CN107190272B - 一种制备碲粉的方法 - Google Patents

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    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals

Abstract

本发明公开了一种制备碲粉的方法，包括以下步骤：（1）将二氧化碲加入氢氧化钠溶液中，搅拌，然后过滤；（2）将步骤（1）中过滤后的溶液作为电解液进行旋流电积，电积结束后过滤电解液得到电积产物；（3）将步骤（2）得到的电积产物加入草酸溶液中煮洗，经过滤、干燥后得到碲粉。本发明的方法首次将旋流电积技术用于碲粉的制备，借助旋流电积技术提高溶液流动速度，提高电极表面碲离子浓度，降低扩散层厚度，提高极限电流密度，实现了在高电流密度下碲含量较低的溶液中碲的电积析出，是一种经济环保、适用于工业化生产的工艺。

Description

一种制备碲粉的方法
技术领域
本发明属于冶金领域，尤其涉及一种制备碲粉的方法。
背景技术
碲是现代工业和高科技产业不可缺少的材料之一，被称为现代工业、国防与尖端技术的维生素，广泛应用于化工、冶金、医药、玻璃陶瓷、电子电器、国防、能源等领域。
工业碲主要用于冶金添加剂，能有效改善低碳高速切削钢和高强度钢的切削性能；提高铜基合金导电、导热以及抗疲劳性能；提高铅基合金抗腐蚀性、硬度和强度。
高纯碲还是一种重要的光电和热电材料，在光电领域，PbTe、HgCdTe、PbSnTe等是夜视镜、红外探测仪及激光和红外雷达的重要材料。在热电领域，Bi2(Te1-xSex)3、(Bi1-xSbx)Te3和PbTe等是半导体制冷良材，主要用于制作电子元件、飞行衣及雷达、水底导弹的冷却。
目前制备碲粉的方法主要有化学法和电解法。化学法主要是用盐酸溶解二氧化碲，使用SO2或Na2SO3作为还原剂还原Te（Ⅳ）成单质碲粉。电解法是用氢氧化钠溶解二氧化碲制备成碲浓度为200-250g/L，氢氧化钠浓度为100-120g/L的电解液，在电流密度为40-60A/m2下电积得到碲，将碲破碎、筛分得到碲粉。上述两个方法都有各自的缺陷，使用化学法制备碲粉化学试剂用量大，成产成本高，反应后液残留大量硫酸钠和氯化钠，难以回收利用，对环境造成污染。使用电解法制备碲粉，电解液终点碲浓度约为100g/L，需重返加酸中和步骤重新制备二氧化碲，造成大量酸和碱的消耗；部分碲氧化为碲酸钠难以回收使得碲的直收率低，仅有60-70%。因此，开发出流程简单、环境友好、回收率高的碲提取工艺具有重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种工艺简单、环境友好、成本低、回收率高、产品纯度高的制备碲粉的方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种制备碲粉的方法，包括以下步骤：
（1）将二氧化碲加入氢氧化钠溶液中，搅拌，然后过滤；
（2）将步骤（1）中过滤后的溶液作为电解液进行旋流电积，电积结束后过滤电解液得到电积产物；
（3）将步骤（2）得到的电积产物加入草酸溶液中煮洗，经过滤、干燥后得到碲粉。
上述的方法，优选的，所述步骤（2）中，电解液中碲浓度为10-20 g/L，游离氢氧化钠浓度为10-80g/L。游离氢氧化钠的浓度太高或太低将影响电解液的导电性能，可通过向步骤（1）过滤后溶液继续添加氢氧化钠调节。
上述的方法，优选的，所述步骤（2）中，旋流电积过程的电流密度为500-800A/m2。本发明的旋流电积技术与常规电积技术相比，明显增大了电流密度，即使在低浓度的含碲电解液中也能高效沉积得到高纯度碲粉。
上述的方法，优选的，所述步骤（2）中，旋流电积过程的循环流量为400-600 L/h。循环流量控制在本发明的范围内可以极大的降低或消除浓差极化，减少沉积过程中副反应，提高电解液传质速率和电极表面离子浓度。
上述的方法，优选的，所述步骤（2）中，旋流电积过程的温度为20-40℃，电解时间为1-3h。将温度控制在本发明的范围内既保持了离子迁移速率又抑制了副反应的进行，降低了热耗。
上述的方法，优选的，所述步骤（1）中二氧化碲与氢氧化钠的质量比为2:1。
上述的方法，优选的，所述步骤（3）的具体操作包括：按1:7-1:9的固液比将电积产物加入1-2mol/L的草酸溶液中，在60℃下搅拌煮洗3-4h，以除去附着在电积产物表面的氢氧化钠，过滤并洗涤至中性，干燥后得到碲粉，其纯度大于3N，形貌均匀。草酸是弱酸，煮洗过程中不会与碲发生反应，可以避免使用其他无机强酸（如盐酸、硫酸、硝酸等）煮洗时造成的碲溶解损失。
上述的方法，优选的，所述步骤（2）后得到的滤液返回步骤（1）用于二氧化碲溶解。本发明的制备碲粉的方法，主要是基于以下原理实现的：
二氧化碲溶解过程中：
TeO2+2OH-→TeO3 2-+H2O
碲旋流电积过程中：
阴极：TeO3 2-+3H2O+4e-→6OH-+Te；
2Te+2e-→Te2 2-；（副反应）
3H2O+Te2 2-+ TeO3 2-→3Te+6OH-；（副反应）
阳极：4OH-- 4e→2H2O+O2 ↑。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）本发明首次将旋流电积技术用于碲粉的制备，借助旋流电积技术提高溶液流动速度，提高电极表面碲离子浓度，降低扩散层厚度，提高极限电流密度，实现了在高电流密度下碲含量较低的溶液中碲的电积析出，适用于工业化生产。
