CN107640749A - 一种高纯二氧化碲及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高纯二氧化碲及其制备方法，属于金属及其氧化物的制备技术领域。本发明将粗碲提纯为高纯碲，并将熔融的高纯碲移送到密闭的反应炉内进行氧化反应制得二氧化碲，本发明工艺简，设备投资少，加工成本低，产品质量稳定且环保。

Description

一种高纯二氧化碲及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属及其氧化物的制备技术领域，具体涉及一种高纯二氧化碲及其制备方法。

背景技术

高纯二氧化碲是太阳能正银玻璃粉关键材料。长期以来，国内外均采用化学法生产，造成废气、废液的产生。虽然处理达标排放，但产品中均含有酸根离子，从而对太阳能正银玻璃粉质量产生负面影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高纯二氧化碲及其制备方法，以解决现有二氧化碲纯度不高、并且含有酸根离子的问题以及现有二氧化碲制备工艺污染环境、工艺复杂、无法规模生产的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种高纯二氧化碲的制备方法，包括：

(1)将碲锭破碎后置于蒸馏炉中并在真空度为10^－5￣10^－4Pa的条件下加热蒸馏，制得纯碲；加热方法为：将蒸馏炉至下而上分成高、中、低三个加热区进行分区段加热；其中，高温区段对应加热蒸馏炉的下部，并且高温区段的加热温度为550－600℃；中温区段对应加热蒸馏炉的中部，并且中温区段的加热温度为300－350℃；低温区段对应加热蒸馏炉的上部，并且低温区段的加热温度为200－250℃；

(2)将制得的纯碲置于反应炉中并在纯氧气氛下加热反应，制得二氧化碲；加热方法为：将反应炉分成上、下两个加热区进行分区段加热，上部温区的加热温度为400－500℃，下部温区的加热温度为800－1000℃。

本发明通过真空蒸馏先将纯度较低的碲锭进行提纯，并且在蒸馏过程中将蒸馏炉分成三段进行加热，以将沸点高于碲的杂质保留在位于蒸馏炉下部的高温区段，将沸点低于碲的杂质存集在位于蒸馏炉上部的低温区段，将产品碲通过冷凝器冷凝在中温区段，由此将碲锭中的高沸点和低沸点杂质去除，从而获得高纯度的纯碲，为后续制备高纯度的二氧化碲提供高纯度的原料。然后，本发明以提纯后的高纯碲在纯氧气氛下发生氧化反应制备二氧化碲，由于整个过程纯碲只与氧气发生氧化反应，进一步保证了最终产品二氧化碲的纯度。并且，在氧化反应过程中，本发明也采用分段加热的方式将反应炉分成上、下两个加热区；其中，下部温区提供800－1000℃的反应温度，用于进行氧化反应，上部温区提供400－500℃的冷凝温度，用于将产物二氧化碲冷凝收集。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，在步骤(2)中，向反应炉中通入为氧气理论值1－1.5倍的氧气量。

本发明通入过量的氧气的目的在于，使氧化反应充分进行。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，步骤(2)还包括：在反应过程中对物料进行搅拌处理。

通过搅拌处理，能够加快反应进行，提高生产效率。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，步骤(2)还包括：反应结束后，向反应炉中通入350－450℃的热风。

本发明向反应炉中通入热风，一方面，热风作为输送动力，将产物二氧化碲输送至反应炉的收集槽中进行收集，另一方面，温度为350－450℃的热风能够将夹杂在二氧化碲中的低沸点杂质熔化，使其与产物二氧化碲分离，进一步提高产物二氧化碲的纯度。

上述制备方法制备得到的高纯二氧化碲。

本发明具有以下有益效果：

本发明的制备方法工艺简单，产量大，适合规模化生产，并且能够避免化学制备工艺带来的环境污染；本发明通过真空蒸馏以及分段加热的方式先将纯度较低的碲锭进行提纯，然后再以提纯后的纯碲用于制备二氧化碲，提高了产品纯度，并且由于整个制备过程均在密闭条件下进行，其质量稳定，产品一致性好；而且，本发明所采用的生产设备简单易得、设备投资少，生产成本低。

附图说明

图1为本发明的用于提纯碲锭的纯碲制备装置的结构示意图；

图2为本发明的用于制备二氧化碲的二氧化碲制备装置的结构示意图。

图中：100－纯碲制备装置；110－蒸馏炉；111－炉体；112－第一坩埚；113－塔盘；114－冷凝器；115－收集器；120－真空机组；121－扩散泵；122－机械泵；130－电控装置；200－二氧化碲制备装置；210－氧气供给器；220－反应炉；221－第二坩埚；222－收集槽；223－搅拌器；230－热风系统；300－管体。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本发明的制备高纯二氧化碲的设备包括彼此独立的纯碲制备装置100和二氧化碲制备装置200。

