專利名稱：從稀土廠含鎂排放液制備的稀土水滑石及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用稀土分離廠含鎂和微量稀土的排放液制備的稀土水滑 石及其制備方法，屬于資源再利用和新材料加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國鎂資源儲量大，分布廣，僅菱鎂礦和白云石儲量近百億噸，居世界之首， 鎂產(chǎn)品約占世界總量的70%。氧化鎂產(chǎn)品由于成本低，酸堿當(dāng)量值相對較高(1 當(dāng)量/20g， NaOH 1當(dāng)量/40g)，清潔環(huán)保，所以在稀土分離萃取過程中用MgO 中和過量的酸得到越來越廣泛的應(yīng)用。在稀土分離中MgO中和后生成Mg^在溶 液中排放，排放濃度可以達到十幾到幾十克/升，而且排放液中除未回收完全的 稀土離子外，其它離子的濃度比較低，此排放液是制備稀土水滑石的理想原料。 目前，排放液都作為廢水排放到環(huán)境中，利用含鎂和微量稀土排放液制備含稀土 的水滑石，可以最大限度地有效利用Mg和稀土資源。
水滑石是一種新型層狀功能材料，是無毒的熱穩(wěn)定材料?？梢宰鳛榫勐纫?烯(PVC)高效、無毒、價廉的熱穩(wěn)定劑。它可以有效地吸收PVC在加工和使 用過程中分解產(chǎn)生的HC1，提高PVC的加工條件和熱穩(wěn)定性?？膳c有機錫或鉛 鋅共同作為熱穩(wěn)定劑，或與其他助劑共同使用，進一步提高PVC的熱穩(wěn)定性。 本身無毒，可大范圍代替鉛鹽和其他金屬類穩(wěn)定劑，且可用于食品包裝PVC中。 水滑石與其它制劑混用，除了可改善高分子材料的耐熱性外，還可以改善它們的 其它如機械強度、抗老化溫度、制品表面亮度、絕緣性能、抗靜電性能、抗紫外 線性能等。水滑石還具有良好的隔熱性，促進PVC農(nóng)膜對紅外線的吸收，提高 農(nóng)膜的保溫性。
水滑石層上的Mg^和Ap+可以被其它兩價陽離子和三價陽離子部分取代， C032—離子也可以被其它陰離子取代，制備出許多具有特殊性能的類水滑石，水 滑石也在催化、農(nóng)肥、醫(yī)藥、光學(xué)材料、磁性材料等許許多多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 稀土離子特殊的4f電子使其具有許多特殊的物理、化學(xué)性質(zhì)，稀土取代的水滑 石在催化、光學(xué)、磁性能等方面具有很廣泛的應(yīng)用前景。
稀土離子半徑較大，沉淀的pH值較低(pH=6， Mg^為11),而且稀土離子易與碳酸根形成碳酸稀土沉淀，因此稀土難進入水滑石的骨架結(jié)構(gòu)?？焖俪珊说?方法，減小了沉淀過程氫氧根和碳酸根離子對不同沉淀pH的識別性，有利于稀 土水滑石的形成。
目前，利用稀土廠含鎂和微量稀土的排放液制備稀土水滑石以及快速成核制 備方法未見研究報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了開發(fā)稀土廠含鎂和微量稀土排放液綜合利用的新途徑， 并開發(fā)一種稀土水滑石及其制備方法。
為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
這種從稀土廠含鎂排放液制備的具有層狀結(jié)構(gòu)的稀土水滑石，是以稀土廠排 放的含鎂離子的溶液作為鎂源制備含稀土的水滑石，制備的水滑石含有稀土，稀 土含量按氧化物重量計為0.01%—10%。
