إعدادأكاسيد أرضية نادرة فائقة الدقة
تتميز مركبات العناصر الأرضية النادرة فائقة الدقة بنطاق استخدامات أوسع مقارنةً بمركبات العناصر الأرضية النادرة ذات أحجام الجسيمات العامة، ويجري حاليًا بحثها بمزيد من التفصيل. تنقسم طرق التحضير إلى طريقة الطور الصلب، وطريقة الطور السائل، وطريقة الطور الغازي، وذلك وفقًا لحالة تجمع المادة. تُستخدم طريقة الطور السائل حاليًا على نطاق واسع في المختبرات والصناعة لتحضير مساحيق فائقة الدقة من مركبات العناصر الأرضية النادرة. وتشمل هذه الطرق بشكل رئيسي طريقة الترسيب، وطريقة هلام السول، والطريقة الحرارية المائية، وطريقة القالب، وطريقة المستحلب الدقيق، وطريقة التحلل المائي الألكيدي، ومن بينها طريقة الترسيب الأنسب للإنتاج الصناعي.
طريقة الترسيب هي إضافة المادة المرسبة إلى محلول ملح المعدن للترسيب، ثم الترشيح والغسل والتجفيف والتحلل الحراري للحصول على منتجات مسحوقة. وتشمل هذه الطريقة الترسيب المباشر، والترسيب المنتظم، والترسيب المشترك. في طريقة الترسيب العادية، يمكن الحصول على أكاسيد الأتربة النادرة وأملاحها التي تحتوي على جذور حمضية متطايرة عن طريق حرق الراسب، بحجم جسيمات يتراوح بين 3 و5 ميكرومتر. مساحة السطح النوعية أقل من 10 م³/غ، ولا تمتلك خصائص فيزيائية وكيميائية خاصة. تُعد طريقة ترسيب كربونات الأمونيوم وطريقة ترسيب حمض الأكساليك من أكثر الطرق شيوعًا لإنتاج مساحيق الأكاسيد العادية، ويمكن استخدامهما لتحضير مساحيق أكاسيد أتربة نادرة فائقة الدقة مع تغيير ظروف عملية الترسيب.
أظهرت الأبحاث أن العوامل الرئيسية المؤثرة على حجم جسيمات وشكل مساحيق العناصر الأرضية النادرة فائقة الدقة في طريقة ترسيب بيكربونات الأمونيوم تشمل تركيز العناصر الأرضية النادرة في المحلول، ودرجة حرارة الترسيب، وتركيز عامل الترسيب، وما إلى ذلك. يُعد تركيز العناصر الأرضية النادرة في المحلول مفتاحًا لتشكيل مساحيق فائقة الدقة موزعة بالتساوي. على سبيل المثال، في تجربة ترسيب Y3+ لتحضير Y2O3، عندما يكون تركيز كتلة العناصر الأرضية النادرة 20-30 جم/لتر (محسوبًا بواسطة Y2O3)، تكون عملية الترسيب سلسة، ويكون مسحوق أكسيد الإيتريوم فائق الدقة الناتج عن ترسيب الكربونات بالتجفيف والحرق صغيرًا وموحدًا وذو تشتت جيد.
في التفاعلات الكيميائية، درجة الحرارة هي عامل حاسم. في التجارب المذكورة أعلاه، عندما تكون درجة الحرارة 60-70 درجة مئوية، يكون الترسيب بطيئًا، والترشيح سريعًا، وتكون الجسيمات فضفاضة وموحدة، وتكون كروية بشكل أساسي؛ عندما تكون درجة حرارة التفاعل أقل من 50 درجة مئوية، يتشكل الترسيب بشكل أسرع، مع المزيد من الحبوب وأحجام الجسيمات الأصغر. أثناء التفاعل، تكون كمية فيضان ثاني أكسيد الكربون والأمونيا أقل، ويكون الترسيب في شكل لزج، وهو غير مناسب للترشيح والغسيل. بعد حرقها في أكسيد الإيتريوم، لا تزال هناك مواد متكتلة تتكتل بشكل خطير ولها أحجام جسيمات أكبر. يؤثر تركيز بيكربونات الأمونيوم أيضًا على حجم جسيم أكسيد الإيتريوم. عندما يكون تركيز بيكربونات الأمونيوم أقل من 1 مول / لتر، يكون حجم جسيم أكسيد الإيتريوم الناتج صغيرًا وموحدًا؛ عندما يتجاوز تركيز بيكربونات الأمونيوم 1 مول/لتر، يحدث ترسب موضعي، مما يؤدي إلى تكتل وتكوين جسيمات أكبر. في ظل ظروف مناسبة، يمكن الحصول على مسحوق أكسيد الإيتريوم فائق الدقة بحجم جسيمات يتراوح بين 0.01 و0.5 ميكرومول.
في طريقة ترسيب الأكسالات، يُضاف محلول حمض الأكساليك قطرةً قطرةً مع إضافة الأمونيا لضمان ثبات الرقم الهيدروجيني (pH) أثناء التفاعل، مما ينتج عنه حجم جسيمات أقل من 1 ميكرومول من مسحوق أكسيد الإيتريوم. أولًا، يُرسَّب محلول نترات الإيتريوم مع ماء الأمونيا للحصول على غرواني هيدروكسيد الإيتريوم، ثم يُحوَّل باستخدام محلول حمض الأكساليك للحصول على حجم جسيمات أقل من 1 ميكرومول من مسحوق Y2O3. يُضاف EDTA إلى محلول Y3+ من نترات الإيتريوم بتركيز 0.25-0.5 مول/لتر، ويُضبط الرقم الهيدروجيني إلى 9 باستخدام ماء الأمونيا، ويُضاف أكسالات الأمونيوم، ويُقْطَر محلول HNO3 بتركيز 3 مول/لتر بمعدل 1-8 مل/دقيقة عند درجة حرارة 50 درجة مئوية حتى يكتمل الترسيب عند رقم هيدروجيني = 2. يمكن الحصول على مسحوق أكسيد الإيتريوم بحجم جسيمات يتراوح بين 40-100 نانومتر.
أثناء عملية التحضيرأكاسيد أرضية نادرة فائقة الدقةقد تحدث تكتلات بدرجات متفاوتة باستخدام طريقة الترسيب. لذلك، أثناء عملية التحضير، من الضروري التحكم بدقة في ظروف التركيب، وذلك بتعديل الرقم الهيدروجيني (pH)، واستخدام مرسبات مختلفة، وإضافة مشتتات، وغيرها من الطرق لتشتيت المنتجات الوسيطة بالكامل. بعد ذلك، تُختار طرق التجفيف المناسبة، وأخيرًا، يتم الحصول على مساحيق فائقة الدقة من مركبات العناصر الأرضية النادرة جيدة التشتت من خلال التكليس.
وقت النشر: ٢١ أبريل ٢٠٢٣