CN109022767A - 稀土沉淀装置和稀土沉淀方法 - Google Patents

稀土沉淀装置和稀土沉淀方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种稀土沉淀装置和稀土沉淀方法。该稀土沉淀装置包括：沉淀容器，具有本体和本体围成的容纳腔；供料器，向的沉淀容器的容纳腔提供稀土料液和沉淀剂；搅拌器，具有搅拌桨，搅拌桨设置在容纳腔中；以及密封盖，密封盖可拆卸地设置在本体的顶部将容纳腔密封。本申请通过设置密封盖增加反应空间内的压强，增强了沉淀反应正向进行，促进了雏晶的形成，同时却减慢了沉淀晶体生长速度，使沉淀样品粒径相对较小、晶化率较低，沉淀样品中杂质包含较少；其次，密闭操作可改善操作环境，并沉淀剂和稀土料液以相对稳定的比例参与反应，提高了沉淀剂的使用效率；最后，密闭操作中可增强搅拌强度，液相pH分布均匀，促使晶体粒径生长更加均一。

Description

稀土沉淀装置和稀土沉淀方法
技术领域
本发明涉及稀土生产领域，具体而言，涉及一种稀土沉淀装置和稀土沉淀方法。
背景技术
稀土矿经过浸出和萃取步骤生产过程后期，还需将稀土料液进行沉淀净化。沉淀工艺中有正序加料、共同加料和反序加料。不同加料方式对沉淀物的晶型、晶体大小、分布都有影响。正序加料中将稀土沉淀剂加入到稀土料液或反序加料将稀土料液加入到稀土沉淀剂中都会由于局部某反应物浓度过高而影响稀土沉淀晶体沉淀质量，进而影响后续过滤和洗涤步骤的进行。
比如，目前存在的稀土沉淀装置中，大多数都将沉淀剂向稀土草酸盐或氯化盐等稀土料液中通过加入或滴入，导致溶液初期不能混匀问题；而且稀土草酸盐或氯化盐在沉淀过程中，由于原料和沉淀剂混合不均会导致局部区域的pH或料浓度过小或过大，致使稀土沉淀雏晶颗粒大小不一；现有的共同加料方式中稀土料液与沉淀剂的接触面同样较小。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种稀土沉淀装置和稀土沉淀方法，以解决现有技术中的稀土沉淀装置得到的稀土结晶质量不稳定的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种稀土沉淀装置，包括：沉淀容器，具有本体和本体围成的容纳腔；供料器，向的沉淀容器的容纳腔提供稀土料液和沉淀剂；搅拌器，具有搅拌桨，搅拌桨设置在容纳腔中；以及密封盖，密封盖可拆卸地设置在本体的顶部将容纳腔密封。
进一步地，上述密封盖为溢流罩或空气冷凝罩。
进一步地，上述供料器包括相互独立设置的：稀土料液供料器，向沉淀容器的容纳腔提供稀土料液；沉淀剂供料器，向沉淀容器的容纳腔提供沉淀剂。
进一步地，上述稀土料液供料器和沉淀剂供料器各自独立地包括：供料管；喷淋头，与供料管相连，喷淋头的喷嘴朝向容纳腔设置。
进一步地，上述喷淋头与容纳腔底部的距离为容纳腔深度的2/3以上。
进一步地，上述沉淀容器内还设置有挡板，挡板设置在本体的内壁上，优选挡板靠近喷淋头所在位置设置。
进一步地，上述挡板为可拆卸的矩形挡板，且挡板的顶端所在位置高于喷淋头所在位置，底端所在位置低于容纳腔的1/3深度。
进一步地，上述稀土沉淀装置还包括自动控制设备，沉淀容器还设置有：pH计，pH计用于检测沉淀容器内物料的pH值，pH计与自动控制设备电连接，自动控制设备接收pH计检测的pH值并根据pH值向供料器发送指令来对沉淀容器内物料的pH值进行调节。
进一步地，上述稀土沉淀装置还包括：温度控制器，与沉淀容器相连，控制沉淀容器内物料的温度；优选温度控制器为控温夹套，控温夹套套设在本体的外表面。
进一步地，上述温度控制器与自动控制设备电连接，沉淀容器还设置有：热电偶，热电偶用于检测沉淀容器内物料的温度，热电偶与自动控制设备电连接，自动控制设备接收热电偶检测的温度并根据温度向温度控制器发送指令来对沉淀容器内物料的温度进行调节。
进一步地，上述稀土沉淀装置设置有压力控制器用于调节沉淀容器内的压强，优选压力控制器设置在密封盖上，进一步优选压力控制器与自动控制设备电连接。
