DE2915396A1

DE2915396A1 - Verfahren zur herstellung von yttriumoxid mit besonders grossen partikeln

Info

Publication number: DE2915396A1
Application number: DE19792915396
Authority: DE
Inventors: Martin Dugan; Norvald Gjelsvik
Original assignee: FORSKNINGSGRUPPE FOR SJELDNE JORDARTER
Current assignee: FORSKNINGSGRUPPE FOR SJELDNE JORDARTER
Priority date: 1978-04-14
Filing date: 1979-04-14
Publication date: 1979-10-31
Also published as: FR2422594B1; DE2915396C2; JPS5747133B2; NO781307L; NL7902934A; NO140925B; NO140925C; GB2018760A; JPS5515987A; GB2018760B; US4238467A; FR2422594A1

Description

Verfahren zur Herstellung von Yttriumoxid mit besonders großen Partikeln.

Gewöhnliches, kommerziell zugängliches Yttriumoxid hat eine Partikelgröße zwischen 1 und 2C μ. Dieses Oxid "besteht aber aus sehr ungleichmäßigen Partikeln. Es ist deshalb schwierig, dieses Oxid ' aus Silos etc. zu speisen, da es klumpt, sodaß das Material nicht gleichmäßig strömt. Ferner ballt sich das Pulver schlecht, sodaß ' das Material oft ein größeres Volumen einnimmt als erforderlich. Dies macht sich besonders bemerkbar, wenn man Yttriumoxid schmelzen will und möglichst viel Oxid in einen !Tiegel bestimmter Größe zu füllen wünscht.

Yttriumoxid wird normalerweise durch Ausfällung von Yttriumoxalati dadurch hergestellt, daß eine Lösung von Yttriuiaionen mit Oxalationen durch ein Zusammenbringen derselben in fester oder aufgelöster iOrm vorgenommen wird. Obwohl beim fällen große, wohlge- , bildete Kristalle von Yttriumoxalat entstehen, fallen diese bei einem gleich hinterher erfolgenden Trocknen und Glühen auseinan- i der und ergeben ein Oxid mit kleinerer Partikelgröße als im aus- ' gefällten Oxalat. Hierdurch entsteht das oben beschriebene Oxid t mit einer Partikelgröße zwischen 1 und 20 μ mit unregelmäßigen _;

i Partikeln. [

Beim Verfahren der Erfindung wird die beim Zusammenbringen von Yttriumionen und Oxalationen entstehende Ausfällung bei einer j Temperatur von 90 bis etwa 100⁰G und während einer Zeitdauer von j 1/2 bis 24- Stunden gehalten. Das Oxalat wird dann in eine neue j Kristallform von einer mehr kubischen Gestalt umgebildet, die beim Glühen nicht ausexnanderfällt, sondern im großen und ganzen ihre Form bis zum fertigen Oxid behält. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit die Partikelgröße im fertigen Yttriumoxid durch Regulierung der Partikelgröße im Oxalat zu regeln. Diese Möglichkeit ist bei der Herstellung eines in bekannter Weise hergestellten Oxalats beschränkt. Es wird daher primär nicht darauf abgezielt, die Kristallgröße im Yttriumoxalat vor dem Glühen zu

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steigern, sondern einen Kristalltyp zu schaffen, der sieb, zu Oxic ohne auseinanderzufallen glühen läßt. Nur die Kristallgröße bei dem wohlbekannten Verfahren zu steigern, würde somit nicht genügen. Vielmehr ist es nötig, die Yttriumoxalat-Kristalle während einer gewissen Zeit warm zu halten.

Das Neue bei dem Verfahren der Erfindung ist, daß gleichzeitig mit der Steigerung der Kristallgröße eine Umkristallisaticn in eine neue Kristallstruktur stattfindet, die andere und bessere Eigenschaften hat als diejenigen, die vor der Wärmebehandlung vorhanden waren. Durch Regelung der Wärmebehandlungsdauer läßt sich die Größe der Partikeln im fertigen Oxid zu einem gewissen Grad bestimmen.

^: Durch das Verfahren der Erfindung sind Partikelgrößen von 5 bis 50 μ erzielt worden, wobei das Pulvergewicht des Oxid von 1,4 bis 1,8 kg/1 gegen etwa .1 kg/l für gewöhnliches Oxid gesteigert werden konnte. Bei Verwendung des neuen Oxides mit großen Partikeln hat man z.B. bis auf 1,8 kg in einen Tiegel voniLiter Inhalt einfüllen können, während man bei gewöhnlichem Oxid nur etwa 1 kg in denselben Tiegel einbringen konnte. Dies hat große Bedeutung beim Schmelzen von Yttriumoxid, indem das Fassungsvermögen eines Tiegels fast um das Doppelte gesteigert wird. Die Produzenten von Phosphorarten für das Fernsehen haben lange Zeit den Wunsch geäußert, ein Yttriumoxid mit größerer Partikelgröße anwenden zu können. Diesem Wunsch kann durch das Verfahren der Erfindung ent- ;sprechen werden.
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j Es hat sich auch gezeigt, daß gewöhnliches Yttriumoxid sich auf j Grund seiner Neigung zu kleben, schwer in einer automatischen j Pelletisieranlage pelletisieren läßt, weil das Oxid im Vorschubmechanismus nicht fließt, sondern an den Wänden klebt und auch Brücken und Hohlräume in den Silos bildet.