本發(fā)明的稀土水滑石中所含稀土元素是鑭、鈰、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、 鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔中的一種或幾種。
一種從稀土廠含鎂排放液制備的稀土水滑石的方法按下列步驟進行(1)含 稀土、鎂離子的溶液加入可溶性鋁源或者鋁源與鎘源的混合配制料液；(2)以氫 氧化鈉、碳酸鈉中的至少一種配制成堿溶液；(3)料液和堿溶液混合進行沉淀反 應(yīng)；(4)將沉淀產(chǎn)物經(jīng)過后處理得到稀土水滑石產(chǎn)品。
這種從稀土廠含鎂排放液制備的稀土水滑石，其鎂源可以是稀土分離過程中 產(chǎn)生的含稀土的氯化鎂溶液、硫酸鎂溶液、硝酸鎂溶液中的一種或其混合溶液， 鎂離子濃度為0.14—3.0 mol/L，稀土離子濃度以REO計為0.0001—0.05 mol/L。
制備稀土水滑石的方法的步驟(1)中可溶性鋁源可以是氯化鋁、硝酸鋁、 硫酸鋁、偏鋁酸鈉中的一種或幾種。配制的料液金屬離子的總濃度為0.5—3.5 mol/L,其中，Mg"和A產(chǎn)的摩爾比為1.8: 1—4: 1。
制備稀土水滑石的方法的步驟(3)中料液和堿溶液混合采用料液加入堿溶 液的反向加料快速成核方式或者釆用并流加料快速成核方式。
制備稀土水滑石的方法的步驟(4)的后處理包括晶化處理，晶化處理在敞 口容器中進行或在密閉的壓力容器中進行，晶化溫度為50—20(TC，優(yōu)選為70— 90°C。后處理還可包括洗滌、干燥或硫化等步驟，干燥溫度為80—18(TC,優(yōu)選
5為110—150。C。
本發(fā)明制備稀土水滑石的方法中，含稀土、鎂離子的溶液為以稀土廠排放 的含鎂離子的溶液為主，可另配有所需的稀土元素。
利用本發(fā)明的稀土水滑石用作高分子材料的阻燃、穩(wěn)定、絕緣、著色、抗 紫外線多功能填充改進劑；用作染料、涂料、油漆、油墨、化妝品日用化工原材 料；用作染織物廢水處理劑、放射性廢水處理劑，污染凈化絮凝劑；用作化工催 化劑載體和芳構(gòu)化催化劑；用作多種材料的改進劑和中間體。
干燥后的產(chǎn)品經(jīng)過XRD粉末衍射分析，與文獻報道的衍射峰對比確定物 相和純度。ICP-MS測定產(chǎn)品中稀土的含量。
本發(fā)明的顯著優(yōu)點是使稀土廠向環(huán)境排放含鎂和微量稀土的廢液中資源得 到二次利用，提高了資源的利用率，降低了水滑石材料制備的成本。同時開辟了 一種制備稀土水滑石的新方法，對稀土水滑石生產(chǎn)及應(yīng)用對具有較大的推動作 用。


圖l:本發(fā)明制備的稀土水滑石的XRD衍射圖。 圖1中，橫座標為26/degree即26/度具體實施方式
實施例1
稀土分離廠排放的含鎂廢液，主要成分為Mg2+0.9mol/L， RE3+0.003mol/L， 稀土離子主要為鑭元素，其它金屬離子均小于500ppm，體系為氯化物。取排放 的廢液50L，加入結(jié)晶的A1C13，6H20，使溶液中Mg力Ap+摩爾比為2: 1，該溶 液作為制備水滑石的料液。30%的工業(yè)氫氧化鈉液堿13.5L加入20L的水稀釋， 然后加入1.2千克工業(yè)碳酸鈉，溶解后的溶液作為堿液。將堿液裝入150L的反 應(yīng)釜中，室溫攪拌下以1.5L/min的加料速度將料液加入堿液中，在大量堿存在 下，金屬離子迅速形成氫氧化物膠核產(chǎn)生共沉淀。加料完畢后將沉淀體系的最終 pH調(diào)節(jié)為8.5—9，升溫到80'C晶化6h。冷卻后過濾，水洗到pH-7—8，在125 。C干燥。XRD分析衍射峰與標準水滑石的衍射峰位相吻合，ICP-MC分析稀土含 量為0.6%。 