根据本申请另一种典型的实施方式中，提供了一种稀土沉淀方法，稀土沉淀方法包括：将沉淀剂和待沉淀的稀土料液在密闭环境中进行沉淀反应，得到稀土沉淀。
进一步地，上述沉淀反应过程中，控制密闭环境的压强在-0.1～1MPa。
进一步地，上述稀土沉淀方法包括：在搅拌条件下将沉淀剂和稀土料液喷入密闭的沉淀容器中以进行沉淀反应。
进一步地，上述沉淀剂的喷射速度为5～100mL/min，稀土料液的喷射速度为5～100mL/min，优选沉淀剂在沉淀容器底部的喷射面和稀土料液在沉淀容器底部的喷射面重叠70～95％。
进一步地，上述搅拌的速率为-500～500rpm。
进一步地，上述沉淀容器内还设置有挡板，挡板可拆卸地设置在沉淀容器的内壁上，优选挡板靠近沉淀剂和稀土料液的喷淋口所在位置设置。
进一步地，上述挡板为可拆卸的矩形挡板，且挡板的顶端所在位置高于喷淋口所在位置，底端所在位置低于沉淀容器的1/3深度。
进一步地，上述沉淀反应的pH值为1.5～9。
进一步地，上述稀土料液为稀土草酸盐水溶液或稀土氯化物水溶液，沉淀剂为氨水、氯化铵、碳酸氢铵、氟化氨、草酸、硫化钠中的任意一种或多种。
进一步地，上述沉淀反应的温度为15～300℃。
应用本发明的技术方案，本申请通过设置密封盖增加反应空间内的压强，首先在一定程度上增强了沉淀反应正向进行，促进了雏晶的形成，同时却减慢了沉淀晶体生长速度，使沉淀样品粒径相对较小、晶化率较低，沉淀样品中杂质包含较少；其次，密闭操作可改善操作环境，避免了沉淀反应过程中热量逸出导致的沉淀剂有效成分或水分的逸出，使得沉淀反应中沉淀剂和稀土料液以相对稳定的比例参与反应，提高了沉淀剂的使用效率；最后，密闭操作中可增强搅拌强度，稀土料液与沉淀剂混合接触时间更短，液相pH分布均匀，促使晶体粒径生长更加均一。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的一种实施方式提供的稀土沉淀装置的结构示意图；以及
图2示出了根据本发明实施例3以及对比例1的沉淀样品的X射线衍射谱图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、沉淀容器；11、挡板；12、热电偶；13、pH计；
20、供料器；21、供料管；22、喷淋头；
30、搅拌器；40、温度控制器；50、密封盖；60、自动控制设备；70、压力控制器。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本申请技术人员在对沉淀过程研究后发现，由于稀土沉淀过程通常是放热反应，沉淀过程中的热量的挥发会导致沉淀剂中有效成分挥发，使得实际参与沉淀反应的沉淀剂和稀土比例失衡，进而导致稀土结晶沉淀质量不稳定；或者热量的挥发会导致沉淀剂和稀土料液中水分的挥发，使得参与沉淀反应的沉淀剂和稀土的浓度发生变化，进而导致稀土结晶沉淀不稳定。为了解决该问题，本申请提供了一种稀土沉淀装置。如图1所示，该稀土沉淀装置包括沉淀容器10、供料器20、搅拌器30和密封盖50，沉淀容器10具有本体和本体围成的容纳腔；供料器20向的沉淀容器10的容纳腔提供稀土料液和沉淀剂；搅拌器30具有搅拌桨，搅拌桨设置在容纳腔中；密封盖50可拆卸地设置在本体的顶部将容纳腔密封。
本申请通过设置密封盖50增加反应空间内的压强，首先在一定程度上增强了沉淀反应正向进行，促进了雏晶的形成，同时却减慢了沉淀晶体生长速度，使沉淀样品粒径相对较小、晶化率较低，沉淀样品中杂质包含较少；其次，密闭操作可改善操作环境，避免了沉淀反应过程中热量逸出导致的沉淀剂有效成分或水分的逸出，使沉淀反应中沉淀剂和稀土料液以相对稳定的比例参与反应，提高了沉淀剂的使用效率；最后，密闭操作中可增强搅拌强度，稀土料液与沉淀剂混合接触时间更短，液相pH分布均匀，促使晶体粒径生长更加均一。
上述密封盖50的实施方式可以有多种，为了提高对逸出气体的回流效果，优选上述密封盖50为溢流罩或空气冷凝罩。
