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CN104445342B - 硫酸稀土盐及制备方法 - Google Patents

硫酸稀土盐及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种通过碳酸稀土盐制备水溶性好的硫酸稀土盐，其特征是外观为粉末状无嗅晶体，化学式为RE2(SO4)3.nH20，溶于水和酸，溶液清亮，在水中的溶解度随温度的升高而下降，在硫酸溶液中的溶解度随酸度的升高而降低，其制备方法为将碳酸稀土盐加入硫酸溶液中酸溶、过滤除杂、结晶、漂洗脱水、烘烤步骤，本发明工艺流程简洁，酸溶酸度低，余酸低，设备腐蚀小，无环境污染且产品收率高，成本低；制备的硫酸稀土盐水溶性好。

Description

硫酸稀土盐及制备方法
技术领域
本发明涉及一种稀土产品及制备方法，具体地说是一种硫酸稀土盐及制备方法，特别是涉及一种通过碳酸稀土盐制备水溶性好的硫酸稀土盐及制备方法。
背景技术
稀土是一组同时具有电、磁、光、超导、催化以及生物等多种特性的新型功能材料，是信息技术、生物技术、新材料、新能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，同时也对改造某些传统产业，如农业、化工、建材等起着重要作用。稀土用途广泛，可以使用稀土的功能材料种类繁多，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义，有“工业维生素”的美称。硫酸稀土主要用在防腐剂、实验室试剂、有机中间体、精细化学品、催化助剂、生物制药等。
目前硫酸稀土盐的制备，申请号为200810150416.6的专利申请公开了一种无水硫酸高铈的制备方法，它以Ce(OH)4为原料，用9.1mol/L～9.2mol/L的硫酸溶解氢氧化铈，控制溶解温度为70℃～80℃，稀土浓度为1.05mol/L～1.16mol/L，余酸4.4mol/L～4.6mol/L，启动搅拌使之完全溶解，过滤，取滤液于反应器中边加热，边搅拌，使之浓缩至析出硫酸高铈晶体，离心烘烤得无水粉末状硫酸高铈。该制备方法的酸溶酸度高，余酸高，对设备有一定的腐蚀性，且该工艺制备的硫酸高铈水溶性不好，且收率低，成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过碳酸稀土盐制备水溶性好的硫酸稀土盐及制备方法。
本发明是采用如下技术方案实现其发明目的的，一种硫酸稀土盐，外观为粉末状无嗅晶体，化学式为RE2(SO4)3.nH20，室温下n为3～9，溶于水和酸，溶液清亮，在水中的溶解度随温度的升高而下降，在硫酸溶液中的溶解度随酸度的升高而降低。
一种硫酸稀土盐，外观为粉末状无嗅晶体，化学式为RE2(SO4)3.nH20，室温下n小于0.5，溶于水和酸，溶液清亮，在水中的溶解度随温度的升高而下降，在硫酸溶液中的溶解度随酸度的升高而降低。
一种硫酸稀土盐的制备方法，它包括下列步骤：
⑴在搪瓷反应罐中配制浓度为0.5mol/L～2.0mol/L的硫酸溶液，冷却至30℃～35℃；将碳酸稀土盐缓慢加入已配制的硫酸溶液中进行酸溶，溶解温度30℃～70℃，得到硫酸稀土溶液，至所述溶液的pH值3.5～4.0；
⑵将步骤⑴所得硫酸稀土溶液过滤除杂，得到清亮的硫酸稀土溶液，用稀硫酸调pH值至1.5～2；
⑶将步骤⑵所得清亮的硫酸稀土溶液搅拌加热煮沸，使晶体析出，至母液中的稀土浓度小于10g/L；
⑷将步骤⑶所得晶体混合溶液置于过滤器中过滤，所得晶体用近沸的去离子水漂洗，真空抽滤得到硫酸稀土盐；
⑸将步骤⑷得到的硫酸稀土盐用离心机脱水，得到含3～9个结晶水的硫酸稀土盐。
