0.25mol/L，C(H+)：0.3mol/L的氯化钇料液和70g/L碳酸铵和碳酸氢铵质量比2：1混合溶液进行沉淀反应，氯化钇料液的流速为1.25mL/min，碳酸铵和碳酸氢铵混合溶液的流速为0.98mL/min，反应时间为200min，搅拌转速200r/min，碳酸盐的用量是理论用量的94％，氯化钇料液加入量为250mL时碳酸铵和碳酸氢铵混合溶液的加入量为195mL，过滤得到固体产物后，纯水水洗碳酸钇晶体滤饼，洗水质量是投入氯化钇质量的70倍，温度为40℃，获得水合碳酸钇晶体，将水合碳酸晶体置于950℃焙烧5h，最终获得松装密度为0.29g/cm3，D50为22.00μm，分散度Span为1.70的氧化钇(粒度分布图如图18所示)。
对比例4
碳酸铵和碳酸氢铵质量比1：8的混合水溶液，浓度为90g/L，以10mL/min的流速加入到C(氯化钇)：1.30mol/L，C(H+)：0.55mol/L，体积为67mL的氯化钇料液中，搅拌转速130r/min进行反应，上清液达到pH＝6.0时反应结束，把反应量杯放入50℃水浴锅内进行保温，陈化5h得到碳酸钇晶体沉淀物。过滤洗涤抽滤得到碳酸钇晶体；
把装有纯水的塑料量杯放入恒温水浴锅内进行加热，并且纯水要浸没过搅拌桨，塑料量杯内的水温达到35℃时，开启搅拌桨的同时把前面得到的碳酸钇晶体加入其中，采用蠕动泵并流加入C(氯化钇)：1.30mol/L，C(H+)：0.55mol/L的氯化钇料液和220g/L碳酸铵和碳酸氢铵质量比1：8混合溶液进行沉淀反应，氯化钇料液的流速为1.19mL/min，碳酸铵和碳酸氢铵混合溶液的流速为1.81mL/min，反应时间为180min，搅拌转速180r/min，碳酸盐的用量是理论用量的101％，氯化钇料液加入量为215mL时碳酸铵和碳酸氢铵混合溶液的加入量为325mL，过滤得到固体产物后，纯水水洗碳酸钇晶体滤饼，洗水质量是投入氯化钇质量的70倍，温度为40℃，获得水合碳酸钇晶体，将水合碳酸晶体置于950℃焙烧5h煅烧，最终获得松装密度为0.40g/cm3，D50为20.43μm，分散度Span为1.65的氧化钇(粒度分布图如图19所示)。
对比例5
碳酸氢铵水溶液，浓度为80g/L，3mL/min的流速加入到C(氯化钇)：0.90mol/L，C(H+)：0.2mol/L，体积为60mL的氯化钇料液中，搅拌转速180r/min进行反应，上清液达到pH＝6.0时反应结束，把反应量杯放入60℃水浴锅内进行保温，陈化4h得到碳酸钇晶体沉淀物，过滤洗涤抽滤得到碳酸钇晶体；
把装有纯水的塑料量杯放入恒温水浴锅内进行加热，并且纯水要浸没过搅拌桨，塑料量杯内的水温达到45℃时，开启搅拌桨的同时把前面得到的碳酸钇晶体加入其中，采用蠕动泵并流加入C(氯化钇)：0.90mol/L，C(H+)：0.2mol/L的氯化钇料液和260g/L碳酸氢铵水溶液进行沉淀反应，氯化钇料液的流速为2.50mL/min，碳酸氢铵水溶液的流速为2.29mL/min，反应时间为120min，搅拌转速100r/min，碳酸盐的用量是理论用量的104％，氯化钇料液加入量为300mL时碳酸氢铵水溶液的加入量为275mL，过滤得到固体产物后，纯水水洗碳酸钇晶体滤饼，洗水质量是投入氯化钇质量的70倍，温度为40℃，获得水合碳酸钇晶体，将水合碳酸晶体置于950℃焙烧5h，最终获得松装密度为0.45g/cm3，D50为38.13μm，分散度Span为1.24的氧化钇(粒度分布图如图20所示)。
对比例6
将100g/L碳酸氢铵水溶液740mL加入塑料烧杯内，开启搅拌桨，采用蠕动泵将C(氯化钇)：0.90mol/L，C(H+)：0.2mol/L的氯化钇料液255mL加入碳酸氢铵的水溶液中，反应时间为180min，搅拌转速150r/min，流速为4.11mL/min，碳酸盐的用量是理论用量的127％，生成碳酸钇沉淀物，过滤得到固体产物后，纯水水洗碳酸钇晶体滤饼，洗水质量是投入氯化钇质量的70倍，温度为40℃，获得水合碳酸钇晶体，将水合碳酸晶体置于950℃焙烧5h，最终获得松装密度为0.296g/cm3，D50为8.89μm，分散度Span为2.45的氧化钇(粒度分布图如图21所示)。
对比例7