Das nach dem neuen Verfahren hergestellte Yttriumoxid hat fast keine Klebneigung , sondern fließt gleichmäßig in jeder Aufgabeeinrichtung, weist keine der dem gewöhnlichen Yttriumoxid eigenen Nachteile auf und läßt sich daher sowohl leicht als auch genau

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dosieren.

Die Wärmebehandlung kann unmittelbar nach, äer Ausfällung in der- ί selben oder einer eigenen Einrichtung stattfinden, ohne ein Tren-j nen von Kristallen und Lösung vorzunehmen. Man kann aber auch dig Kristalle absondern und waschen und danach die Umkristallisation j dadurch ausführen, daß. man sie mit einer Trocknung und Calcinierung kombiniert. Es gibt auch andere Möglichkeiten, und jede I praktische, als vorteilhaft gefundene Kombination von Ausfällung^ Wärmebehandlung, Trocknung und Calcinierung- wird von der Erfin- | dung gedeckt.

Es können für die Ausführung folgende Beispiele gegeben werden. ] Die im Oxid vorhandene Partikelgröße ist in μ (10 cm) angegeben.;

Beispiel 1

Einer 15 g T/l enthaltenden Yttriumnitratlösung wurde Oxalsäure zugegeben, bis der Yttriumgehalt annähernd als Oxalat ausgefällt war. Die Fällung wurde in zwei Teile geteilt. Der eine Teil wurde sofort gewaschen, getrocknet und zu Oxid geglüht. Der andere Teil

• wurde in der Mutterlauge 20 Stunden bei 95 "bis 100⁰C aufbewahrt. Die ursprünglichen Oxalat-Kristalle im wärmebehandelten Teil der Fällung waren dabei in einen neuen Typ umkristallisiert worden, dessen Form eine mehr kubische Gestalt hatte. Die Fällung wurde dann gewaschen, getrocknet und zu Oxid geglüht. Die Partikel-

; größe der fertigen Oxide wurde durch Sedimentation bestimmt. Das ^; Ergebnis ist aus folgender Tabelle ersichtlich:

^f Behandlung Gewichtsprozent weniger als angegebene Größe j des Oxalats 1μ 2μ 5μ 5μ 10μ 15μ 20μ

keine 0 11 30 55 96

bei etwa 100^σ0

während 20 Stunden 0 0 5 10 20 50 80 90

Beispiel 2

Das Yttriumoxalat wurde wie in Beispiel 1 angegeben ausgefällt, aber jetzt wurde die ganze Fällung gewaschen. Ein Teil wurde in

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Wasser aufgeschlämmt und bei 95 bis 10O⁰G während 20 Stunden ge- ; halten. Danach wurde dieser "eil filtriert, getrocknet und zu Oxid geglüht. Der andere Teil wurde sofort getrocknet und zu Oxid • geglüht. Die Partikelgrößenverteilung der beiden Oxidenpartien wurde wie nachstehend angegeben bestimmt:

Behandlung Gewichtsprozent weniger als angegebene Größe des Oxalats JlL_„?iL "?"μ 5~μ 10|Ι 20μ 30μ 40μ ;

keine 0 10 30 57 99

bei etwa 100°C

während 20 Stunden 0 2 33 67 95

Beispiel 3

Einer 15 g Y/l enthaltenden Yttriumnitratlösung wurde iimmoniumoxalat zugegeben, bis der Yttriumgehalt praktisch ganz als Oxalat ausgefällt war. Die Fällung wurde dann wie in Beispiel 2 behan- delt. Die Partikelgrößenverteilung in den fertigen Oxiden wurde wie nachstehend angegeben bestimmt:

Behandlung Gewichtsprozent weniger als angegebene Größe des Oxalats 1μ 2μ 3μ 5μ 10μ 20μ 30

keine O 9 32 64 95

bei etwa 10O⁰G

während 20 Stunden 0 3 20 60 90

Beispiel 4

Das Yttriumoxalat wurde wie in Beispiel 2 angegeben hergestellt und behandelt, aber hier wurden Proben nach 2, 3 und 4 Stunden entnommen. Die Partikelgrößenverteilung in den fertigen Oxiden wurde wie- nachstehend angegeben ermittelt:

• Behandlung Gewichtsprozent weniger als angegebene Größe des Oxalats . 1μ 2μ 3μ 5μ ΙΟμ 20μ 30μ

j keine O 9 27 58 95

! bei etwa 10O⁰C

; während 2 Stunden O 6 25 59 95

bei etwa 10O⁰C

j während 3 Stunden O 11 18 59 94

' bei etwa 10O⁰C

. währ end _4_Stunden O _ 1 4 47_ _91 95

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Beispiel 5

Eine Yttriumnitratlösung von 1 g X/l wurde mit Oxalsäure ausgefällt. Die Fällung wurde in drei Teile geteilt. Ein Teil wurde gewaschen und zu Oxid Nr. 1 geglüht. Ein anderer Teil wurde gewschen, in Wasser aufgeschlämmt und 20 Stunden lang bei 95 bis 10O⁰G gehalten^bevor oj? zu Oxid Hr. 2 geglüht wurde. Der dritte Teil wurde 20 Stunden lang bei 95 bis 100⁰C in der Mutterlauge gehalten. Danach wurde er gewaschen und zu Oxid Nr. 3 geglüht. Die Partikelgrößenverteilung wurde xcLe nachstehend angegeben ermittelt:

Oxid Gewichtsprozent weniger als angegebene Größe Fr. 1 2 3 5 10 15 20 30 40 50

1 2 16 38 68

Beispiel 6

Yttriumoxalat wurde ausgefällt und wie in Beispiel 5 behandelt. Is wurde aber eine Lösung benutzt, die 50 g Y/l enthielt. Die Partikelgrößenverteilung in den fertigen Oxiden wurde wie nachstehend angegeben ermittelt:

Oxid Gewichtsprozent weniger als angegebene Größe Hr. 1 2 3 5 10 15 20 30 40 ~50

1 O 13 40

3 8 20 32 34 35 40 65

jBeispiel 7

Das Yttriumoxalat wurde wie in Beispiel 1 angegeben hergestellt und behandelt. Dann wurde aber eine Yttriumchloridlösung von 15 g Y/l benutzt»; Die Partikelgrößenverteilung in den fertigen. Oxiden wurde wie nachstehend angegeben ermittelt:

98	3	7	24	55	92
O	O	0,5	2	3	98

66	95	31	50	86	97
5	17	32	34	35	40
8	20

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fBehandlung Gewichtsprozent weniger als angegebene Größe

j des Oxalats 1 2 3 5 10 20 30 40 50 ~

! keine 0 10 38 72 96

j bei etwa 100⁰G

! während 20

j Stunden 0 5 10 20 40 83 95

¹ Wie die Beispiele zeigen, kann sowohl die Korngröße als auch die

"Siebkurve" des Yttriumoxids beeinflußt werden durch die Bestim-' mung des Ortes und der Dauer der Wärmebehandlung sowie durch die ₍ Konzentration der Lösung der Xttriumverbindung und die Wahl der Qxalatverbindung für die Bildung des Xttriumoxalats.

; Die Reihenfolge der Yerfahrensschritte nach dem Fällen und vor ' dem Trocknen und Calcinieren kann sein: , die Wärmebehandlung in der Mutterlauge, das Trennen und gegebenen falls das Waschen oder

• das Trennen, gegebenenfalls das Waschen und die Wärmehandlung ^; oder
I das Trennen, die Wärmebehandlung und gegebenenfalls das Waschen.

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Claims

j IOrskningsgruppe for sjeldne Jordarter, ι Middelthunsgate 2?, IT Oslo 3

Patentansprüche

j 1) Verfahren zur Herstellung von Yttriuiaoxid mit besonders gro- ! Ben Partikeln durch Ausfällen eines aus Yttriumionen und Oxala- ! tionen entstandenen Yttriumoxalats, dessen Trocknen und Calcinie- ^; ren zu Oxid, dadurch gekennzeichnet, daß das ausgefällte Yttrium-

oxalat bei einer Temperatur von 90 bis etwa 1QO⁰C während 1/2 .bis 24- Stunden gehalten wird. j

■ 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ■ ^: Wärmebehandlung in der Mutterlauge vorgenommen wird. ;

5) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das ; ΐ aus der Mutterlauge abgetrennte Yttriumoxalat gewaschen wird, be4 ι vor es getrocknet und calciniert wird.

' 4) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das * von der Mutterlauge abgetrennte Oxalat der Wärmebehandlung unter- ; worfen wird.

5) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das , Oxalat vor der Wärmebehandlung gewaschen wird.

6) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmebehandelte Oxalat gewaschen wird, bevor es getrocknet und calciniert wird.

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