请参照图1，纯碲制备装置100包括蒸馏炉110、真空机组120和电控装置130。蒸馏炉110和真空机组120通过管体300连接。图1中，管体300的形状、在蒸馏炉110和真空机组120上的连接位置仅仅作为示意，并非用于限制本发明。蒸馏炉110和真空机组120分别与电控装置130电连接。

请参照图1，蒸馏炉110包括炉体111、第一坩埚112、至少三个塔盘113、冷凝器114和收集器115。第一坩埚112设置于炉体111的底部，用于放置蒸馏物料：碲锭。塔盘113、冷凝器114和收集器115至下而上依次设置于第一坩埚112的上方。冷凝器114和第一坩埚112之间通过塔盘113隔开。冷凝器114和收集器115通过不锈钢板(图未示)隔开。图1仅展示了三个塔盘113，在本发明的其他实施例中，塔盘113的个数可以更多，例如5个、10个，具体个数根据实际生产规模进行确定。

请参照图1，真空机组120包括扩散泵121和机械泵122。蒸馏炉110、扩散泵121和机械泵122依次连接。扩散泵121和机械泵122均用于抽真空，为蒸馏炉110提供真空环境。本发明同时设置扩散泵121和机械泵122进行抽真空的目的在于，控制反应过程中以及反应结束后整个生产设备在不同时期对真空条件的要求。具体地，反应时，开启扩散泵121和机械泵122同时进行抽真空，为蒸馏炉110内提供10^－5￣10^－4Pa的真空度，使得碲锭在该真空条件下蒸馏，制得纯碲，此阶段要求的真空度较高；当反应(蒸馏)结束后，不能立刻全部关闭真空机组120，而是仅关闭真空机组120的扩散泵121，通过机械泵122继续抽真空30－35min，为蒸馏炉110提供相对反应时较低的真空度；直到30－35min后，再将机械泵122关闭，将真空机组120与大气连通。如此操作时因为反应结束后，温度还没有降下来，避免空气进入，故要继续抽真空，等温度降下来后，方可停止抽真空。

本实施例的电控装置130为PID调节仪。PID调节仪，又称智能显示调节仪，是智能型、高精度的数显温度、压力、液位测量控制仪表，与各类传感器、变送器配合使用，可对温度、压力、液位、流量、重量等工业过程参数进行测量、显示、报警控制、变松输出、数据采集和通讯。本发明通过PID调节仪能够实现对蒸馏炉110、真空机组120内温度和压力的实时监控以及数据采集、工艺参数的设定等，其操作方便安全。

本发明的电控装置130也可以是其他类似具有相同功能的智能设备。

请参照图2，二氧化碲制备装置200包括氧气供给器210和反应炉220。氧气供给器210和反应炉220通过管体300连接。同样地，图2中，管体300的形状、在氧气供给器210和反应炉220上的连接位置也是仅仅作为示意，并非用于限制本发明。

请参照图2，氧气供给器210，可理解为氧气瓶，其用于为反应炉220提供氧气，以制得二氧化碲。氧气供给器210的氧气出口与反应炉220的进气口通过管体300连接。

请参照图2，反应炉220包括第二坩埚221和收集槽222。第二坩埚221设置于反应炉220的底部，用于放置反应物料：纯碲。收集槽222设置于第二坩埚221的上方，用于收集反应产物二氧化碲。如图2所示，本实施例的反应炉220还包括搅拌器223，搅拌器223设置于反应炉220内，在反应过程中搅拌反应物料，从而加快反应进行。

请参照图2，二氧化碲制备装置200还包括热风系统230，热风系统230的出风口通过管体300与反应炉220连接。热风系统230用于为反应炉220提供350－450℃的热风，作为物料输送机构，将生成的二氧化碲输送至收集槽222中进行收集，其具体结构以及在与反应炉220的连接关系可参照现有技术，本发明对此不进行限制。

需要说明的是，本发明的制备高纯二氧化碲的设备涉及的各个装置除上述描述的内容以外，其他未明确说明的结构细节均可参照相应的现有装置进行布置，例如蒸馏炉110，其具有上述特征以外，其明显应该具有一般蒸馏炉110所具有的炉体111结构，包括：蒸馏罐、保温层，以及设置保温层内的发热电阻以及温度传感器等常规部件。同理，塔盘113、冷凝器114以及收集器115等部件在结构上与现有的也无明显差别。