實施例2稀土廠排放的含鎂廢液，主要成分為Mg2+0.6mol/L， RE3+0.002mol/L，稀 土離子主要為鑭元素，其它金屬離子均小于500ppm，體系為氯化物。取排放的 廢液50L，配入氯化鑭38g (45XREO含量)，加入結(jié)晶的A1C13'6H20，使溶液 中Mg A產(chǎn)摩爾比為1.9: 1，該溶液作為制備水滑石的料液。30%的工業(yè)氫氧 化鈉液堿9.1L加入20L的水稀釋，然后加入0.81千克工業(yè)碳酸鈉，溶解后的溶 液作為堿液。按實施例1的步驟將料液和堿液混合，共沉淀、晶化、硫化處理制 備產(chǎn)品。XRD分析，衍射峰與標準水滑石的衍射峰位相吻合，ICP-MC分析稀土 含量為1.0%。 實施例3
稀土分離廠排放的含鎂廢液，主要成分為Mg2+1.3mol/L， RE3+0.02mol/L， 稀土離子主要為鑭元素，其它金屬離子均小于500ppm，體系為氯化物。取排放 的廢液50L，加入結(jié)晶的A1(N03)3*6H20，使溶液中Mg力A產(chǎn)摩爾比為3.5: 1， 該溶液作為制備水滑石的料液。30%的工業(yè)氫氧化鈉液堿16.8L加入20L的水稀 釋，然后加入1.0千克工業(yè)碳酸鈉，溶解后的溶液作為堿液。將料液按1.5L/min 和堿液按1.1L/min同時加入盛有10L底水的150L的反應(yīng)釜中。加料完畢后將沉 淀體系的最終pH調(diào)節(jié)為8.5—9，升溫到7(TC晶化12h。冷卻后過濾，水洗到pH-7 _8，在115'C干燥。XRD分析，衍射峰與標準水滑石的衍射峰位相吻合，ICP-MC 分析稀土含量為3.1%。 實施例4
稀土廠排放的含鎂廢液，主要成分為Mg2+1.7mol/L， RE3+0.03mol/L，稀 土離子主要為鑭鈰元素，其它金屬離子均小于800ppm，體系為氯化物。取排放 的廢液50L，加入結(jié)晶的偏鋁酸鈉，使溶液中Mg^/AP+摩爾比為2.5: 1，加入 氯化稀土，使RE^離子的總濃度為0.08mol/L，該溶液作為制備水滑石的料液。 30%的工業(yè)氫氧化鈉液堿24.5L加入20L的水稀釋，然后加入2.0千克工業(yè)碳酸 鈉，溶解后的溶液作為堿液。將料液按1.5L/min和堿液按1.4L/min同時加入盛 有10L底水的150L的反應(yīng)釜中。加料完畢后將沉淀體系的最終pH調(diào)節(jié)為8.5 一9，升溫到90。C晶化4h。冷卻后過濾，水洗到pH-7—8，在150。C干燥。XRD 分析，衍射峰與標準水滑石的衍射峰位相吻合，ICP-MC分析稀土含量為7.5%。 實施例5稀土分離廠排放的含鎂廢液，主要成分為Mg2+ 1.0mol/L, RE3+ 0.0007mol/L， 稀土離子主要為鈰元素，其它金屬離子均小于500ppm，體系為氯化物。取排放 的廢液50L，加入結(jié)晶的A1(N03)^6H20和硝酸鎘，使溶液中Mg AlS+摩爾比 為3.5: 1，該溶液作為制備水滑石的料液。30n/。的工業(yè)氫氧化鈉液堿16.8L加入 20L的水稀釋，然后加入1.0千克工業(yè)碳酸鈉，溶解后的溶液作為堿液。將料液 按1.5L/min和堿液按1.1L/min同時加入盛有10L底水的150L的反應(yīng)釜中。加 料完畢后將沉淀體系的最終pH調(diào)節(jié)為8.5—9，升溫到150"C晶化2h。冷卻后過 濾，水洗到pH-7—8，在9(TC干燥。XRD分析，衍射峰與標準水滑石的衍射峰 位相吻合，ICP-MC分析稀土含量為0.15%。
權(quán)利要求