本发明在步骤⑸中，将含3～9个结晶水的硫酸稀土盐在150℃～260℃温度下烘烤，得到无水硫酸稀土盐。
本发明在步骤⑴中，所述硫酸溶液的优选浓度为1.0mol/L～1.5mol/L。
由于采用上述技术方案，本发明较好的实现了发明目的，工艺流程简洁，酸溶酸度低，余酸低，设备腐蚀小，无环境污染且产品收率高，成本低；制备的硫酸稀土盐水溶性好。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
一种硫酸稀土盐，外观为粉末状无嗅晶体，化学式为RE2(SO4)3.nH20，室温下n为3～9，溶于水和酸，溶液清亮，在水中的溶解度随温度的升高而下降，在硫酸溶液中的溶解度随酸度的升高而降低。
一种硫酸稀土盐的制备方法，它包括下列步骤：
⑴在搪瓷反应罐中配制浓度为0.5mol/L～2.0mol/L的硫酸溶液，冷却至30℃～35℃；将碳酸稀土盐缓慢加入已配制的硫酸溶液中进行酸溶，溶解温度30℃～70℃，得到硫酸稀土溶液，至所述溶液的pH值3.5～4.0；
⑵将步骤⑴所得硫酸稀土溶液过滤除杂，得到清亮的硫酸稀土溶液，用稀硫酸调pH值至1.5～2；
⑶将步骤⑵所得清亮的硫酸稀土溶液搅拌加热煮沸，使晶体析出，至母液中的稀土浓度小于10g/L；
⑷将步骤⑶所得晶体混合溶液置于过滤器中过滤，所得晶体用近沸的去离子水漂洗，真空抽滤得到硫酸稀土盐；
⑸将步骤⑷得到的硫酸稀土盐用离心机脱水，得到含3～9个结晶水的硫酸稀土盐。
本实施例配制0.6mol/L的硫酸溶液2000L，冷却至30℃，边搅拌边将298㎏TREO为43.5﹪的碳酸镧加入硫酸溶液中溶解完全，溶解过程控制溶解温度55℃，至溶液的pH值3.5，此时，溶液中稀土的浓度为0.37mol/L；将溶液过滤除杂，用稀硫酸调pH值至2，得到清亮的硫酸稀土溶液2150L；将清亮的硫酸稀土溶液搅拌加热煮沸，使晶体析出，至母液中的稀土浓度为5g/L，得1850L料浆；为防止晶体溶解，提高直收率，将料浆快速过滤，用近沸的去离子水漂洗，真空抽滤得硫酸镧，滤液用碳酸钠沉淀得到碳酸镧，作制备其它稀土盐或氧化镧的原料；将硫酸镧用离心机脱水，得到含结晶水的硫酸镧289.5㎏，TREO＝42.5﹪，直收率为94.91﹪。
制备的硫酸镧外观为粉末状无嗅晶体，溶于水和酸，溶液清亮，在水中的溶解度随温度的升高而下降，在硫酸溶液中的溶解度随酸度的升高而降低。
实施例2：
一种硫酸稀土盐，外观为粉末状无嗅晶体，化学式为RE2(SO4)3.nH20，室温下n小于0.5，溶于水和酸，溶液清亮，在水中的溶解度随温度的升高而下降，在硫酸溶液中的溶解度随酸度的升高而降低。
在步骤⑸中，将含3～9个结晶水的硫酸稀土盐在150℃～260℃温度下烘烤，得到无水硫酸稀土盐。
RE2(SO4)3.nH20→RE2(SO4)3+nH20(150℃～260℃)
本实施例制备的无水硫酸稀土盐受热分解，控制分解温度和时间，可得到难溶于水的碱式硫酸稀土盐或稀土氧化物。
RE2(SO4)3→RE2O2SO4+2SO2↑+02↑(855℃～946℃)
RE2O2SO4→RE2O3+SO2↑+1/202↑(1090℃～1250℃)
其中硫酸铈分解为氧化铈的分解温度为919℃。
本实施例对实施例1制备的含结晶水的硫酸镧在200℃温度下烘烤脱结晶水，得到无水硫酸镧214.3㎏，TREO＝57.4﹪。
本实施例制备的硫酸镧外观为粉末状无嗅晶体，溶于水和酸，溶液清亮，在水中的溶解度随温度的升高而下降，在硫酸溶液中的溶解度随酸度的升高而降低。所述硫酸镧在水中的溶解度（单位：g/100gH2O），20℃时为3.8g，40℃时为1.5g。
余同实施例1。
实施例3：
本发明在步骤⑴中，所述硫酸溶液的优选浓度为1.0mol/L～1.5mol/L。