将100g/L碳酸铵水溶液370mL加入塑料烧杯内，开启搅拌桨，采用蠕动泵将C(氯化钇)：0.90mol/L，C(H+)：0.2mol/L的氯化钇料液200mL加入碳酸铵的水溶液中，反应时间为180min，搅拌转速150r/min，流速为2.06mL/min，碳酸盐的用量是理论用量的133％，生成碳酸钇沉淀物，过滤得到固体产物后，纯水水洗碳酸钇晶体滤饼，洗水质量是投入氯化钇质量的70倍，温度为40℃，获得水合碳酸钇晶体，将水合碳酸晶体置于950℃焙烧5h，最终获得松装密度为0.336g/cm3，D50为23.35μm，分散度Span为2.15的氧化钇(粒度分布图如图22所示)。
图1和图2分别为实施例1中制备的碳酸钇晶体和球形氧化钇的XRD图。由图1可以看出碳酸钇晶体是正盐，不含复盐(复盐是碳酸钇中含有铵根离子)。由图2可以看出生成的氧化钇不夹带其他杂质，纯度高。
图3、图4、图5分别为实施例1、实施例2、实施例4制备得到的氧化钇的电镜扫描图，由图3～图5可以看出，生成的氧化钇均匀性好，致密性强，不夹带小粒度，球形度高。
图6、图7、图8、图9、图10分别为对比例1、对比例4、对比例5、对比例6、对比例7制备得到的氧化钇的电镜扫描图，由图6～图10可以看出，生成的氧化钇分散不均性，致密性差，含有一些小颗粒晶体，球形度不好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种球形氧化钇的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将碳酸铵、碳酸氢铵和水混合，得到碳酸盐水溶液；所述碳酸铵和碳酸氢铵的质量比为1:1～1:5，所述碳酸盐水溶液中碳酸铵和碳酸氢铵的总浓度为80～260g/L；
将氯化钇料液与盐酸混合，得到酸性氯化钇料液；所述酸性氯化钇料液中氯化钇的浓度为0.7～1.35mol/L、H+离子浓度为0.2～0.6mol/L；
(2)将碳酸钇晶种加入水中，在加热和搅拌的条件下，向所得晶种液中并流滴加所述碳酸盐水溶液和酸性氯化钇料液进行沉淀反应，得到水合碳酸钇产物；所述碳酸钇晶种中钇元素的摩尔量为所述沉淀反应所滴加的酸性氯化钇料液中钇元素摩尔量的20～30％；所述搅拌的速率为100～150r/min；所述碳酸盐水溶液的滴加以碳酸盐的用量达到理论用量的85～98％为止；
(3)将所述水合碳酸钇产物进行焙烧，得到球形氧化钇。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中碳酸钇晶种的制备方法包括以下步骤：
将碳酸盐水溶液加入到酸性氯化钇料液中，至所得浆液的pH值为6.0时，停止加入碳酸盐水溶液，得到沉淀物；将所述沉淀物进行陈化，得到碳酸钇晶种；
所述碳酸盐水溶液为碳酸铵和碳酸氢铵的混合水溶液，所述碳酸盐水溶液中碳酸铵和碳酸氢铵的质量比为1:1～1:5，所述碳酸盐水溶液中碳酸铵和碳酸氢铵的总浓度为80～260g/L；所述酸性氯化钇料液中氯化钇的浓度为0.7～1.35mol/L、H+离子浓度为0.2～0.6mol/L。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述碳酸钇晶种的制备中，碳酸盐水溶液加入的流速为3～10mL/min；所述加入在搅拌的条件下进行，所述搅拌的速率为100～180r/min。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述陈化的温度为30～60℃，时间为6～8h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中加热的温度为40～50℃。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中酸性氯化钇料液的流速为0.65～2.5mL/min，碳酸盐水溶液的流速为0.5～4.5mL/min。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中沉淀反应的时间为180～360min。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述沉淀反应后，还包括将所得沉淀物依次进行过滤和水洗，得到水合碳酸钇产物；所述洗涤用洗涤水的温度为40～60℃。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中焙烧的温度为900～950℃，时间为3～6h。
10.权利要求1～9任意一项所述制备方法制备得到的球形氧化钇，所述球形氧化钇的松装密度为0.70～1.0g/cm3，中值粒径为30～50μm，分散度为0.7～1.1。
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