1、一種從稀土廠含鎂排放液制備的稀土水滑石，其特征在于，制備的具有層狀結(jié)構(gòu)的水滑石含有稀土，稀土量按氧化物重量計為0.01％-10％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從稀土廠含鎂排放液制備的稀土水滑石，其 特征在于，所含稀土元素是鑭、鈰、鐠、釹、釤、銪、軋、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、 鐿、镥、釔中的一種或幾種。
3、 一種制備權(quán)利要求1所述的稀土水滑石的方法，其特征在于，它包括下 列步驟(1) 含稀土、鎂離子的溶液加入可溶性鋁源或鋁源與鎘源的混合配制料液；(2) 以氫氧化鈉、碳酸鈉中的至少一種配制成堿溶液；(3) 料液和堿溶液混合進行沉淀；(4) 將沉淀產(chǎn)物經(jīng)過后處理得到稀土水滑石產(chǎn)品。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備稀土水滑石的方法，其特征在于，含稀土、 鎂離子的溶液是稀土分離過程中產(chǎn)生的含稀土的氯化鎂溶液、硫酸鎂溶液、硝酸 鎂溶液中的一種或其混合溶液，鎂離子濃度為0.14—3.0mol/L，稀土離子濃度以 REO計為0.0001—0.05 mol/L。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種制備稀土水滑石的方法，其特征在于，步驟 (O中可溶性鋁源是氯化鋁、硝酸鋁、硫酸鋁、偏鋁酸鈉中的一種或幾種。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3或4或5所述的一種制備稀土水滑石的方法，其特征在 于，步驟(1)中配制的料液金屬離子的總濃度為0.5—3.5 mol/L，其中，Mg2+ 和A產(chǎn)的摩爾比為1.8: 1_4: 1。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3或4或5或6所述的一種制備稀土水滑石的方法，其特 征在于，步驟(3)中料液和堿溶液混合采用料液加入堿溶液的反向加料快速成 核方式或者采用并流加料快速成核方式。
8、 根據(jù)權(quán)利要求3或4或5所述的一種制備稀土水滑石的方法，其特征在 于，步驟(4)的后處理包括晶化處理，晶化處理在敞口容器中進行或在密閉的 壓力容器中進行，晶化溫度為50—20(TC，優(yōu)選為70—90'C,后處理還可包括洗 滌、干燥或硫化等步驟，干燥溫度為80—18(TC，優(yōu)選為110 — 15(TC。
9、 根據(jù)權(quán)利要求3或4或5所述的一種制備稀土水滑石的方法，其特征在于，含稀土、鎂離子的溶液為以稀土廠排放的含鎂離子的溶液為主，另配有所需 的稀土元素。
全文摘要
本發(fā)明涉及從稀土廠含鎂排放液制備的稀土水滑石及其制備方法。所述的稀土水滑石具有層狀結(jié)構(gòu)，所含稀土量按氧化物重量計為0.01-10％，所述的制備方法是以稀土廠排放的含鎂和微量稀土的溶液作為鎂源，加入可溶性鋁鹽，或補加一定量的稀土配制稀土水滑石的料液，以氫氧化鈉和碳酸鈉溶液進行共沉淀晶化，制備稀土水滑石。該發(fā)明高效地利用鎂資源制備高附加值產(chǎn)品，降低了水滑石的制備成本。
文檔編號C01G1/00GK101559969SQ20081010423
公開日2009年10月21日 申請日期2008年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月17日
發(fā)明者崔大立, 張順利, 彭新林, 王良士, 韓業(yè)斌, 黃小衛(wèi), 龍志奇 申請人:北京有色金屬研究總院;有研稀土新材料股份有限公司