CN1931724A - 高纯氧化钇铕的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高纯氧化钇铕的制备方法,其工艺步骤为:(1)用盐酸或硝酸、醋酸分别溶解氧化钇和氧化铕;(2)取2-乙基己基磷酸单2-乙基己酯,以NaOH皂化后,与磺化煤油混合成有机萃取剂,将上述混合稀土溶液与有机萃取剂混合,搅拌,静置分离,取出水相;(3)在反应器中加入碳酸氢铵溶液,另配制10~30%的沉淀剂,沉淀剂为草酸或草酸铵;向反应器中同时加入稀土溶液和沉淀剂,并同步加完,保持体系的温度在20~90℃;(4)沉淀反应结束后,将产物水洗至pH值至5.0~6.5;再经离心脱水,将脱水后的产物用无水乙醇调成浆状,置于烘箱中干燥处理;(5)将干燥后的产物置于高纯陶瓷坩埚中煅烧,得到稀土氧化物。本发明高纯、粒度在3~6μm,并且亚晶尺寸可控。
Description
技术领域:
本发明涉及一种高纯稀土氧化物的制备方法,具体涉及一种高纯氧化钇铕的制备方法。属于无机材料领域中的稀土新材料部分技术领域。
背景技术:
稀土元素因其独特的电子构型而具备特殊的发光特性,成为光学材料的宝库。稀土发光材料的优点是吸收能力强,转换率高,可发射从紫外到红外的光谱,在可见光区域,有很强的发射能力,且物理化学性质稳定。目前,稀土发光材料主要应用于彩电显像管、计算机显示器、照明、医疗设备等方面。其用量最大的是彩电显像管、计算机显示器、稀土三基色节能灯和等离子显示屏等。
随着此类设备质量与档次的不断提高,其对发光材料前驱体的要求也越来越高,如体现在对纯度的要求上,SiO2含量是衡量发光材料前驱体纯度的主要标志,目前,主流计算机显示器用荧光材料均要求前驱体的SiO2含量小于10ppm;在粒度和均匀性方面,要求前驱体的粒度在3~6um之间,同时等离子显示屏等新型显示设备对荧光材料前驱体的微晶大小(即亚晶尺寸)也提出了高精度的要求。因此,为保持并拓展稀土在高科技领域的应用范围,开发高纯度、粒度与分布合理、亚晶尺寸可控的新型稀土发光材料前驱体成为必然趋势。
生产稀土发光材料前驱体的企业较多,其中用于红色荧光粉前驱体的氧化钇铕共沉物占了较大分额,多采用萃取分离后草酸沉淀再灼烧的工艺,但因这三道工序涉及因素较多,并且相互影响,目前尚无厂家能同时达到产品高纯度并可控制粒度、均匀性及亚晶大小的水平。仅在纯度方面,通常的氧化钇铕只达到SiO2含量在30ppm左右的水平。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足,提供一种高纯、粒度在3~6um,并且亚晶尺寸可控的高纯氧化钇铕的制备方法。
本发明的目的是这样实现的:一种高纯氧化钇铕的制备方法,其特征在于该法包括以下工艺步骤:
(1)、用盐酸或硝酸、醋酸分别溶解氧化钇和氧化铕,混合后形成浓度为0.1~2Mol/l的稀土氯化物或硝酸盐、醋酸盐溶液,其中氧化钇与氧化铕的重量百分比为:氧化钇90%~99%,氧化铕1%~10%;
(2)、取一定量的2-乙基己基磷酸单2-乙基己酯,以NaOH按10~20%的皂化率皂化后,与2~10倍的磺化煤油混合成有机萃取剂,将上述混合稀土溶液的PH调整为2~6,与有机萃取剂按0.2~0.5∶1的比例混合,搅拌5~30分钟后,静置分离,用分液漏斗取出水相;必要时可重复上述步骤1~3次;
(3)、在反应器中加入5%~10%浓度的碳酸氢铵溶液,溶液体积为稀土溶液体积的5%~20%,另配制重量百分比浓度为10~30%的沉淀剂,沉淀剂为草酸或草酸铵,需要量为所溶解稀土氧化物重量的1.6~2.5倍,向反应器中同时加入稀土溶液和沉淀剂,控制二者的速度在50~100ml/分钟,并同步加完,同时以中快速搅拌,搅拌速度为100~300转/分,以形成稀土草酸盐沉淀,在沉淀过程中保持体系的温度在20~90℃;