在一种实施例中，如图1所示，上述供料器20包括相互独立设置的稀土料液供料器和沉淀剂供料器，稀土料液供料器向沉淀容器10的容纳腔提供稀土料液；沉淀剂供料器向沉淀容器10的容纳腔提供沉淀剂。上述供料器20的具体形式可以为供料管21，进料管的末端可以设置在容纳腔的上部或下部，具体设置可以参考现有技术。通过控制稀土料液供料器和沉淀剂供料器各自的供料速度，来调节沉淀容器中物料的pH值，进而进行高效率沉淀。
为了增加稀土料液和沉淀剂的混合均匀性，优选如图1所示，上述稀土料液供料器和沉淀剂供料器各自独立地包括供料管21和喷淋头22，喷淋头22与供料管21相连，喷淋头22的喷嘴朝向容纳腔设置。利用喷淋头22以喷淋的方式将稀土料液和沉淀剂喷入容纳腔中，使得二者的接触面积增大，因此改善了二者的混合均匀性，进而避免了混合不均匀导致的局部区域pH值或物料浓度过大或过小导致的稀土沉淀雏晶颗粒大小不一的问题出现。
为了增加喷淋头22的分散效果，优选上述喷淋头22与容纳腔底部的距离为容纳腔深度的2/3以上。上述距离的设置使得喷淋液有足够的距离实现分散，进而进一步优化了物料的混合均匀性。
另外，为了避免喷淋液对沉淀容器10本体的物理损伤，优选如图1所示，上述沉淀容器10内还设置有挡板11，挡板11设置在本体的内壁上，优选挡板11靠近喷淋头22所在位置设置。利用挡板11对喷淋头22喷出的物料进行承接阻挡其直接溅射至本体内壁上，进而避免了其对本体内壁的物理损伤，延长了本体的使用寿命。
优选地，上述挡板11为可拆卸的矩形挡板11，且挡板11的顶端所在位置高于喷淋头22所在位置，底端所在位置低于容纳腔的1/3深度。以保证容纳腔足够的反应容积且利用挡板11对本体实现足够的保护作用。
在本申请另一种实施例中，如图1所示，上述稀土沉淀装置还包括自动控制设备60，
上述沉淀容器10还设置有pH计13，pH计13用于检测沉淀容器10内物料的pH值，pH计13与自动控制设备60电连接，自动控制设备60接收pH计13检测的pH值并根据pH值向供料器20发送指令来对沉淀容器10内物料的pH值进行调节。自动控制设备60接收pH计13检测的pH值并根据pH值向供料器20发送指令来对沉淀容器10内物料的pH值进行调节，比如调整沉淀剂的供应速度进而对沉淀容器10内物料的pH值实现调节。
此外，为了更稳定地控制沉淀反应的温度，优选在稀土沉淀装置上设置温度控制器40，其中温度控制器40与沉淀容器10相连，以实时控制沉淀容器10内物料的温度。利用该温度控制器40控制沉淀容器10内物料的温度，使得稀土沉淀过程放热反应导致的温度变化得到补偿，同时在容纳腔中设置搅拌桨使得稀土料液和沉淀剂的接触更均匀，且促进了放热反应产生的热量的向外传递，从而温度控制器40能够更准确、及时地对沉淀容器10内物料的温度进行调整，进而更有效地能够控制稀土沉淀反应在温度稳定的条件下进行，避免了放热反应的热量积聚导致温度上升进而导致稀土结晶质量不稳定的问题出现。
上述温度控制器40的可以为多种形式，比如盘管式换热器，优选上述温度控制器40为控温夹套，控温夹套套设在本体的外表面。将温度控制器40设置为控温夹套，从而能够以包裹的形式设置在本体的外表面，从而实现对整个沉淀容器10内物料温度的调整。
为了提高自动化程度，优选上述温度控制器40与自动控制设备60电连接，如图1所示，沉淀容器10还设置有热电偶12，热电偶12用于检测沉淀容器10内物料的温度，热电偶12与自动控制设备60电连接，自动控制设备60接收热电偶12检测的温度并根据温度向温度控制器40发送指令来对沉淀容器10内物料的温度进行调节。通过设置自动控制设备60和热电偶12，并且利用自动控制设备60接收热电偶12检测的温度并根据温度向温度控制器40发送指令来对沉淀容器10内物料的温度进行调节，实现了对温度的实时、自动监控，提高了稀土沉淀装置工作自动化程度和可控性。
