内蒙古科技大学硕士学位论文 - 1 - 摘 要摘 要 本文采用连续沉淀法制备纳米氧化铈的前驱体——草酸铈粉体材料，研究内容主要分为三大部分：第一部分主要为沉淀过程中的操作条件对于结晶动力学相关参数的影响；第二部分主要为成核与生长阶段过程中不同的成核与生长环境条件对于一次粒径、团聚程度以及最终团聚体大小的影响；第三部分主要为大颗粒草酸铈的研究及团聚体尺寸模型的推导 结晶动力学的研究过程中主要研究了以稀土硝酸盐为原料、草酸为沉淀剂制备草酸铈前驱体的操作条件如，加料位置、搅拌速度、料液滴加速度和反应物浓度等对结晶过程中的成核速率与生长速率的影响，研究了前驱体的结晶动力学模型，并且按照经验方程通过对实验数据的拟合分别得到了成核速率和生长速率与溶液过饱和度的经验方程： 65. 181001. 3CB∆×=，91. 02=R；82. 161017. 5CG∆×=−，97. 02=R 根据结晶动力学的研究结果，首先将整个沉淀过程从时间与空间上划分为成核（主要发生成核以及一定程度的生长）与生长（主要进行生长和团聚过程，没有成核发生）两个阶段在成核阶段主要研究了不同的工艺条件对于成核器出口粒径以及成核过程中团聚程度的影响，确定了成核阶段的最佳条件。
在生长阶段主要研究了不同的生长环境条件如搅拌速度、生长温度、PH值、电解质浓度、分散剂浓度等对于最终产物团聚体的影响按照结晶动力学的研究结果，对大颗粒草酸铈的制备进行了研究同时在研究团聚的过程中，建立了比功率、过饱和比和团聚体尺寸的模型如下： dtSLtmean∫×−×=−−015. 21221121003. 51017. 9εε 将该模型一般化为： ()dtBAtKKLtmean∫−−= 015. 2 2211εε 关键词：关键词：草酸铈前驱体 沉淀 成核 生长 团聚 内蒙古科技大学硕士学位论文 - 2 - The study on agglomeration of cerium oxalate prepared by precipitation Abstract In this paper, the precursor of CeO2 powders —Ce2(C2O4)3 was prepared by continuous precipitation method with cerium nitrate and oxalate as raw materials and precipitator respectively. The study includes mainly three parts: the first part is that the effect of operational conditions on correlation parameter of crystallization kinetics; the second part is that the effect of the different conditions of nucleation and growth process on the grain size, degree of agglomeration and particle size; the third mainly study on the preparation of large particle and mathematical model. In the study on correlation parameter of crystallization process, the influence of operational parameters such as feed position, micro-mixing efficiency, feeding speed and reactant concentration on nucleation velocity and growth rate was studied. Nucleation velocity and growth rate were respectively obtained by fitting experimental data according to empirical formula as follows: 65. 181001. 3CB∆×=，91. 02=R；82. 161017. 5CG∆×=−，97. 02=R。
The process of precipitation was divided two processes: nucleation (nucleation take place mainly in this step, also partial growth) and growth process (there is mainly growth and agglomeration without nucleation). The effect of conditions of the precipitation on particles size of crystallizer and content of agglomeration was investigated in the nucleation process and optimum operational conditions of nucleation were obtained. The influence of different growth environment namely agitation speed, growth temperature, PH, electrolyte and dispersant (PEG1000) concentration on final agglomerates size was studied. The preparation of large particle Ce2(C2O4)3 was studied according to result of crystallization kinetics. In the study of agglomeration the relationship of particle size with specific power input and super saturation was obtained as follows: dtSLtmean∫×−×=−−015. 