本实施例配制1.0mol/L的硫酸溶液2000L，冷却至30℃，边搅拌边将500㎏TREO为43.5﹪的碳酸镧加入硫酸溶液中溶解完全，溶解过程控制溶解温度65℃，至溶液的pH值4.0，此时，溶液中稀土的浓度为0.61mol/L；将溶液过滤除杂，用稀硫酸调pH值至2，得到清亮的硫酸稀土溶液2200L；将清亮的硫酸稀土溶液搅拌加热煮沸，使晶体析出，至母液中的稀土浓度为7g/L，得2000L料浆；为防止晶体溶解，提高直收率，将料浆快速过滤，用近沸的去离子水漂洗，真空抽滤得硫酸镧，滤液用碳酸钠沉淀得到碳酸镧，作制备其它稀土盐或氧化镧的原料；将硫酸镧用离心机脱水，得到含结晶水的硫酸镧460.4㎏，TREO＝44.5﹪；然后在在200℃温度下烘烤脱结晶水，得到无水硫酸镧357.1㎏，TREO＝57.37﹪，直收率为94.19﹪。
余同实施例1、2。
实施例4：
本实施例配制1.48mol/L的硫酸溶液1350L，冷却至30℃，边搅拌边将500㎏TREO为43.5﹪的碳酸镧加入硫酸溶液中溶解完全，溶解过程控制溶解温度50℃，至溶液的pH值3.5，此时，溶液中稀土的浓度为0.83mol/L；将溶液过滤除杂，用稀硫酸调pH值至2，得到清亮的硫酸稀土溶液1600L；将清亮的硫酸稀土溶液搅拌加热煮沸，使晶体析出，至母液中的稀土浓度为8g/L，得1400L料浆；为防止晶体溶解，提高直收率，将料浆快速过滤，用近沸的去离子水漂洗，真空抽滤得硫酸镧，滤液用碳酸钠沉淀得到碳酸镧，作制备其它稀土盐或氧化镧的原料；将硫酸镧用离心机脱水，得到含结晶水的硫酸镧443.2㎏，TREO＝46.4﹪；然后在在200℃温度下烘烤脱结晶水，得到无水硫酸镧357.6㎏，TREO＝57.5﹪，直收率为94.54﹪。
余同实施例1、2。
实施例5：
本实施例配制2.0mol/L的硫酸溶液1000L，冷却至30℃，边搅拌边将460㎏TREO为49.9﹪的碳酸铈加入硫酸溶液中溶解完全，溶解过程控制溶解温度38℃，至溶液的pH值3.5，此时，溶液中稀土的浓度为1.1mol/L；将溶液过滤除杂，用稀硫酸调pH值至2，得到清亮的硫酸稀土溶液1200L；将清亮的硫酸稀土溶液搅拌加热煮沸，使晶体析出，至母液中的稀土浓度为10g/L，得950L料浆；为防止晶体溶解，提高直收率，将料浆快速过滤，用近沸的去离子水漂洗，真空抽滤得硫酸铈，滤液用碳酸钠沉淀得到碳酸铈，作制备其它稀土盐或氧化铈的原料；将硫酸铈用离心机脱水，得到含结晶水的硫酸铈470.1㎏，TREO＝46.8﹪；然后在在180℃温度下烘烤脱结晶水，得到无水硫酸铈382.62㎏，TREO＝57.5﹪，直收率为95.85﹪。
本实施例制备的硫酸铈外观为粉末状无嗅晶体，溶于水和酸，溶液清亮，在水中的溶解度随温度的升高而下降，在硫酸溶液中的溶解度随酸度的升高而降低。所述硫酸铈在水中的溶解度（单位：g/100gH2O），20℃时为23.8g，40℃时为10.3g。
余同实施例1。
实施例6：
本实施例配制1.2mol/L的硫酸溶液2000L，冷却至30℃，边搅拌边将630㎏TREO为46.0﹪的碳酸钆加入硫酸溶液中溶解完全，溶解过程控制溶解温度45℃，至溶液的pH值3.5，此时，溶液中稀土的浓度为0.72mol/L；将溶液过滤除杂，用稀硫酸调pH值至2，得到清亮的硫酸稀土溶液2200L；将清亮的硫酸稀土溶液搅拌加热煮沸，使晶体析出，至母液中的稀土浓度为6.1g/L，得2000L料浆；为防止晶体溶解，提高直收率，将料浆快速过滤，用近沸的去离子水漂洗，真空抽滤得硫酸钆，滤液用碳酸钠沉淀得到碳酸钆，作制备其它稀土盐或氧化钆的原料；将硫酸钆用离心机脱水，得到含结晶水的硫酸钆620㎏，TREO＝44.5﹪；然后在在200℃温度下烘烤脱结晶水，得到无水硫酸钆459.1㎏，TREO＝60.1﹪，直收率为95.21﹪。
