DE2915396C2

DE2915396C2 - Verfahren zur Herstellung von Yttriumoxid mit besonders großen Partikeln

Info

Publication number: DE2915396C2
Application number: DE2915396A
Authority: DE
Inventors: Martin Klöfta Dugan; Norvald Oslo Gjelsvik
Original assignee: FORSKNINGSGRUPPE FOR SJELDNE JORDARTER OSLO NO
Current assignee: FORSKNINGSGRUPPE FOR SJELDNE JORDARTER OSLO NO
Priority date: 1978-04-14
Filing date: 1979-04-14
Publication date: 1982-06-09
Also published as: JPS5515987A; JPS5747133B2; NO781307L; DE2915396A1; NO140925B; GB2018760B; US4238467A; FR2422594B1; NO140925C; NL7902934A; FR2422594A1; GB2018760A

Description

Gewöhnliches, kommerziell zugängliches Yttriumoxid hat eine Partikelgröße zwischen 1 und 20 μ. Dieses Oxid besteht aber aus sehr ungleichmäßigen Partikeln. Es ist deshalb schwierig, dieses Oxid aus Silos etc. zu speisen, da es klumpt, so daß das Material nicht 2a gleichmäßig strömt Ferner ballt sich das Pulver schlecht, so daß das Material oft ein größeres Volumen einnimmmt 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 Yttriumoxalat dadurch hergestellt, daß eine Lösung von Yttriumionen mit Oxalationen durch ein Zusammenbringen derselben in fester oder aufgelöster vorgenommen wird. Obwohl beim Fällen große, wohlgebildete Kristalle von Yttriumoxalat entstehen, fallen diese bei einem gleich hinterher erfolgenden Trocknen und Glühen auseinander und ergeben ein Oxid mit kleinerer Partikelgröße als im ausgefällten Oxalat. Hierdurch entsteht das oben beschriebene Oxid mit einer Partikelgröße zwischen 1 und 20 μ mit unregelmäßigen Partikeln.

Beim Verfahren der Erfindung wird die beim Zusammenbringen von Yttriumionen und Oxalationen entstehende Ausfällung bei einer Temperatur von 90 bis etwa 100°C und während einer Zeitdauer von '/2 bis 24 Stunden gehalten. Das Oxalat wird dann in eine neue Kristallform von einer mehr kubischen Gestalt umgebildet, die beim Glühen nicht auseinanderfällt, 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 ,0 Weise hergestellten Oxalats beschränkt. Es wird daher primär nicht darauf abgezielt, die Kristallgröße im Yttriumoxalat vor dem Glühen zu steigern, sondern einen Kristalltyp zu schaffen, der sich zu Oxid 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 Umkristallisation 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 Oxids von 1,4 bis 1,8 kg/1 gegen etwa 1 kg/1 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 von 1 Liter Inhalt einfüllen können, während man bei gewöhnlichen 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 Leuchtstoffen für das Fernsehen haben lange Zeit den Wunsch geäußert, ein Yttriumoxid mit größerer Partikelgröße anwenden zu können. Diesen Wunsch kann durch das Verfahren der Erfindung entsprochen werden.

Es hat sich auch gezeigt, daß gewöhnliches Yttriumoxid sich auf Grund seiner Neigung zu kleben, schwer in einer automatischen 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 dosieren.

Die Wärmebehandlung kann unmittelbar nach der Ausfällung in derselben oder einer eigenen Einrichtung stattfinden, ohne ein Trennen von Kristallen und Lösung vorzunehmen. Man kann aber auch die Kristalle absondern und waschen und danach die Umkristallisation ausführen.

Es können für die Ausführung folgende Beispiele gegeben werden. Die im Oxid vorhandene Partikelgröße ist in μ(10~⁶ cm) angegeben.