下面对本发明的制备高纯二氧化碲的工作过程进行说明。

将准备好的碲锭置于蒸馏炉110的第一坩埚112中，设置好真空度、各温度的加热温度等参数。在开始加热前，先对蒸馏炉110内进行抽真空，使其达到反应要求的真空度，然后再开始升温，进行蒸馏。待蒸馏结束后，关闭蒸馏炉110电源以及扩散泵121，继续利用机械泵122抽真空30－35min，然后停止机械泵122工作，完成生产。制得的纯碲在冷凝器114中收集。

将前述制得的纯碲置于反应炉220的第二坩埚221中，设置好反应温度。在开始加热前，先向反应炉220中通入高于理论值1－1.5倍的氧气，例如，1mol碲通入1.5mol氧气，使其充分反应。同时，通过输入氧气，将反应炉220中的空气排进，避免反应过程中其他杂质生成，保证产物二氧化碲的纯度。待通入氧气一段时间后，开启反应炉220，进行加热，发生氧化反应。待反应结束后，产物二氧化碲收集在收集槽222中。由此，完成二氧化碲的制备过程。

下面结合实施例对本发明的制备方法进行说明。

实施例1：

本实施例的高纯二氧化碲的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备纯碲

在蒸馏之前，将第一坩埚112、塔盘113、冷凝器114以及收集器115用酸液浸泡，并用离子交换水冲洗至中性，然后置于干燥箱中干燥，备用。

将碲锭破碎后置于蒸馏炉110的第一坩埚112中并在真空度为10^－5Pa的条件下加热蒸馏，制得纯碲。加热方法为：将蒸馏炉110至下而上分成高、中、低三个加热区进行分区段加热；其中，高温区段对应加热蒸馏炉110的下部，即对应第一坩埚112，并且高温区段的加热温度为550℃；中温区段对应加热蒸馏炉110的中部，即对应冷凝器114，并且中温区段的加热温度为300℃；低温区段对应加热蒸馏炉110的上部，即对应收集器115，并且低温区段的加热温度为200℃。

(2)制备二氧化碲

在反应之前，将第二坩埚221和收集槽222用酸液浸泡，并用离子交换水冲洗至中性，然后置于干燥箱中干燥，备用。

将制得的纯碲置于反应炉220的第二坩埚221中并在由氧气供给器210提供的纯氧气氛下加热反应，制得二氧化碲。加热方法为：将反应炉220分成上、下两个加热区进行分区段加热；其中，上部温区对应加热反应炉220的上述，即对应收集槽222，并且上部温区的加热温度为400℃；下部温区对应加热反应炉200的下部，即对应第二坩埚221，并且下部温区的加热温度为800℃。向反应炉220中通入的氧气量高于理论值1.2倍。当下部温区温度升至800℃时，利用设置于反应炉220内的搅拌器223进行搅拌，并且开启与反应炉220连接的热风系统230。热风温度为350℃。

实施例2：

本实施例的高纯二氧化碲的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备纯碲

在蒸馏之前，将第一坩埚112、塔盘113、冷凝器114以及收集器115用酸液浸泡，并用离子交换水冲洗至中性，然后置于干燥箱中干燥，备用。

将碲锭破碎后置于蒸馏炉110的第一坩埚112中并在真空度为10^－4Pa的条件下加热蒸馏，制得纯碲。加热方法为：将蒸馏炉110至下而上分成高、中、低三个加热区进行分区段加热；其中，高温区段对应加热蒸馏炉110的下部，即对应第一坩埚112，并且高温区段的加热温度为600℃；中温区段对应加热蒸馏炉110的中部，即对应冷凝器114，并且中温区段的加热温度为350℃；低温区段对应加热蒸馏炉110的上部，即对应收集器115，并且低温区段的加热温度为250℃。

(2)制备二氧化碲

在反应之前，将第二坩埚221和收集槽222用酸液浸泡，并用离子交换水冲洗至中性，然后置于干燥箱中干燥，备用。

将制得的纯碲置于反应炉220的第二坩埚221中并在由氧气供给器210提供的纯氧气氛下加热反应，制得二氧化碲。加热方法为：将反应炉220分成上、下两个加热区进行分区段加热；其中，上部温区对应加热反应炉220的上述，即对应收集槽222，并且上部温区的加热温度为500℃；下部温区对应加热反应炉220的下部，即对应第二坩埚221，并且下部温区的加热温度为1000℃。向反应炉220中通入的氧气量高于理论值1.5倍。当下部温区温度升至1000℃时，利用设置于反应炉220内的搅拌器223进行搅拌，并且开启与反应炉220连接的热风系统230。热风温度为400℃。