（2）本发明使用的旋流电积技术具有高效的选择性，用于沉积碲的电解液中碲浓度低至10-20 g/L。
（3）本发明采用氢氧化钠体系溶解精制的二氧化碲，浸出液中杂质少，制得的碲粉纯度高。
（4）本发明的电积后液无需中和除杂，可直接应用于二氧化碲的溶解，不需要额外加入氢氧化钠，避免了常规电积碲中酸碱的反复消耗，经济环保。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
一种本发明的制备碲粉的方法，包括以下步骤：
（1）称取氢氧化钠20g溶于3L纯水中，然后控制溶液的温度为80℃（加速二氧化碲的溶解），称取二氧化碲40g溶于该碱液，搅拌1h，过滤得到亚碲酸钠溶液；
（2）往步骤（1）得到的亚碲酸钠溶液中加入60g氢氧化钠，调节溶液中游离氢氧化钠浓度约为20g/L。将碲浓度约为10g/L的亚碲酸钠溶液倒入旋流电解槽，控制电积过程中电流密度为500A/m2，循环流量为500L/h，游离氢氧化钠浓度20g/L，温度30℃，电积1.5h，过滤得到电积产物；
（3）按1:7的固液比将电积产物加入1mol/L的草酸，在60℃下搅拌煮洗3h，过滤并洗涤至中性，干燥后得到电积碲粉。
本实施例中阴极电流效率为71.59%，制备的碲粉粒径均匀，纯度达到99.93%，碲回收率为85.21%。
实施例2：
（1）称取氢氧化钠30g溶于3L纯水中，然后控制溶液的温度为90℃，称取二氧化碲60g溶于该碱液，搅拌2h，过滤得到亚碲酸钠溶液；
（2）往步骤（1）得到的亚碲酸钠溶液中加入120g氢氧化钠，调节溶液中游离氢氧化钠浓度约为40g/L。将碲浓度约为15g/L的亚碲酸钠溶液倒入旋流电解槽，控制电积过程中电流密度为700A/m2，循环流量为400L/h，游离氢氧化钠浓度40g/L，温度25℃，电积2h，过滤得到电积产物；
（3）按1:8的固液比将电积产物加入1.5mol/L的草酸中，在60℃下搅拌煮洗3h，过滤并洗涤至中性，干燥后得到电积碲粉。
本实施例中阴极电流效率为58.50%，制备的碲粉粒径均匀，纯度达到99. 95%，碲回收率为86.65%。
实施例3：
（1）称取氢氧化钠40g溶于3L纯水中，然后控制溶液的温度为90℃，称取二氧化碲80g溶于该碱液，搅拌2h，过滤得到亚碲酸钠溶液；
（2）往步骤（1）得到的亚碲酸钠溶液中加入240g氢氧化钠，调节溶液中游离氢氧化钠浓度约为80g/L。将碲浓度约为20g/L的亚碲酸钠溶液倒入旋流电解槽，控制电积过程中电流密度为800A/m2，循环流量为600L/h，游离氢氧化钠浓度80g/L，温度40℃，电积2h，过滤得到电积产物，滤液返回步骤（1）用于二氧化碲溶解；
（3）按1:9的固液比将电积产物加入2mol/L的草酸，在60℃下搅拌煮洗4h，过滤并洗涤至中性，干燥后得到电积碲粉。
本实施例中阴极电流效率为65.32%，制备的碲粉粒径均匀，纯度达到99. 91%，碲回收率为 82.93%。
实施例4：
（1）称取二氧化碲80g溶于3L实施例3中的电解后液中，然后控制溶液的温度为90℃，搅拌2h，离心过滤得到亚碲酸钠溶液；
（2）将步骤（1）得到碲浓度约为20g/L的亚碲酸钠溶液倒入旋流电解槽，控制电积过程中电流密度为800A/m2，循环流量为600L/h，游离氢氧化钠浓度80g/L，温度40℃，电积2h，过滤得到电积产物；
（3）按1:8的固液比将电积产物加入2mol/L的草酸，在60℃下搅拌煮洗搅拌煮洗4h，过滤并洗涤至中性，干燥后得到电积碲粉。
本实施例中阴极电流效率为67.26%，制备的碲粉粒径均匀，纯度达到99. 92%，碲回收率为85.39%。

Claims (4)

1.一种制备碲粉的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将二氧化碲加入氢氧化钠溶液中，搅拌，然后过滤；
(2)将步骤(1)中过滤后的溶液作为电解液进行旋流电积，电积结束后过滤电解液得到电积产物；
(3)将步骤(2)得到的电积产物加入草酸溶液中煮洗，经过滤、干燥后得到碲粉；
所述步骤(2)中，旋流电积过程的电流密度为500-800A/m2；
所述步骤(2)中，电解液中碲浓度为10-20g/L，游离氢氧化钠浓度为10-80g/L；
所述步骤(2)中，旋流电积过程的循环流量为400-600L/h；
所述步骤(2)中，旋流电积过程的温度为20-40℃，电解时间为1-3h。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中二氧化碲与氢氧化钠的质量比为2：1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)的具体操作包括：按1:7-1:9的固液比将电积产物加入1-2mol/L的草酸溶液中，在60℃下搅拌煮洗3-4h，过滤并洗涤至中性，干燥后得到碲粉。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)后得到的滤液返回步骤(1)用于二氧化碲溶解。
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