21221121003. 51017. 9εεThis relationship was generalized as follows: ()dtBAtKKLtmean∫−−= 015. 2 2211εεKey Words：：cerium oxalate precursor；precipitation；nucleation；growth；agglomeration独 创 性 说 明独 创 性 说 明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。
尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 内蒙古科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并 表示了谢意 签名：___________ 日期：____________ 关于论文使用授权的说明关于论文使用授权的说明 本人完全了解内蒙古科技大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可 以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保 存论文 （保密的论文在解密后应遵循此规定）（保密的论文在解密后应遵循此规定） 签名：___________ 导师签名：___________ 日期：____________ 内蒙古科技大学硕士学位论文 - 1 - 引 言引 言 稀土元素包括元素周期表中原子序数从57~71的15个镧系元素，以及在化学性质上与其相近的钪和钇共17个元素稀土元素的化学性质活泼，易与其它元素相互作用，具有典型的金属特性稀土元素发现距今虽仅200余年，但其开发应用、分离提取技术发展很快。
它在冶金、能源、国防、交通、化工、轻工、农业、医疗、计算机、电子信息、电气照明、激光技术、高温超导材料、贮氢材料、玻璃、陶瓷、环保等领域均有应用，其应用之迅速、广泛，所获得经济、社会、环境效益之高，影响之深远实属罕见 我国是世界上稀土资源最丰富的国家，稀土的储藏量居世界第一位，而且品种齐全，轻、中、重稀土配套，资源优势得天独厚如何开发、应用好我国的稀土资源，被认为是关系我国未来发展的重大课题之一我国稀土主要用于冶金、化工、农业等传统产业，稀土高附加值的应用及在与高技术有关的新材料中的应用，和世界平均水平相比，尚有差距目前国内稀土市场发展不平衡，轻稀土产品大量积压必须尽快扭转这种局面，打开轻稀土镧、铈、镨的应用面包头目前的稀土工业现状是以稀土高科和和发稀土公司这一公一私两大稀土集团为龙头，其周边有近百家稀土厂生产各类稀土产品，但基本都生产低附加值的初级产品，大量的产品附加值流向了国外包头矿中轻稀土占98%以上，氧化铈占50%，必须大力开发铈产品的应用 纳米超细粉体是指粒径介于1～100nm的粉体，处于微观粒子和宏观物体之间的过渡状态由于颗粒小、比表面大，具有许多与相同组成的常规材料不同的性质，有许多特异性能，显示出了广阔的应用前景。
稀土元素具有独特的 f 电子构型，使稀土化合物具有特殊的光、电和磁性质，被誉为新材料的宝库稀土纳米材料集稀土特性和纳米特性于一体，相互补充、相互宏扬，可谓“特－特”结合，相得益彰，必然会开创出非稀土纳米材料和稀土非纳米材料所不具有的综合优良特性，其应用前景巨大目前有关开发制备纳米材料的方法越来越多，其中湿化学法因具有显著的优点（原料成本低，设备、工艺简单，生产的粉末纯度高、粒度小，粒度分布范围窄，粒度组成可控性好而被广泛地应用，但是湿化学法制备粉末过程中存在的最大问题是粉末的团聚随着颗粒尺寸的减小，颗粒之间的静电吸引力、范德华力、毛细管力等较弱的相互作用力越来越凸显，从而引起颗粒之间的聚集而从热力学的角度看，由于纳米粉体拥有巨大的比表面积，其表面能相当大，内蒙古科技大学硕士学位论文 - 2 - 造成体系处于相对极不稳定的热力学状态，粒子之间有自发聚集以降低系统自由焓的趋势，这是一种自发过程，是不可避免的目前有关团聚的研究主要集中在粉体的干燥与灼烧过程中，粉体的制备主要集中在新工艺的开发，但是团聚是形成于反应阶段，强化于干燥与灼烧阶段因此本文主要进行了液相阶段团聚行为的研究 内蒙古科技大学硕士学位论文 - 3 - 1 文献综述文献综述 1.1我国稀土资源状况 我国稀土资源具有分布广，品种多，质量好的特点[1]。
内蒙古、四川、江西、山东、云南、浙江等省（自治区）都有丰富的稀土资源特别是内蒙古包头市的白云鄂博稀土矿，其品味及储量都举世无双据公布资料显示，我国稀土工业储量为4300万吨(以REO计)，远景储量为4800万吨，我国占全球储量的43.4%左右，居全球之首 我国稀土资源具有四大特点：1）储量大据报道称远景储量为4800万吨，居世界首位；2）品种齐全常见矿物10多种，工业上常用的7种；3）分布广分布于20多个省（区）；4）质量好在7种工业矿物中有的以含有轻稀土（ La、Ce、Pr、Nd）为主，有的以含有中稀土（Sm、Eu、Gd）为主，有的以含有重稀土（Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y）为主这些特点为我国大力发展稀土工业奠。