高純氧化釔銪的制備途徑探討

張江華

摘 要：本次研究主要探討高純氧化釓銪的制備方法，以氯化釔溶液為原料，經(jīng)過萃取、反萃取、沉淀、氧化等一系列的制備過程，最終得到高純度氧化釔銪，該萃取方法摒棄了現(xiàn)有的堿液皂化工藝，直接采用改性凹凸棒石起到皂化作用，維持水相平衡酸度，避免氨氮廢水產(chǎn)生，萃取快速、徹底，節(jié)約了萃取劑用量，降低稀土產(chǎn)品生產(chǎn)成本，同時(shí)也可以較好地提高了產(chǎn)品品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：稀土元素；高純氧化釔銪；制備；途徑

稀土元素因其獨(dú)特的電子構(gòu)型而具備獨(dú)特的發(fā)光特性，成為光學(xué)材料的寶庫(kù)。稀土發(fā)光材料的優(yōu)點(diǎn)在于具有較好的吸收能力和轉(zhuǎn)換率，可發(fā)射紫外到紅光的光譜，且物理化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定。目前稀土元素普遍應(yīng)用于彩電顯像管、照明等設(shè)備方面，為各行各業(yè)的發(fā)展做出了突出的貢獻(xiàn)。傳統(tǒng)的稀土分離的方法多種多樣，現(xiàn)比較常用的就是溶劑萃取法，該法缺點(diǎn)是有機(jī)溶劑的毒性大，多級(jí)萃取操作費(fèi)時(shí)、麻煩、作強(qiáng)度大，有些試劑昂貴，成本高。因此常規(guī)須用氨水或氫氧化鈉堿液對(duì)萃取劑進(jìn)行皂化，將氫離子去除，然后再與稀土料液進(jìn)行交換萃取，但這樣會(huì)產(chǎn)生大量的氨氮廢水等問題，不利于環(huán)保。因此針對(duì)這些問題，文章采取一種環(huán)保型氧化釔銪免皂化萃取方法，不僅能夠降低成本，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，還具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的環(huán)保效益。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料、試劑以及設(shè)備

超聲波發(fā)生器，頻率20～30KHz，凹凸棒石的粒徑為2～10mm；萃取劑為P507（2-乙基己基磷酸單2-乙基己基酯）萃取劑或HA（環(huán)烷酸）萃取劑，萃取劑的原料為：25%P507、20%N235（三（辛-癸）烷基叔胺）、55%煤油或者30%HA、20%ROH、50%煤油；氯化釔溶液濃度為1.2～1.5mol/L；鹽酸溶液的濃度為4～5mol/L。

1.2 制備步驟

本制備步驟主要包括萃取、反萃取、沉淀、氧化等，具體步驟如下：

1.2.1 凹凸棒石改性

將凹凸棒石用去離子水浸沒，并加入適量的NaCl溶液，凹凸棒石、去離子水、NaCl之間的重量比為1：（4～6）：（0.05～0.1），三者混合均勻后進(jìn)行超聲處理3～5分鐘，頻率為60～70KHz，然后過濾、烘干，得到改性凹凸棒石。

1.2.2 離子交換

先將改性凹凸棒石用去離子水浸潤(rùn)5～10分鐘，然后與萃取劑混合，改性凹凸棒石、去離子水、萃取劑之間的重量比為1：（0.8～1.0）：（20～30），進(jìn)行超聲波處理10～20分鐘，頻率為40～50KHz，然后靜置，進(jìn)行固液分離，將有機(jī)液相萃取劑輸入萃取程序，并對(duì)凹凸棒土進(jìn)行回收。

1.2.3 萃取

將萃取劑與氯化釔銪溶液以體積比1：0.6～0.8進(jìn)行萃取分離，同時(shí)進(jìn)行超聲空化20～30分鐘，超聲頻率為20～30KHz，使萃取劑與稀土溶液進(jìn)行充分接觸交換，然后靜置分離，將分出的有機(jī)相輸入反萃取程序。

1.2.4 反萃取

取所得有機(jī)相體積0.6～0.8倍的鹽酸溶液對(duì)其進(jìn)行反萃取，同時(shí)進(jìn)行超聲空化20～30分鐘，超聲頻率為20～30KHz，然后靜置分離。