Beispiel 1

Einer 15gY/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 100°C 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 Partikelgröße der fertigen Oxide wurde durch Sedimentation bestimmt. Das Ergebnis ist aus folgender Tabelle ersichtlich:

29 \5 396

Behandlung
des Oxalats

Gewichtsprozent weniger als angegebene Größe

Iu 2u 3u 5u 1Ou 15 u 20 u 30 α 4Ou 5Ou

keine

bei etwa 100 C
während 20 Stunden

11

30 0

96

10

50

80

Beispiel 2

Das Yttriumcxalat wurde wie in Beispiel 1 angegeben ausgefällt, aber jetzt wurde die ganze Fällung gewaschen. Ein Teil wurde in Wasser aufgeschlämmt und bei 95 bis 100 C während 20 Stunden gehalten. Danach wurde dieser Teil 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
des Oxalats

Gewichtsprozent weniger als angegebene Größe
Im 2 u 3 ■>. 5 ■!. 10 u 20 u

4Ou

keine

bei etwa 100 C
während 20 Stunden

10

30	57	3	99
0	2	33
Beispiel

Einer 15 g Y/1 enthaltenden Yttriumnitratlösung wurde Ammoniumoxalat zugegeben, bis der Yttriumgehalt praktisch ganz als Oxalat ausgefällt war. Die Fällung wurde dann wie in Beispiel 2 behandelt. Die Partikelgrößenverteilung in den fertigen Oxiden wurde wie nachstehend angegeben bestimmt:

Behandlung
des Oxalats

Gewichtsprozent weniger als angegebene Größe
Iu 2 u 3 u 5 u 10 u

20u

30·

keine	0	9	32	64	95
bei etwa 100 C		0	3	20	60
während 20 Stunden

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	2 u	3 μ	5 u	Größe	20u	30u
des Oxalats	1 u	9	27	58	1Ou
keine	0	6	25	59	95
bei etwa 100 C	0				95
während 2 Stunden		0	11	18		94
bei etwa 100 C					59
während 3 Stunden		0	1	4		91	95
bei etwa 100 C					47
während 4 Stunden			Beispiel 5

Eine Yttriumnitratlösung von 1 g Y/1 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 gewaschen, in Wasser aufgeschlämmt und 20 Stunden lang bei 95 bis 100° C

gehalten, bevor er zu Oxid Nr. 2 geglüht wurde. Der 65 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 wie nachstehend angegeben ermittelt:

Oxid Gewichtsprozent weniger als angegebene Größe

^Nr- 1 2 3 5 10 15 20 30 40 50

1 2 16 38 68

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

Beispiel 6

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

Yttriumoxalat wurde ausgefällt und wie in Beispiel 5 behandelt. Es 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

^Nr- 1 2 3 5 10 15 20 30 40 50

1 0 13 40

3 8 20 32 34 35 40 65

Beispiel 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:

Behandlung Gewichtsprozent weniger als angegebene Größe

desOxalats 12 3 5 10 20 30 40 50

keine 0 10 38 72 96

bei etwa 100 C 0 3 10 20 40 83 95

während 20 Stunden

Wie die Beispiele zeigen, kann sowohl die Korngröße Fällen und vor dem Trocknen und Calcinieren kann sein:

als auch die »Siebkurve« des Yttriumoxids beeinflußt die Wärmebehandlung in der Mutterlauge, das Trennen

werden durch die Bestimmung des Ortes und der Dauer und gegebenenfalls das Waschen oder

der Wärmebehandlung sowie durch die Konzentration das Trennen, gegebenenfalls das Waschen und die der Lösung der Yttriumverbindung und die Wahl der 45 Wärmebehandlung cder

Oxalatverbindung für die Bildung des Yttriumoxalats. das Trennen, die Wärmebehandlung und gegebenenfalls

Die Reihenfolge der Verfahrensschritte nach dem das Waschen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Yttriumoxid mit besonders großen Pa -tikeln durch Ausfällen eine aus Yttriumionen und Oxalationen entstandenen Yttriumoxalats, dessen Trocknen und Calcinieren zu Oxid, dadurch gekennzeichnet, daß das ausgefällte Yttriumoxalat vor oder nach dem Waschen bei einer Temperatur von 90 bis etw 100° C während Ui bis 24 Stunden gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung in der Mutterlauge vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Mutterlauge abgetrennte Oxalat der Wärmebehandlung unterworfen wird.