粒度为1~2μm双相结构的磁性氧化钐合成工艺研究

粒度为1~2μm双相结构的磁性氧化钐合成工艺研究郭小龙，李向东（甘肃稀土新材料股份有限公司　冶金研究所，甘肃　白银　７３０９２２）摘 要：本文着重探索了粒度为１μｍ～２μｍ双相结构磁性氧化钐合成工艺。

考察了合成温度、合成时间、料液浓度、烧成温度、烧成时间等条件对磁性氧化钐中值粒度的影响；同时通过ＸＲＤ和ＳＥＭ的表征，探讨了在合成条件不变的情况下，不同烧成温度下，磁性氧化钐的相变情况。

最后验证了磁性氧化钐在生产中的稳定性。

确定了常温常压下，氯化钐和碳酸氢铵浓度均控制在１５０ｇ／Ｌ，烧成条件为９００℃±１０℃／１２０ｍｉｎ，采用共序沉淀的方法可以制备出１μｍ～２μｍ双相结构的立方相和单斜相共存的磁性氧化钐粉体。

关键词：稀土；氧化钐；中值粒度；相变中图分类号：ＴＦ８４５ 文献分类号：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０１９）０７－０２３３－２Study on synthesis technology of magnetic samarium oxide with 1~2μm biphasic structureGUO Xiao-long, LI Xiang-dong（Ｇａｎｓｕ　Ｒａｒｅ　Ｅａｒｔｈ　Ｎｅｗ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ，　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ，　Ｂａｉｙｉｎ　７３０９２２，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｆｏｃｕｓｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｏｆ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｓａｍａｒｉｕｍ　ｏｘｉｄｅ　ｗｉｔｈ　１μｍ～２μｍ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｓｉｚｅ．　Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，　ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｔｉｍｅ，　ｓｏｌｉｄ－ｌｉｑｕｉｄ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，　ｆｉｒｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｆｉｒｉｎｇ　ｔｉｍｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｅｄｉａｎ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｓｉｚｅ　ｏｆ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｓａｍａｒｉｕｍ　ｏｘｉｄｅ　ｗｅｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．　Ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ，　ｔｈｅ　ｐｈａｓｅ　ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｓａｍａｒｉｕｍ　ｏｘｉｄｅ　ａｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｆｉｒｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ　ｗａｓ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ｂｙ　ＸＲＤ　ａｎｄ　ＳＥＭ．　Ｆｉｎａｌｌｙ，　ｔｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｓａｍａｒｉｕｍ　ｏｘｉｄｅ　ｉｎ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｖｅｒｉｆｉｅｄ．　Ｕｎｄｅｒ　ｎｏｒｍａｌ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ，　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｓａｍａｒｉｕｍ　ｃｈｌｏｒｉｄｅ　ａｎｄ　ａｍｍｏｎｉｕｍ　ｂｉｃａｒｂｏｎａｔｅ　ｗｅｒｅ　ｂｏｔｈ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ａｔ　１５０　ｇ　／Ｌ，　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆｉｒｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｗｅｒｅ　９００℃±１０℃／１２０　ｍｉｎ．　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｓａｍａｒｉｕｍ　ｏｘｉｄｅ　ｐｏｗｄｅｒ　ｗｉｔｈ　１μｍ～２μｍ　ｂｉｐｈａｓｉｃ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｎｏｃｌｉｎｉｃ　ｐｈａｓｅ　ｃｏｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｂｙ　ｃｏ－ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ．Keywords: ｒａｒｅ　ｅａｒｔｈ； Ｓａｍａｒｉｕｍ　ｏｘｉｄｅ； Ｍｅｄｉａｎ　ｇｒａｎｕｌａｒｉｔｙ； ｐｈａｓｅ　ｃｈａｎｇｅSm2O3具有优越的电学、光学和磁学性能，因此可被应用于很多领域。

随着科技的迅猛发展，磁性Sm2O3的用途也将越来越广，磁性Sm2O3可用于制备电磁开关、数据存储和电磁转换元件等。

还可用于特种磁性陶瓷，制备特种玻璃的滤光器，例如红外线滤光器；也可用作催化剂，甲烷通过Sm2O3流动时，可转变成乙烷和乙烯，具有很强的选择性；Sm2O3还可以用于陶瓷电容器和金属钐的制备、汽车尾气处理和医学等方面[1,2]。