在本申请另一种实施例中，优选上述稀土沉淀装置设置有压力控制器70用于调节沉淀容器内的压强，优选压力控制器70设置在密封盖50上，进一步优选压力控制器70与自动控制设备60电连接。通过压力控制器70的设置，可以根据实际的压强变化以及反应进程对反应压强进行实时调节，避免了密闭环境中压强过高。
在本申请另一种典型的实施方式中，提供了一种稀土沉淀方法，稀土沉淀方法包括：将沉淀剂和待沉淀的稀土料液在密闭环境中进行沉淀反应，得到稀土沉淀。
本申请通过将沉淀剂和待沉淀的稀土料液在密闭环境中进行沉淀反应，通过增加密闭空间内的压强，首先在一定程度上增强了沉淀反应正向进行，促进了雏晶的形成，但同时却减慢了沉淀晶体生长速度，使沉淀样品粒径相对较小、晶化率较低，沉淀样品中杂质包含较少；其次，密闭操作不仅可改善操作环境，避免了沉淀反应过程中热量逸出导致的沉淀剂有效成分或水分的逸出，从而使得沉淀反应中参与反应的沉淀剂和稀土料液以相对稳定的比例参与反应，提高了沉淀剂的使用效率；最后，密闭操作中可增强搅拌强度，稀土料液与沉淀剂混合接触时间更短，液相pH分布均匀，促使晶体粒径生长更加均一。
优选地，上述沉淀反应过程中，控制密闭环境的压强在-0.1～1MPa。
在本申请一种实施例中，稀土沉淀方法包括：在搅拌条件下将沉淀剂和稀土料液喷入密闭的沉淀容器中以进行沉淀反应。以喷淋的方式将稀土料液和沉淀剂喷入沉淀容器中，使得二者的接触面积增大，因此改善了二者的混合均匀性，进而避免了混合不均匀导致的局部区域pH值或物料浓度过大或过小导致的稀土沉淀雏晶颗粒大小不一的问题出现。而且，在沉淀反应过程中进行搅拌，进一步改善了二者的混合均匀性。
为了使所喷入的沉淀剂和稀土料液充分反应，进一步优选上述沉淀剂的喷射速度为5～100mL/min，优选为5～50mL/min，稀土料液的喷射速度为5～100mL/min，优选为5～50mL/min，优选沉淀剂在沉淀容器底部的喷射面和稀土料液在沉淀容器底部的喷射面重叠70～95％。通过控制稀土料液和沉淀剂各自的喷射速度，来调节沉淀物料的pH值，进而进行高效率沉淀。
优选地，为了在保证结晶过程中已经形成的晶体稳定性，并尽可能改善未参与反应的沉淀剂和稀土料液的混合均匀性，优选上述搅拌的速率为-500～500rpm，优选-300～300rpm，即顺时针或逆时针转向均可，速度控制在500rpm内。
为了避免喷淋液对沉淀容器器壁的物理损伤，沉淀容器内还设置有挡板，挡板可拆卸地设置在沉淀容器的内壁上，优选挡板靠近沉淀剂和稀土料液的喷淋口所在位置设置。利用挡板对喷出的物料进行承接阻挡其直接溅射至内壁上，进而避免了其对内壁的物理损伤，延长了本体的使用寿命。
优选地，上述挡板为可拆卸的矩形挡板，且挡板的顶端所在位置高于喷淋口所在位置，底端所在位置低于沉淀容器的1/3深度。以保证沉淀容器具有足够的反应容积且利用挡板对沉淀容器实现足够的保护作用。
为了较完全沉淀稀土料液和增加雏晶量的形成，以得到较高均一性的沉淀样品，优选沉淀反应的pH值为1.5～9。
在本申请另一种实施例中，上述稀土料液为稀土草酸盐水溶液或稀土氯化物水溶液，沉淀剂为氨水、氯化铵、碳酸氢铵、氟化氨、草酸、硫化钠中的任意一种或多种。
此外，为了进一步进沉淀反应的进行以及晶粒的正常生长，优选沉淀反应的温度为15～300℃。一般而言，温度越高，所得稀土沉淀的粒径越小，比如可以制备纳米级稀土沉淀，
以下将结合实施例和对比例进行说明本申请的有益效果。
实施例1
采用图1所示的稀土沉淀装置进行如下过程。
将稀土溶液(具体成分如表1所示)与稀土沉淀剂(浓度为12wt％的氨水)分别通过进料器按10mL/min和9mL/min的速率打入到沉淀槽中，稀土沉淀剂在沉淀容器底部的喷射面和稀土溶液在沉淀容器底部的喷射面重叠70～95％，沉淀温度设定在50℃，并且利用温度控制器进行温度的实施调节；经沉淀完成后，继续保温30min。沉淀过程中沉淀槽利用空气冷凝罩密闭，并利用压力控制器实施调节密闭环境的压强为0.1MPa。沉淀过程中物料的pH值由pH计进行监测，并控制pH值在7～8之间，沉淀过程通过电机驱动搅拌桨转动，顺时针和逆时针方向的转速为20～300rpm。利用XRF分析的沉淀样品化学组成如表2结果所示。表3为采用激光粒度分析仪对样品的粒度的分析结果。实验结果表明在上述温度下沉淀，所得样品的沉淀粒径中位径(D50)较大。