实施例3：

本实施例的高纯二氧化碲的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备纯碲

在蒸馏之前，将第一坩埚112、塔盘113、冷凝器114以及收集器115用酸液浸泡，并用离子交换水冲洗至中性，然后置于干燥箱中干燥，备用。

将碲锭破碎后置于蒸馏炉110的第一坩埚112中并在真空度为5×10^－5Pa的条件下加热蒸馏，制得纯碲。加热方法为：将蒸馏炉110至下而上分成高、中、低三个加热区进行分区段加热；其中，高温区段对应加热蒸馏炉110的下部，即对应第一坩埚112，并且高温区段的加热温度为580℃；中温区段对应加热蒸馏炉110的中部，即对应冷凝器114，并且中温区段的加热温度为320℃；低温区段对应加热蒸馏炉110的上部，即对应收集器115，并且低温区段的加热温度为240℃。

(2)制备二氧化碲

在反应之前，将第二坩埚221和收集槽222用酸液浸泡，并用离子交换水冲洗至中性，然后置于干燥箱中干燥，备用。

将制得的纯碲置于反应炉220的第二坩埚221中并在由氧气供给器210提供的纯氧气氛下加热反应，制得二氧化碲。加热方法为：将反应炉220分成上、下两个加热区进行分区段加热；其中，上部温区对应加热反应炉220的上述，即对应收集槽222，并且上部温区的加热温度为450℃；下部温区对应加热反应炉220的下部，即对应第二坩埚221，并且下部温区的加热温度为900℃。向反应炉220中通入的氧气量高于理论值1.8倍。当下部温区温度升至900℃时，利用设置于反应炉220内的搅拌器223进行搅拌，并且开启与反应炉220连接的热风系统230。热风温度为450℃。

试验例

对上述实施例1－3制得的纯碲和二氧化碲进行成分检测，检测结果见表2和3。检测仪器为：电感耦合等离子体发射光谱仪/710。表1为提纯前碲锭的成分检测报告。

表1提纯前碲锭的成分检测报告

表2实施例1－3纯碲的成分检测报告

表3实施例1－3二氧化碲成分检测结果(计量单位：10^－4％)

实施例	Na	Mg	Al	Ca	Cr	Mn	Fe	Cu	Zn	Se	Sn	Pb	Bi	Ni
															1	1.8	0.6	0.6	5.8	0.4	0.6	4.3	0.6	0.4	4.9	0.7	1.3	0.9	0.7
2	1.7	0.4	0.5	5.7	0.6	0.5	4.4	0.7	0.6	5.0	0.6	1.1	1.2	0.6
															3	1.7	0.5	0.5	5.6	0.5	0.5	4.2	0.5	0.5	4.8	0.5	1.2	1.0	0.5

从表2可以看出，本发明实施例1－3制得的纯碲其级别达到5N，相比提纯前，其杂质含量明显降低，产品质量明显改善，由此制得的二氧化碲其杂质成分总含量小于10ppm。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高纯二氧化碲的制备方法，其特征在于，包括：

(1)将碲锭破碎后置于蒸馏炉中并在真空度为10^－5￣10^－4Pa的条件下加热蒸馏，制得纯碲；加热方法为：将所述蒸馏炉至下而上分成高、中、低三个加热区进行分区段加热；其中，高温区段对应加热所述蒸馏炉的下部，并且所述高温区段的加热温度为550－600℃；中温区段对应加热所述蒸馏炉的中部，并且所述中温区段的加热温度为300－350℃；低温区段对应加热所述蒸馏炉的上部，并且所述低温区段的加热温度为200－250℃；

(2)将制得的所述纯碲置于反应炉中并在纯氧气氛下加热反应，制得二氧化碲；加热方法为：将所述反应炉分成上、下两个加热区进行分区段加热，上部温区的加热温度为400－500℃，下部温区的加热温度为800－1000℃。

2.根据权利要求1所述的高纯二氧化碲的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，向所述反应炉中通入为氧气理论值1－1.5倍的氧气量。

3.根据权利要求2所述的高纯二氧化碲的制备方法，其特征在于，步骤(2)还包括：在反应过程中对物料进行搅拌处理。

4.根据权利要求3所述的高纯二氧化碲的制备方法，其特征在于，步骤(2)还包括：反应结束后，向所述反应炉中通入350－450℃的热风。

5.权利要求1－4任一项所述的制备方法制备得到的高纯二氧化碲。