本实施例制备的硫酸钆外观为粉末状无嗅晶体，溶于水和酸，溶液清亮，在水中的溶解度随温度的升高而下降，在硫酸溶液中的溶解度随酸度的升高而降低。所述硫酸钆在水中的溶解度（单位：g/100gH2O），20℃时为2.87g，40℃时为2.19g。
余同实施例1。
实施例7：
本实施例配制2.0mol/L的硫酸溶液1500L，冷却至30℃，边搅拌边将790㎏TREO为46.0﹪的碳酸钆加入硫酸溶液中溶解完全，溶解过程控制溶解温度45℃，至溶液的pH值3.9，此时，溶液中稀土的浓度为1.14mol/L；将溶液过滤除杂，用稀硫酸调pH值至2，得到清亮的硫酸稀土溶液1750L；将清亮的硫酸稀土溶液搅拌加热煮沸，使晶体析出，至母液中的稀土浓度为9.5g/L，得1550L料浆；为防止晶体溶解，提高直收率，将料浆快速过滤，用近沸的去离子水漂洗，真空抽滤得硫酸钆，滤液用碳酸钠沉淀得到碳酸钆，作制备其它稀土盐或氧化钆的原料；将硫酸钆用离心机脱水，得到含结晶水的硫酸钆755.3㎏，TREO＝45.9﹪；然后在在200℃温度下烘烤脱结晶水，得到无水硫酸钆576.9㎏，TREO＝60.09﹪，直收率为95.39﹪。
余同实施例1、6。
实施例8：
本实施例配制1.5mol/L的硫酸溶液1770L，冷却至30℃，边搅拌边将500㎏TREO为40.0﹪的碳酸钇加入硫酸溶液中溶解完全，溶解过程控制溶解温度40℃，至溶液的pH值4.0，此时，溶液中稀土的浓度为0.87mol/L；将溶液过滤除杂，用稀硫酸调pH值至2，得到清亮的硫酸稀土溶液2020L；将清亮的硫酸稀土溶液搅拌加热煮沸，使晶体析出，至母液中的稀土浓度为9.5g/L，得1700L料浆；为防止晶体溶解，提高直收率，将料浆快速过滤，用近沸的去离子水漂洗，真空抽滤得硫酸钇，滤液用碳酸钠沉淀得到碳酸钇，作制备其它稀土盐或氧化钇的原料；将硫酸钇用离心机脱水，得到含结晶水的硫酸钇550.5㎏，TREO＝34.33﹪；然后在在200℃温度下烘烤脱结晶水，得到无水硫酸钇396.98㎏，TREO＝47.51﹪。直收率为94.30﹪。
本实施例制备的硫酸钇外观为粉末状无嗅晶体，溶于水和酸，溶液清亮，在水中的溶解度随温度的升高而下降，在硫酸溶液中的溶解度随酸度的升高而降低。所述硫酸钇在水中的溶解度（单位：g/100gH2O），20℃时为9.76g，40℃时为4.90g。
余同实施例1。

Claims (3)

1.一种硫酸稀土盐的制备方法，其特征是它包括下列步骤：
⑴在搪瓷反应罐中配制浓度为0.5mol/L～2.0mol/L的硫酸溶液，冷却至30℃～35℃；将碳酸稀土盐缓慢加入已配制的硫酸溶液中进行酸溶，溶解温度30℃～70℃，得到硫酸稀土溶液，至所述溶液的pH值3.5～4.0；
⑵将步骤⑴所得硫酸稀土溶液过滤除杂，得到清亮的硫酸稀土溶液，用稀硫酸调pH值至1.5～2；
⑶将步骤⑵所得清亮的硫酸稀土溶液搅拌加热煮沸，使晶体析出，至母液中的稀土浓度小于10g/L；
⑷将步骤⑶所得晶体混合溶液置于过滤器中过滤，所得晶体用近沸的去离子水漂洗，真空抽滤得到硫酸稀土盐；
⑸将步骤⑷得到的硫酸稀土盐用离心机脱水，得到含3～9个结晶水的硫酸稀土盐。
2.根据权利要求1所述硫酸稀土盐的制备方法，其特征是在步骤⑸中，将含3～9个结晶水的硫酸稀土盐在150℃～260℃温度下烘烤，得到无水硫酸稀土盐。
3.根据权利要求1或2所述硫酸稀土盐的制备方法，其特征是在步骤⑴中，所述硫酸溶液的优选浓度为1.0mol/L～1.5mol/L。
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