[科普中国]-摇实密度

简介

氧化钐是一种国内外需求量大、用途广的材料,通常用在1 000 ℃,热分解钐的草酸盐或碳酸盐方法制备。密度一般可分为真密度、松装密度和摇实密度. 用常法制备的氧化钐,其摇实密度为1. 5 g·cm- 3左右. 现有客户要求提供摇实密度> 2. 3 g·cm- 3且不含硼的氧化钐。

在钐的碱式碳酸盐中添加质量分数为0. 001 %～0. 005 %的氧化硼(或相当于这些量的硼酸) ,然后在1 200 ℃加热3 h ,热分解此钐的碱式碳酸盐,可制得摇实密度为2. 26 g·cm- 3的氧化钐。

对影响氧化钐摇实密度的因素进行探讨,并对大摇实密度氧化钐的制备方法进行研究. 以柠檬酸与硝酸为添加剂,添加到草酸钐中,在1 000 ℃加热2 h 热分解此草酸钐,可制得摇实密度> 2. 3 g·cm- 3且不含硼的氧化钐,满足了用户的要求1。

大摇实密度氧化钐及其制备方法大摇实密度氧化钐及其制备方法是指摇实密度为2．30～3．0g/cm，其制备方法是：首先，添加酸性添加剂，然后，在950～1000℃温度下灼烧2小时，使草酸钐热分解制得氧化钐，最后，将氧化钐球磨。本发明的制备方法简单易控制，能耗小，成本低，经济效益高。本发明的氧化钐因不含硼，应用更广泛，特别适合生产磁性材料、中子吸收剂等。

实验部分1 试剂与仪器

草酸钐,金属钐(上海跃龙有色金属有限公司产品) ,硼酸,氨水(分析纯) ,水合肼(工业,纯) ,肼化合物(自己合成)。酸性添加剂:100 ml 溶液含20 g 柠檬酸,50 ml 硝酸. 马弗炉(上海实验电炉厂) 、磁坩埚、玻璃器皿. SKC22000 光透射粒度测定仪(日本清新公司产品) 。

2 大摇实密度氧化钐制备方法

取200 g 草酸钐于300 ml 磁坩埚中,加入20 ml ,酸性添加剂,拌匀,置于马弗炉中由室温升至1 000 ℃,并维持2 h ,取出样品,冷却,球磨,即得大摇实密度氧化钐2。

结果与讨论1 影响氧化钐摇实密度的因素

（1）草酸钐分解温度的影响

取70 g 草酸钐5 份,分别放入300 ml 磁坩埚内,置于马弗炉中,分别由室温升至700 ℃、750 ℃、800 ℃、900 ℃、1 000 ℃并维持1 h. 取出磁坩埚,冷却至室温,测定热分解产物的摇实密度。热分解温度/ ℃ 700 750 800 900 1 000Sm2O3 摇实密度/ (g·cm- 3) 1. 13 1. 24 1. 31 1. 44 1. 47。草酸钐热分解温度越高,氧化钐的摇实密度越大。

（2）草酸钐热分解时间的影响

取70 g 草酸钐样品3 份分别放入300 ml 磁坩埚中,置于马弗炉中,由室温度升至1 000 ℃,分别维持1 h 、2 h 和3 h ,取出坩埚,测定Sm2O3 的摇实密度。热分解时间/ h 1. 0 2. 0 3. 0Sm2O3 摇实密度/ (g·cm- 3) 1. 47 1. 57 1. 59 热分解时间越长,Sm2O3 的摇实密度越大。

（3）粒度与摇实密度的关系

一般来讲,Sm2O3 的摇实密度应与它的粒度大小和形状有关,为此测定了三个摇实密度不同的Sm2O3样品的粒度分布。在一定范围内,Sm2O3 粒子越粗(即d50越大) ,摇实密度越大。

（4）添加剂的影响

取70g 草酸钐若干份,依次加入不同的添加剂,分别放于300 ml 磁坩埚中,搅匀,置入马弗炉内,由低温升温至1 000 ℃,并维持1 h ,取出样品冷却至室温,测定它们的摇实密度。肼化合物与酸性添加剂(柠檬酸和硝酸) 均有很好的效果,但酸性添加剂更经济。

（5）添加剂量的影响

取200 g 草酸钐3 份放入300 ml 磁坩埚中,分别加入酸性添加剂90 ml 、40 ml 、18 ml ,拌匀,置于马弗炉中从低温升至1 000 ℃并维持2 h ,取出,测其摇实密度。对200 g 草酸,酸性添加剂添加量为18 ml 就可达到预定目标。

编号Sm2O3 添加量/ (ml·g - 1)摇实密度/ (g·cm- 3)未粉碎处理经球磨后 (DTA) 曲线. 从图可以看出添加了添加剂后的草酸钐分解温度要略为提前。

添加了酸性添加剂后的草酸钐,包括它的200 ℃、2 h 的中间物,比草酸钐在200 ℃灼烧2 h 后的中间物颗粒有明显的增大,从而也使得最终的热分解产物摇实密度有明显增大。

2 1 kg 规模试验

取硝酸钐溶液( [ H] = 0. 06 mol·L - 1 , [ Sm2O3 ]= 30. 1 g·L - 1 ) 150 L ,加热至80 ℃,加入10 kg 草酸,沉淀草酸钐,边搅拌边加热至90 ℃,停止搅拌,放置片刻,吸去清液,经离心机甩干得草酸钐。

扫描电镜图( 200 ℃, 2 h,1∶4 800)取上述草酸钐,加入不同量的酸性添加剂,拌匀后于隧道窑1 000 ℃灼烧,得到按Sm2O3 :磨球= 1∶2的比例球磨,得到Sm2O3 并测其摇实密度。

1 kg 级实验结果与小试相仿. 根据试验还可看出:0. 30 ml·g - 1Sm2O3 的添加量可使氧化钐的摇实密度提高0. 5～0. 8 g·cm- 3 ,从而使由此法制得的氧化钐摇实密度达到预定的要求。

3 500 kg/ 批规模试验

在1 kg/ 批规模试验基础上进行了500 kg/ 批规模试验,共53 批(26. 5 t) ,氧化钐摇实密度为2. 32～2. 84 g·cm- 33。