(4)、沉淀反应结束后,将产物以去离子水洗至PH值至5.0~6.5;再经离心脱水,将脱水后的产物用无水乙醇调成浆状,置于烘箱中,在80~100℃温度下进行5小时以上的干燥处理;
(5)、将干燥后的产物置于高纯陶瓷坩埚中,在清洁空气气氛下以煅烧,得到稀土氧化物;煅烧温度与时间根据所需亚晶尺寸而定,亚晶尺寸越小,所需的煅烧温度越低,煅烧时间越短;亚晶尺寸越大,所需的煅烧温度越高,煅烧时间越长。通常,煅烧时间固定在2小时的话,煅烧温度在700~1150℃范围内,所得到的相应亚晶尺寸在200~700A。具体地说,当温度为700~900℃时,亚晶尺寸在200~500A之间,当温度为900~1000℃时,亚晶尺寸在500~600A之间;当温度为900~1100℃时,亚晶尺寸在600~700A之间。
本发明的操作比较简单,容易实现自动化条件下的工业生产;P507(2-乙基己基磷酸单2-乙基己酯)在该条件下对钙离子有最大的选择性,因此稀土溶液中的大部分钙被萃取除去,而沉淀剂中的草酸根对稀土又有较好的选择性,进一步避免了残余的钙离子形成沉淀物,因此所得稀土氧化物具有普通产品难以达到的高纯度,SiO2含量可达10ppm以下;碳酸氢铵在反应体系中的加入,有利于小颗粒晶种的预先生成,从而使之后生成的草酸稀土颗粒不会发育过大,无水乙醇在脱水过程中可进一步避免团聚的形成,这样最终产品的粒度可控制在3~6um之间;由于在加料过程中严格控制为匀速,使得颗粒粒径分布良好;亚晶的生成和发育重要受煅烧过程的影响,对煅烧条件进行控制,可以得到所需的亚晶尺寸范围。因此,本发明所提供的产品,在纯度和微观特性上比传统产品有很大的改善,完全满足发光材料对稀土产品的要求。
具体实施方式
实施例1:
用盐酸分别溶解氧化钇20g,氧化铕1g,混合后盐酸钇铕溶液总体积为180ml,浓度为1.0Mol/l;以NH4HCO3调整PH至3.0。取P507(2-乙基己基磷酸单2-乙基己酯)50ml,以NAOH皂化10%后,与350ml磺化煤油混合成有机萃取剂,将混合稀土溶液与萃取剂混合搅拌10分钟,以分液漏斗引出稀土溶液。称取45g草酸,溶解于300ml去离子水中。在反应器中加入5%碳酸氢铵溶液40ml,在200转/分的搅拌速度下,由自动控制系统同时向反应器中加入稀土溶液和草酸溶液,保持加料速度在20-30ml/分钟,且二者同时加完,以形成稀土草酸盐沉淀,在沉淀过程中保持体系的温度在70~90℃。加料完毕后,将产物以去离子水洗至PH值至6.0,离心脱水,以无水乙醇调成奖状,置于烘箱中,在80~100℃温度下进行5小时以上的干燥处理,在马弗炉内以900℃灼烧2h,过筛后即得氧化钇铕产品。产品的SiO2含量为8ppm,粒度D50为3.8um,亚晶尺寸为485A。
实施例2:
用硝酸分别溶解氧化钇20g,氧化铕1.5g,混合后硝酸钇铕溶液总体积为150ml,浓度约为1.1Mol/l;以NH4HCO3调整PH至4.0。取P507(2-乙基己基磷酸单2-乙基己酯)50ml,以NAOH皂化20%后,与350ml磺化煤油混合成萃取剂,将混合稀土溶液与萃取剂混合搅拌30分钟,以分液漏斗引出稀土溶液。称取40g草酸铵,溶解于300ml去离子水中。在反应器中加入5%碳酸氢铵溶液40ml,在200转/分的搅拌速度下,由自动控制系统同时向反应器中加入稀土溶液和草酸溶液,保持加料速度在20- 30ml/分钟,且二者同时加完,以形成稀土草酸盐沉淀,在沉淀过程中保持体系的温度在20~50℃。加料完毕后,将产物以去离子水洗至PH值至6.0,离心脱水,以无水乙醇调成奖状,置于烘箱中,在80~100℃温度下进行5小时以上的干燥处理,在马弗炉内以1000℃灼烧2h,过筛后即得氧化钇铕产品。产品的SiO2含量为8ppm,粒度D50为4.5um,亚晶尺寸为610A。