另外，Sm2O3还具有核性质，可用作原子能反应堆的结构材料、屏蔽材料和控制材料，使核裂变产生巨大的能量得以安全利用[3]。

1实验部分1.1 原料及设备1.1.1实验原料SmCl3（99.5%），工业级；碳酸氢铵，农用级；去离子水等。

1.1.2实验设备及检测设备江苏大地自动化仪器有限公司生产的DJ1C型增力电工搅拌器；保定兰格恒流泵有限公司生产的BT100-2J型蠕动泵；合肥科晶材料技术有限公司生产的KSL-1600型箱式电阻炉[3]。

1.2 实验原理及方法向氯化钐的溶液中加入碳酸氢铵，可生成Sm2（CO3）3·XH2O 或者Sm2（CO3）3·（NH4）2CO3·XH2O。

1.3 试样检测采用Malvern2000激光粒度仪测试中值粒度；采用D8-ADVINCE电子扫描显微镜观察形貌；采用SU8010 XRD-衍射仪进行结构分析[4]。

2结果及讨论2.1 合成温度对氧化钐中值粒度的影响不同的合成温度，对氧化钐中值粒度的影响较大。

随着沉淀温度的升高，氧化钐的中值粒度不断降低，当合成温度达到30℃时，中值粒度最小，为1.169μm，合成温度高于30℃以后，随着合成温度的不断升高，中值粒度不断升高。

这是因为，当合成温度小于30℃时，晶核大量形成，长大的驱动力不足，所形成的的晶体颗粒较小，在后期形成团聚，难以分散开[5]。

而当合成温度大于30℃，随着温度的升高，对晶粒长大的过程越有利，晶粒长大的越明显。

2.2 合成时间对氧化钐中值粒度的影响当合成时间在110min时，中值粒度最小，为1.169μm；当合成时间越短，单位体积内沉淀物浓度越高，团聚就容易发生，晶粒的平均粒径就愈大。