表1(ppm)
REEs Al Fe Cu Co Cr Mg Mn Ni Ti
17035.0 100.0 40.0 100.0 45.0 840.0 150.0 90.0 25.0 110.0
表2(wt％，所有数据加和为100％)
O REEs S Cr Ca Fe Al Th Si 其他
42.506 42.026 12.588 2.020 0.345 0.167 0.085 0.058 0.051 余量
表3
中位径(D50)：15.55μm 体积平均径：29.68μm 面积平均径：3.977μm 遮光率：13.45％
跨度：5.006 长度平均径：0.930μm 比表面积：558.6m2/kg 拟合残差：0.350％
实施例2
将稀土溶液(具体成分如表1所示)与稀土沉淀剂(浓度为14wt％的铵水溶液)分别通过进料器按10mL/min和9mL/min的速率打入到沉淀槽中，沉淀温度设定在90℃，并且利用温度控制器进行温度的实施调节沉淀；经沉淀完成后，继续保温30min。沉淀过程中沉淀槽利用空气冷凝罩密闭，并利用压力控制器实施调节密闭环境的压强为0.15MPa。沉淀过程中物料的pH值由pH计进行监测，并控制pH值在7～8之间，沉淀过程通过电机驱动搅拌桨转动，顺时针和逆时针方向的转速为20～300rpm。利用XRF分析的沉淀样品化学组成如表4结果所示。样品粒度分析方法同上，其测试结果如表5及其粒径累积分布图所示。测试结果表明，在密闭环境90℃下沉淀样品，中位径为8.079μm，样品粒径偏小。
表4(wt％，所有数据加和为100％)
表5
实施例3
与实施例1不同之处在于沉淀温度设定在60℃。稀土沉淀剂为浓度为0.25～0.35mol/L的草酸。利用XRF分析的沉淀样品化学组成如表7结果所示。粒度分析方法同上，粒径分布信息如表6所示。
表6
中位径(D50)：14.01μm 体积平均径：26.14μm 面积平均径：3.456μm 遮光率：13.56％
跨度：4.941 长度平均径：0.829μm 比表面积：642.8m2/kg 拟合残差：0.455％
对比例1
与实施例3的不同之处在于，沉淀过程没有密闭。利用XRF分析的沉淀样品化学组成如表7结果所示。分析发现，非密闭样品中杂质元素含量较密闭样品中杂质元素含量高，其原因可能是非密闭样品粒径生长较快物理包裹了溶液中的较多杂质物质。粒度分析方法同上，粒径分布信息如表8所示。根据表6和表8的数据比较可以看出，在沉淀样品粒径上，实施例3密封下得到样品相比对比例1非密闭沉淀所得样品粒径相对较小。
表7(wt％，所有数据加和为100％)
表8
中位径(D50)：16.06μm 体积平均径：29.47μm 面积平均径：4.027μm 遮光率：13.16％
跨度：4.738 长度平均径：0.918μm 比表面积：551.7m2/kg 拟合残差：0.346％
另外，采用X射线衍射仪对上述实施例3和对比例1沉淀得到的样品结构进行检测，检测结果见图2。
对比例2
与实施例1不同之处在于，将喷淋头替换为管路，且管路延伸至容纳强深度的1/2处。利用XRF分析的沉淀样品化学组成如表9结果所示。采用管路延伸至容纳强深度的1/2处沉淀样品中杂质元素含量较实施例1中杂质元素高。
表9(wt％，所有数据加和为100％)
O REEs S Cr Ca Fe Al Th Si 其他
40.501 41.234 14.235 2.371 0.338 0.128 0.108 0.055 0.062 余量
实施例4
与实施例1不同在于，沉淀温度设定在300℃，并且利用温度控制器进行温度的实施调节。将干燥后的沉淀物用200目筛子筛除，得到细粉状样品。利用XRF分析的沉淀样品化学组成如表10结果所示。表11为采用激光粒度分析仪对样品的粒度的分析结果。