1.2.5 沉淀、氧化

所得氯化釔銪溶液加熱時(shí)間25min，溫度為60℃，按照攪拌速度為100rpm攪拌后加入草酸溶液，經(jīng)過濾得到固體草酸釔銪，將所得固體草酸釔引入輥道式隧道窯灼燒，在1000℃下灼燒16小時(shí)，即得到純度為99.9999%的氧化釔銪。

2 結(jié)果與討論

由于改性過程中超聲頻率過低，雖延長(zhǎng)處理時(shí)間，凹凸棒石不能攜帶足夠的Na+，使萃取連續(xù)性變差，導(dǎo)致收率降低；且凹凸棒土本身雜質(zhì)不能有效去除，導(dǎo)致純度降低；同時(shí)，離子交換超聲頻率過大，導(dǎo)致改性凹凸棒石團(tuán)聚結(jié)球，影響交換效果，因此得到純度為99.9999%的氧化釔銪，收率為91%。

本次制備步驟通過高頻超聲波的空化作用，產(chǎn)生劇烈能量，不僅能將鈉離子送入凹凸棒石的內(nèi)部通道（鈉離子化），還能除去凹凸棒石表面粘著成分，避免后序操作給萃取劑中帶入新的雜質(zhì)，同時(shí)選擇NaCl進(jìn)行改性也避免了雜質(zhì)離子進(jìn)入系統(tǒng)。改性后的凹凸棒石即作為一種分子篩，也作為離子交換劑，其晶體孔穴內(nèi)部有很強(qiáng)的極性和庫(kù)侖場(chǎng)，對(duì)極性分子表現(xiàn)出強(qiáng)烈的吸附能力，另外，由于孔徑分布非常均一，使其呈現(xiàn)篩分功能，只有分子直徑小于其孔徑的物質(zhì)才可能進(jìn)入其晶穴內(nèi)部。制備過程中采用較低頻率超聲處理，在不破壞凹凸棒石結(jié)構(gòu)的情況下進(jìn)行離子交換和雜質(zhì)吸附，且改性凹凸棒石在使用后可再次通過水浸、超聲，并進(jìn)一步改性而重新利用。萃取液中集聚一定能量，使凹凸棒石晶穴內(nèi)與外界不停進(jìn)行離子交換（Na+、H+），從而降低萃取劑酸度，而作為分子直徑較大的萃取劑或有機(jī)溶劑則不能進(jìn)入，即達(dá)到超聲頻率、離子交換與晶穴孔徑的高度匹配。利用超聲波產(chǎn)生的強(qiáng)烈空化效應(yīng)、機(jī)械振動(dòng)、擾動(dòng)等多級(jí)效應(yīng)，在萃取劑和氯化釔接觸面上產(chǎn)生了高溫、高壓，加之超聲波分解產(chǎn)生的游離基氧化能等，提供了高的萃取能，同時(shí)增大物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)頻率和速度，增加溶劑穿透力，從而加速目標(biāo)成分進(jìn)入溶劑，促進(jìn)提取的進(jìn)行，同時(shí)，大大節(jié)約了萃取劑和反萃取劑的用量，降低生產(chǎn)成本。本次制備過程中萃取方法摒棄堿皂化，直接采用改性凹凸棒石起到皂化作用，顯著降低稀土產(chǎn)品生產(chǎn)成本（加之解決萃取劑和反萃取劑用量，化工材料成本降低40%左右），使萃取過程不產(chǎn)生氨氮廢水，消除對(duì)環(huán)境的不利影響，同時(shí)可節(jié)省大量廢水處理成本。為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量，采用凹凸棒石吸附萃取液中小分子雜質(zhì)，從而制備出高純度的氧化釔銪，滿足了氧化釔銪產(chǎn)品的純度要求。

3 結(jié)束語

本次制備利用改性凹凸棒石起到皂化和吸附雜質(zhì)的作用，摒棄了傳統(tǒng)萃取中使用的堿皂化，降低了生產(chǎn)成本，起到良好的環(huán)保作用，并且能夠有效提高氧化釔銪產(chǎn)品的純度，具有良好的環(huán)保和經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值，為氧化釔銪產(chǎn)品的制備提供了可參考的技術(shù)依據(jù)。

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