連續(xù)結(jié)晶器中十水草酸鈰反應結(jié)晶動力學研究

謝 非,黃云海,吳德慧,侯學鋒,苑斯雯,周冠辰,楊金月,田貝倩,郝紅勛*

(1.中國核電工程有限公司,北京 100840; 2.天津大學化工學院國家工業(yè)結(jié)晶工程技術(shù)研究中心,天津 300072)

稀土金屬及其化合物(主要為氧化物)由于其獨特的物理化學性能, 特別是在光、電、磁等方面具有許多獨特的性質(zhì),使得其在各方面的應用越來越得到人們的重視[1,2]。而氧化鈰(CeO2)作為一種重要的稀土化合物,已經(jīng)被廣泛應用在催化、氧傳感器、燃料電池、電子、磁性材料、玻璃拋光材料、紫外線吸收劑以及生物技術(shù)和生物醫(yī)學等行業(yè)[3,4]。煅燒CeO2前驅(qū)體(十水草酸鈰)是生產(chǎn)CeO2的常用手段之一,可以在較短時間內(nèi)獲得均勻的高純度的CeO2粉末,且兼具成本低、設(shè)備簡單等優(yōu)勢[5-7]。前驅(qū)體(十水草酸鈰)常用的制備方法是通過硝酸鈰溶液與草酸溶液進行反應結(jié)晶得到十水草酸鈰晶體。因此,研究十水草酸鈰的結(jié)晶過程對于十水草酸鈰的工業(yè)生產(chǎn)是十分重要的。

晶體成核和生長是一個復雜的過程,其相關(guān)機理的研究一直是很多研究者關(guān)注的焦點[8,9]。目前,國內(nèi)外針對草酸鈰反應結(jié)晶的研究大多關(guān)注于操作條件(如溫度、濃度、酸度、攪拌)對于最終晶體產(chǎn)品晶習的影響[10,11],在晶體成核和生長方面多集中于探究操作條件對成核或生長速率的影響[12,13],而動力學方程和動力學參數(shù)的相關(guān)研究則比較缺乏。本工作對十水草酸鈰的結(jié)晶動力學進行研究,確定了成核和生長動力學方程及動力學參數(shù),對深入了解結(jié)晶過程的機理以及控制十水草酸鈰的粒度和粒度分布具有重要的理論價值,同時能夠為設(shè)計、分析和模擬工業(yè)結(jié)晶器提供相關(guān)的成核和生長動力學數(shù)據(jù)[14-18]。……