表10(wt％，所有数据加和为100％)
表11
样品粒径(nm) 样品平均BET比表面积
10～40nm 48m2·g-1
实施例5
与实施例1不同在于，沉淀温度设定在15℃，并且利用温度控制器进行温度的实施调节。利用XRF分析的沉淀样品化学组成如表12结果所示。表13为采用激光粒度分析仪对样品的粒度的分析结果。
表12(wt％，所有数据加和为100％)
O REEs S Cr Ca Fe Al Th Si 其他
42.426 42.337 11.882 2.08 0.627 0.231 0.178 0.063 0.102 余量
表13
中位径(D50)：15.75μm 体积平均径：30.02μm 面积平均径：3.876μm 遮光率：12.33％
跨度：5.423 长度平均径：0.947μm 比表面积：508.4m2/kg 拟合残差：0.38％
实施例6
与实施例1不同在于，沉淀过程中沉淀槽利用空气冷凝罩密闭，并利用压力控制器实施调节密闭环境的压强为1MPa。利用XRF分析的沉淀样品化学组成如表14结果所示。表15为采用激光粒度分析仪对样品的粒度的分析结果。
表14(wt％，所有数据加和为100％)
O REEs S Cr Ca Fe Al Th Si 其他
44.426 46.336 5.882 1.88 0.527 0.241 0.128 0.073 0.072 0.433
表15
实施例7
与实施例1不同在于，沉淀过程中物料的pH值由pH计进行监测，并控制pH值在1.5～4之间。利用XRF分析的沉淀样品化学组成如表16结果所示。表17为采用激光粒度分析仪对样品的粒度的分析结果。
表16(wt％，所有数据加和为100％)
表17
中位径(D50)：12.73μm 体积平均径：27.79μm 面积平均径：3.734μm 遮光率：11.642％
跨度：5.001 长度平均径：0.899μm 比表面积：565.8m2/kg 拟合残差：0.258％
实施例8
与实施例1不同在于，沉淀过程中物料的pH值由pH计进行监测，并控制pH值在8～9之间。利用XRF分析的沉淀样品化学组成如表18结果所示。表19为采用激光粒度分析仪对样品的粒度的分析结果。
表18(wt％，所有数据加和为100％)
O REEs S Cr Ca Fe Al Th Si 其他
42.820 43.083 11.89 1.839 0.026 0.028 0.062 0.067 0.042 余量
表19
中位径(D50)：17.32μm 体积平均径：31.33μm 面积平均径：4.028μm 遮光率：11.76％
跨度：5.138 长度平均径：0.928μm 比表面积：529.3m2/kg 拟合残差：0.391％
实施例9
与实施例1不同在于，沉淀过程中物料的pH值由pH计进行监测，并控制pH值在9.5左右。利用XRF分析的沉淀样品化学组成如表20结果所示。表21为采用激光粒度分析仪对样品的粒度的分析结果。
表20(wt％，所有数据加和为100％)
O REEs S Cr Ca Fe Al Th Si 其他
42.259 44.801 8.965 2.001 0.092 0.137 0.058 0.069 0.039 余量
表21
中位径(D50)：16.33μm 体积平均径：29.78μm 面积平均径：3.988μm 遮光率：12.28％
跨度：5.322 长度平均径：0.928μm 比表面积：504.8m2/kg 拟合残差：0.287％
实施例10
与实施例1不同在于，沉淀温度设定在10℃，并且利用温度控制器进行温度的实施调节。利用XRF分析的沉淀样品化学组成如表22结果所示。表23为采用激光粒度分析仪对样品的粒度的分析结果。固液分离中，由于沉淀物粘稠，过滤速率较慢。
表22(wt％，所有数据加和为100％)
O REEs S Cr Ca Fe Al Th Si 其他