而当合成时间大于110min以后，随着时间的不断延长，晶核逐渐长大，时间越长，晶粒长大的越明显。

2.3 烧成温度对氧化钐中值粒度的影响随着烧成温度的不断升高，氧化钐的中值粒度也在不断的升高。

在烧成过程中，当烧成温度小于900℃时，物料属于面心立方晶系，在这一阶段，温度升高，氧化钐团聚越来越严重。

（下转235页）收稿日期：２０１９－０３作者简介：郭小龙，男，生于１９７９年，甘肃白银人，冶炼工程师，研究方向：稀土冶炼分离。

10D范围内（D为直径）。

挂网完成之后加入固定支架，保证喷砼过程不会发生摇动。

之后还要做好预应力锚杆的张拉施工，需要保证锚固体与台座砼之间的强度大于15MPa，施加的力小于支护固力的30%。

（2）支护（土钉）工程。

本工程中土钉长度取3m，要求支护抗拔力需要达到5kN/m，土钉外露长度需要达到80mm以上，在顶部使用加强筋进行压紧和焊接，保证其牢固性。

注浆材料为普通水泥，水灰比例为0.45~0.55，水泥浆依照当地标准进行预拌、使用，压力注浆方法应用时候需要保证其压力控制在0.5MPa以上。

浆液注入之后要保证其密实度和饱满度，导管底部与孔底之间保持一定距离，本工程控制在300mm左右。

混凝土喷射采用普硅水泥、洁净的中粗砂和砾石（粒径为15mm以内），混凝土强度采用C20等级。

混凝土与水泥、砂石比例为1:2:2.5。

（3）材料及质量要求。

原材料需进行批量检测，没有经过试验的原材料，或者原材料检测不合格的都不能进入使用环节。

钢筋：钢筋必须具有出厂合格证明，使用前应对钢筋进行随机抽检，作力学性能试验，满足规范要求后，方可使用。

钢筋的强度标准值应具有不小于95%的保证率。

混凝土：依照规定注浆体强度检验试块数量每30根土钉不少于1组。

1组试块数量则需要选取砂浆3块，选取水泥净浆6块，在相同条件下养护28天，再进行检测。

喷射混凝土强度试验则需要保证每500m2/组进行3块试样的选取，相同条件下养护28天，再次进行试验检测。

最后需要进行冠梁混凝土的强度试验，1组3个试块，一般选取3组，相同条件下养护28天，再次进行检测。

（4）矿坑边坡的开挖。

矿坑开挖需严格按照先支护、后开挖的工序进行，采用逆作法、跳槽施工。

基坑边坡开挖坡率取1:0.5，开挖至2m高度时，修整坡面，进行支护技术，支护达到预定凝期之后，在进行下一阶段的开挖，开挖时严格控制施工范围线，避免对已有支护结构造成破坏。

边坡坡面修整时，如遇较大块石，采用人工修坡，尽量减少对边坡的扰动。

（5）支护技术结构检测。

当支护技术结构达到预定凝期后，需对支护技术结构进行检测。

对于土钉，在支护体达到预定凝期后，需对其抗拔力进行检测，检测数量不少于1%，且同一土层及单元结构体不少于3根。

喷射混凝土厚度和强度可以通过钻孔的方式来进行检测，100m2设3个孔位。

此外，基坑边坡位移需满足规范要求。

3 结语在实际工程中，矿坑边坡越来越普遍地采用支护技术，支护技术充分利用矿体自身稳定性，进一步加强其土体抗剪强度，并将其形成统一整体。

支护技术具有放坡范围小、支护工期短、经济实用的特点。

但在施工前应根据场地岩体条件选取相应的注浆参数、锚杆及钢筋网的尺寸，以保证工程安全。

[1] 程长英,芦海霞.深基坑边坡喷锚支护在岩土工程施工中的应用[J].河南建材,2017(05):165-166.[2] 吴宝鑫.坡面喷锚与坡脚加固支护软土深基坑数值模拟研究[D].哈尔滨工业大学,2017.[3] 金锋.喷锚支护技术在高边坡和深基坑施工防护中的应用[J].中华民居(下旬刊),2018(11):181+183.（上接233页）当烧成温度大于900℃时，氧化钐将发生相变，由立方晶系转变为单斜晶系，物料形貌发生较大转变，造成中值粒度的急剧增大。

2.4 XRD分析图1 氧化钐的XRD图谱为了表征本实验制得的氧化钐的结构，在相变温度点900℃烧成的氧化钐两批，做XRD衍射分析，4-1批为120min烧成的氧化钐，4-2为180min烧成的氧化钐。

由上图可以看出，烧成时间长的氧化钐衍射强度大，说明其晶化程度较高，晶粒形成完整。

由于烧成温度处于相变段，可以看出氧化钐的XRD图谱出现两组衍射峰，说明出现两种主相，分析得出，一种为面心立方结构，另一种为单斜结构。

两种物相同时存在，从而可以得出本实验制取的氧化钐既有面心立方结构的性质，又有单斜结构的性质。

3结论（1）以氯化钐为原料，碳酸氢铵为沉淀剂，采用共序沉淀的方法可以制备出1μm~2μm双相结构的磁性氧化钐，常温常压沉淀，氯化钐和碳酸氢铵浓度均为150g/L，烧成条件为900℃±10℃/120min。

（2）氧化钐在800℃~950℃会发生相变，由面心立方结构的相转变为单斜结构的相。

本实验在900℃烧成时可以制备出，立方相和单斜相共存的氧化钐。

[1] 徐光宪．稀土(第2版)[M]．北京：冶金工业出版社，1978．[2] 陈占恒．稀土材料及其在高技术领域的应用[J]．稀土，2002，21（1）：53-5．[3] 刘志强，梁振锋，李杏英，刘志强．碳铵沉淀法制备氧化铈的研究[J]．稀土，2006，5（27）:11-14.[4] 张亚文，严铮光，李昂，姜晓成，谷洛，廖春生，严纯华.沉淀条件对稀土氧化物的比表面积和形貌的影响[J]．中国稀土学报，2001，19(5):471.[5] 张顺利，黄小卫，崔大立，罗永．碳酸铵沉淀法制备氧化钇粉体时反应条件对产物粒度的影响[J]．中国稀土学报，2003，21(6)，643．。