專利名稱:超高純氧化釔的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于物質(zhì)的分離和純制技術(shù),具體的講是除去氧化釔中稀土和非稀土雜質(zhì)的方法。
隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展,作為固體激光器主要工作物質(zhì)的摻釹釔鋁石榴石晶體(YAG)對原材料氧化釔中雜質(zhì)的種類和含量的要求越來越苛刻。目前市場上提供的氧化釔,雖然其稀土雜質(zhì)含量已低到使氧化釔純度達(dá)到99.9999%的水平,但是其中非稀土雜質(zhì)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足降低晶體閾值,防止能量猝滅和制造出大功率激光器的要求。在采用離子交換法純制Y2O3的工作中,長春應(yīng)化所從60年代起進(jìn)行了大量的工作,其中最有代表性的是采用常溫—升溫聯(lián)用法,得到了彩電紅粉用的純度達(dá)到99.9999%的氧化釔,廣東惠州超能公司采用高壓離子交換法,也得到了99.9999%的氧化釔,但上述兩方法由于采用高溫,高壓至使工藝復(fù)雜,設(shè)備昂貴,并且尚未解決Y2O3中非稀土雜質(zhì)的除去問題。
采用NH4AC淋洗離子交換法純制Y2O3,文獻(xiàn)上曾總結(jié)出不同溫度下稀土元素的洗出順序,當(dāng)濃度為0.5摩爾,PH=6時,常溫下淋洗的稀土洗出順序是Tb-Dy-Gd-Ho-Er-Lu-Yb-Sm-Y-Nd-Pr-Ce-La。針對彩電紅粉和熒光材料對Y2O3的要求,不允許Nd有高的含量,由于洗出序中Y-Nd鄰近,必須升溫以隔離,然而對針對摻Nd YAG的使用,由于Nd的痕量是允許誤差,故常溫下的NH4AC淋洗是可行的。采用高壓離子交換往往是為了提高分離效果,故多采取細(xì)樹脂上柱,以便在高壓下快速完成分離。分析表明,在不采用昂貴的高壓設(shè)備的情況下,通過改變常規(guī)交換中分離柱長徑比,吸附與分離柱樹脂床體積比和配以高位淋洗也可能在常壓下足以克服離子交換的故有缺點,快速,高效地完成Y2O3純制。在去除非稀土雜質(zhì)方面,通常使用草酸鹽沉淀法,常規(guī)草酸鹽沉淀法卻達(dá)不到除去Si、Cl、Ca、Fe等有害雜質(zhì)的純度要求,當(dāng)采用超凈工作室(1000級以上)和操作在隔離Si污染的環(huán)境下進(jìn)行時,特別是利用洗出液中目標(biāo)稀土組分的大體積、低濃度,從而控制加大酸度進(jìn)行沉淀,就可使非稀土雜質(zhì)全部留在溶液中而不進(jìn)入沉淀。
本發(fā)明的目的是采用改進(jìn)了分離柱長徑比和吸附與分離柱樹脂床體積比,常溫常壓配以高位淋洗的情況下,用超細(xì)樹脂交換,并以綜合化學(xué)法除去非稀土雜質(zhì)使純制得到的Y2O3純度>99.9999%,非稀土雜質(zhì)含量小于7μg/g。
本發(fā)明的一個顯著特點是將常規(guī)離子交換中分離柱長徑比20∶1改變?yōu)?2∶1,分離柱與吸附柱樹脂床體積比由常規(guī)的5∶1改變?yōu)?∶1。
本發(fā)明的另一個顯著特點是,采用260目以上細(xì)樹脂。
本發(fā)明的再一個顯著特點是對目標(biāo)稀土洗出組分,利用其體積大、濃度低利于除雜的特點,嚴(yán)格控制沉淀條件,增大酸度在超凈環(huán)境中直接沉淀,去除非稀土雜質(zhì)。