41.844 40.312 12.178 3.87 0.856 0.674 0.081 0.061 0.048 余量
表23
中位径(D50)：12.38μm 体积平均径：27.87μm 面积平均径：3.642μm 遮光率：11.89％
跨度：5.001 长度平均径：0.898μm 比表面积：580.4m2/kg 拟合残差：0.289％
实施例11
与实施例1不同在于，沉淀温度设定在310℃，并且利用温度控制器进行温度的实施调节。利用XRF分析的沉淀样品化学组成如表24结果所示。表25为采用激光粒度分析仪对样品的粒度的分析结果。
表24(wt％，所有数据加和为100％)
表25
样品粒径(nm) 样品平均BET比表面积
10～45nm 40m2·g-1
实施例12
与实施例1不同在于，沉淀过程中沉淀槽利用空气冷凝罩密闭，并利用压力控制器实施调节密闭环境的压强为1.2MPa。利用XRF分析的沉淀样品化学组成如表26结果所示。表27为采用激光粒度分析仪对样品的粒度的分析结果。
表26(wt％，所有数据加和为100％)
O REEs S Cr Ca Fe Al Th Si 其他
42.427 43.836 9.082 1.88 0.526 0.541 0.124 0.075 0.076 1.433
表27
中位径(D50)：7.12μm 体积平均径：20.62μm 面积平均径：2.068μm 遮光率：11.89％
跨度：4.052 长度平均径：0.866μm 比表面积：582.5m2/kg 拟合残差：0.364％
实验结果表明，进料方式以及沉淀槽打开和密闭对实验样品成分不仅有影响，而且对实验沉淀结晶的形态也产生了影响，其中沉淀槽密闭的实验样品晶化率较沉淀槽打开的实验样品低。密闭操作时，控制反应空间内的压强，如增大或减小。在本实验中，通过增加反应空间内的压强，首先在一定程度上增强了沉淀反应正向进行，促进了雏晶的形成，但同时却减慢了沉淀晶体生长速度，使沉淀样品粒径相对较小、晶化率较低，沉淀样品中杂质包含较少；其次，密闭操作不仅可改善操作环境，同时可提高稀土沉淀剂如草酸、碳酸沉淀剂的使用效率；最后，密闭操作中可增强搅拌强度，稀土料液与沉淀剂混合接触时间更短，液相pH分布均匀，促使晶体粒径生长更加均一。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
本申请通过设置密封盖增加反应空间内的压强，首先在一定程度上增强了沉淀反应正向进行，促进了雏晶的形成，但同时却减慢了沉淀晶体生长速度，使沉淀样品粒径相对较小、晶化率较低，沉淀样品中杂质包含较少；其次，密闭操作可改善操作环境，避免了沉淀反应过程中热量逸出导致的沉淀剂有效成分或水分的逸出，使沉淀反应中沉淀剂和稀土料液以相对稳定的比例参与反应，提高了沉淀剂的使用效率；最后，密闭操作中可增强搅拌强度，稀土料液与沉淀剂混合接触时间更短，液相pH分布均匀，促使晶体粒径生长更加均一。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种稀土沉淀装置，其特征在于，包括：
沉淀容器(10)，具有本体和本体围成的容纳腔；
供料器(20)，向所述的沉淀容器(10)的容纳腔提供稀土料液和沉淀剂；
搅拌器(30)，具有搅拌桨，所述搅拌桨设置在所述容纳腔中；以及
密封盖(50)，所述密封盖(50)可拆卸地设置在所述本体的顶部将所述容纳腔密封。
2.根据权利要求1所述的稀土沉淀装置，其特征在于，所述密封盖(50)为溢流罩或空气冷凝罩。
3.根据权利要求1所述的稀土沉淀装置，其特征在于，所述供料器(20)包括相互独立设置的：
稀土料液供料器，向所述沉淀容器(10)的容纳腔提供稀土料液；
沉淀剂供料器，向所述沉淀容器(10)的容纳腔提供沉淀剂。
4.根据权利要求3所述的稀土沉淀装置，其特征在于，所述稀土料液供料器和所述沉淀剂供料器各自独立地包括：
供料管(21)；
喷淋头(22)，与所述供料管(21)相连，所述喷淋头(22)的喷嘴朝向所述容纳腔设置。