实施例3:
用醋酸分别溶解氧化钇20g,氧化铕1.5g,混合后醋酸钇铕溶液总体积为150ml,浓度约为1.1Mol/l;以NH4HCO3调整PH至6.0。取P507(2-乙基己基磷酸单2-乙基己酯)50ml,以NAOH皂化15%后,与350ml磺化煤油混合成萃取剂,将混合稀土溶液与萃取剂混合搅拌30分钟,以分液漏斗引出稀土溶液。称取40g草酸铵,溶解于300ml去离子水中。在反应器中加入5%碳酸氢铵溶液40ml,在300转/分的搅拌速度下,由自动控制系统同时向反应器中加入稀土溶液和草酸溶液,保持加料速度在25-30ml/分钟,且二者同时加完,以形成稀土草酸盐沉淀,在沉淀过程中保持体系的温度在50~70℃。加料完毕后,将产物以去离子水洗至PH值至6.5,离心脱水,以无水乙醇调成奖状,置于烘箱中,在90~100℃温度下进行5小时以上的干燥处理,在马弗炉内以1000℃灼烧2h,过筛后即得氧化钇铕产品。产品的SiO2含量为8ppm,粒度D50为4.5um,亚晶尺寸为610A。
Claims (7)
1、一种高纯氧化钇铕的制备方法,其特征在于该法包括以下工艺步骤:
(1)、用盐酸或硝酸、醋酸分别溶解氧化钇和氧化铕,混合后形成浓度为0.1~2Mol/l的稀土氯化物或硝酸盐、醋酸盐溶液,其中氧化钇与氧化铕的重量百分比为:氧化钇90%~99%,氧化铕1%~10%;
(2)、取一定量的2-乙基己基磷酸单2-乙基己酯,以NaOH按10~20%的皂化率皂化后,与2~10倍的磺化煤油混合成有机萃取剂,将上述混合稀土溶液的PH调整为2~6,与有机萃取剂按0.2~0.5∶1的比例混合,搅拌5~30分钟后,静置分离,用分液漏斗取出水相;
(3)、在反应器中加入5%~10%浓度的碳酸氢铵溶液,溶液体积为稀土溶液体积的5%~20%,另配制重量百分比浓度为10~30%的沉淀剂,沉淀剂为草酸或草酸铵,需要量为所溶解稀土氧化物重量的1.6~2.5倍;向反应器中同时加入稀土溶液和沉淀剂,控制二者的速度在50~100ml/分钟,并同步加完,同时以中快速搅拌,搅拌速度为100~300转/分,以形成稀土草酸盐沉淀,在沉淀过程中保持体系的温度在20~90℃;
(4)、沉淀反应结束后,将产物以去离子水洗至PH值至5.0~6.5;再经离心脱水,将脱水后的产物用无水乙醇调成浆状,置于烘箱中,在80~100℃温度下进行5小时以上的干燥处理;
(5)、将干燥后的产物置于高纯陶瓷坩埚中煅烧,得到稀土氧化物。
2、根据权利要求1所述的一种高纯氧化钇铕的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)重复1~3次。
3、根据权利要求1或2所述的一种高纯氧化钇铕的制备方法,其特征在于:所述煅烧温度与时间根据所需亚晶尺寸而定,亚晶尺寸越小,所需的煅烧温度越低,煅烧时间越短;亚晶尺寸越大,所需的煅烧温度越高,煅烧时间越长。
4、根据权利要求3所述的一种高纯氧化钇铕的制备方法,其特征在于:所述煅烧时间在2小时±0.5小时,煅烧温度在700~1150℃内,所得到的相应亚晶尺寸在200~700A。
5、根据权利要求4所述的一种高纯氧化钇铕的制备方法,其特征在于:所述煅烧温度在700~900℃,所得到的相应亚晶尺寸在200~500A。
6、根据权利要求4所述的一种高纯氧化钇铕的制备方法,其特征在于:所述煅烧温度在900~1000℃,所得到的相应亚晶尺寸在500~600A。
7、根据权利要求4所述的一种高纯氧化钇铕的制备方法,其特征在于:所述煅烧温度在900~1100℃,所得到的相应亚晶尺寸在600~700A。
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