本發(fā)明制造高純氧化釔的方法,其具體步驟如下1、選用純度大于99.99%的Y2O3為原料。
2、選擇WY2O3∶W陽離子樹脂為1∶13.5。
3、選擇分離柱長徑比為12∶1,V吸/V分為1∶2體積比。
4、配制淋洗液NH4AC濃度為0.5摩爾PH為6.0±0.2。
5、用HNO3溶料,過濾稀釋至25g/l,PH=2。
6、按線速度0.62cm/min,使料液通過吸附柱吸附,然后洗至中性后與分離柱連接。
7、以線速度0.73cm/min的流速用NH4AC淋洗,當(dāng)空白液流出后,用EDTA溶液滴定稀土濃度。
8、收集目標(biāo)流出液(在超凈環(huán)境下)9、調(diào)整目標(biāo)液PH使其<2,控制草酸鹽沉淀溫度和速度,一次性除雜。
10、灼燒沉淀,得到稀土純度>6N,非稀土雜質(zhì)含量<7μg/g的Y2O3。
本發(fā)明得到的高純Y2O3,其稀土雜質(zhì)含量采用化學(xué)法富集100-200倍,用光譜法測量,產(chǎn)品中的非稀土雜質(zhì)采用火花源質(zhì)譜法測定,表1和表2列出了原料和純制后產(chǎn)品中稀土和非稀土雜質(zhì)的含量。
表1 Y2O3中稀土雜質(zhì)含量
表2 Y2O3中非稀土雜質(zhì)含量
用本發(fā)明的方法純制得到的Y2O3,稀土雜質(zhì)總含量小于1μg/g,純度>99.9999%,非稀土雜質(zhì)總含量小于7μg/g,是國內(nèi)迄今見到的純度和雜質(zhì)含量指標(biāo)最佳的Y2O3產(chǎn)品。
本發(fā)明的實施例如下實施例1采用99.99%純度的Y2O3為原料。以260目的陽離子交換樹脂裝柱,吸附柱為φ15cm×90cm,分離柱為φ15cm×190cm。NH4AC濃度為0.5摩爾,調(diào)PH=6.0±0.2,用1∶1HNO3加熱溶解1kgY2O3原料,過濾,稀釋至25g/l,調(diào)PH=2,以0.62cm/min流速使料液通過吸附柱,然后水洗至中性后將吸附柱與分離柱連接,以0.73cm/min流速用配制好的NH4AC溶液淋洗,Y2O3空白液流出棄去后,用EDTA滴定稀土濃度,收集目標(biāo)流出液,控制其PH為1.5在超凈工作室中進(jìn)行草酸鹽沉淀、過濾、洗滌、灼燒得到成品Y2O3。
實施例2草酸鹽沉目標(biāo)洗出液,控制其PH<1,其他條件同實施例1。
權(quán)利要求
1.一種離子交換與綜合化學(xué)法連用的Y2O3純制方法,采用NH4AC淋洗,草酸鹽沉淀操作,其特征在于離子交換用的分離柱長徑比為12∶1,分離柱與吸附柱樹脂床的體積比為2∶1,樹脂為260目以上,配以高位槽;草酸鹽沉淀在超凈實驗室(1000級以上),隔離Si氣氛下進(jìn)行,PH值控制<2。
全文摘要
一種高純氧化釔的制造方法,本發(fā)明屬于物質(zhì)的分離與純制技術(shù),采用改進(jìn)的離子交換和綜合化學(xué)法,其特征是分離柱長徑比為12∶1,分離柱與吸附柱樹脂床體積比為2∶1,樹脂粒度為260目,草酸鹽沉淀時在超凈(1000級以上)環(huán)境下進(jìn)行,pH<2。
文檔編號B01J39/00GK1140148SQ9511186
公開日1997年1月15日 申請日期1995年7月12日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月12日
發(fā)明者張靜筠 申請人:中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所