5.根据权利要求4所述的稀土沉淀装置，其特征在于，所述喷淋头(22)与所述容纳腔底部的距离为所述容纳腔深度的2/3以上。
6.根据权利要求4所述的稀土沉淀装置，其特征在于，所述沉淀容器(10)内还设置有挡板(11)，所述挡板(11)设置在所述本体的内壁上，优选所述挡板(11)靠近所述喷淋头(22)所在位置设置。
7.根据权利要求6所述的稀土沉淀装置，其特征在于，所述挡板(11)为可拆卸的矩形挡板(11)，且所述挡板(11)的顶端所在位置高于所述喷淋头(22)所在位置，底端所在位置低于所述容纳腔的1/3深度。
8.根据权利要求1所述的稀土沉淀装置，其特征在于，所述稀土沉淀装置还包括自动控制设备(60)，所述沉淀容器(10)还设置有：
pH计(13)，所述pH计(13)用于检测所述沉淀容器(10)内物料的pH值，所述pH计(13)与所述自动控制设备(60)电连接，所述自动控制设备(60)接收所述pH计(13)检测的pH值并根据所述pH值向所述供料器(20)发送指令来对所述沉淀容器(10)内物料的pH值进行调节。
9.根据权利要求8所述的稀土沉淀装置，其特征在于，所述稀土沉淀装置还包括：
温度控制器(40)，与所述沉淀容器(10)相连，控制所述沉淀容器(10)内物料的温度；优选所述温度控制器(40)为控温夹套，所述控温夹套套设在所述本体的外表面。
10.根据权利要求9所述的稀土沉淀装置，其特征在于，所述温度控制器(40)与所述自动控制设备(60)电连接，所述沉淀容器(10)还设置有：
热电偶(12)，所述热电偶(12)用于检测所述沉淀容器(10)内物料的温度，所述热电偶(12)与所述自动控制设备(60)电连接，所述自动控制设备(60)接收所述热电偶(12)检测的温度并根据所述温度向所述温度控制器(40)发送指令来对所述沉淀容器(10)内物料的温度进行调节。
11.根据权利要求8所述的稀土沉淀装置，其特征在于，所述稀土沉淀装置设置有压力控制器(70)用于调节所述沉淀容器内的压强，优选所述压力控制器(70)设置在所述密封盖(50)上，进一步优选所述压力控制器(70)与所述自动控制设备(60)电连接。
12.一种稀土沉淀方法，其特征在于，所述稀土沉淀方法包括：
将沉淀剂和待沉淀的稀土料液在密闭环境中进行沉淀反应，得到稀土沉淀。
13.根据权利要求12所述的稀土沉淀方法，其特征在于，所述沉淀反应过程中，控制所述密闭环境的压强在-0.1～1MPa。
14.根据权利要求12所述的稀土沉淀方法，其特征在于，所述稀土沉淀方法包括：
在搅拌条件下将所述沉淀剂和所述稀土料液喷入密闭的沉淀容器中以进行所述沉淀反应。
15.根据权利要求14所述的稀土沉淀方法，其特征在于，所述沉淀剂的喷射速度为5～100mL/min，所述稀土料液的喷射速度为5～100mL/min，优选所述沉淀剂在所述沉淀容器底部的喷射面和所述稀土料液在所述沉淀容器底部的喷射面重叠70～95％。
16.根据权利要求14所述的稀土沉淀方法，其特征在于，所述搅拌的速率为-500～500rpm。
17.根据权利要求14所述的稀土沉淀方法，其特征在于，所述沉淀容器内还设置有挡板，所述挡板可拆卸地设置在所述沉淀容器的内壁上，优选所述挡板靠近所述沉淀剂和所述稀土料液的喷淋口所在位置设置。
18.根据权利要求17所述的稀土沉淀方法，其特征在于，所述挡板为可拆卸的矩形挡板，且所述挡板的顶端所在位置高于所述喷淋口所在位置，底端所在位置低于所述沉淀容器的1/3深度。
19.根据权利要求14所述的稀土沉淀方法，其特征在于，所述沉淀反应的pH值为1.5～9，优选所述沉淀反应的温度为15～300℃。
20.根据权利要求12所述的稀土沉淀方法，其特征在于，所述稀土料液为稀土草酸盐水溶液或稀土氯化物水溶液，所述沉淀剂为氨水、氯化铵、碳酸氢铵、氟化氨、草酸、硫化钠中的任意一种或多种。
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