高纯氧化钇铕的制备途径探讨

张江华

摘 要：本次研究主要探讨高纯氧化钆铕的制备方法，以氯化钇溶液为原料，经过萃取、反萃取、沉淀、氧化等一系列的制备过程，最终得到高纯度氧化钇铕，该萃取方法摒弃了现有的碱液皂化工艺，直接采用改性凹凸棒石起到皂化作用，维持水相平衡酸度，避免氨氮废水产生，萃取快速、彻底，节约了萃取剂用量，降低稀土产品生产成本，同时也可以较好地提高了产品品质。

关键词：稀土元素；高纯氧化钇铕；制备；途径

稀土元素因其独特的电子构型而具备独特的发光特性，成为光学材料的宝库。稀土发光材料的优点在于具有较好的吸收能力和转换率，可发射紫外到红光的光谱，且物理化学性质比较稳定。目前稀土元素普遍应用于彩电显像管、照明等设备方面，为各行各业的发展做出了突出的贡献。传统的稀土分离的方法多种多样，现比较常用的就是溶剂萃取法，该法缺点是有机溶剂的毒性大，多级萃取操作费时、麻烦、作强度大，有些试剂昂贵，成本高。因此常规须用氨水或氢氧化钠碱液对萃取剂进行皂化，将氢离子去除，然后再与稀土料液进行交换萃取，但这样会产生大量的氨氮废水等问题，不利于环保。因此针对这些问题，文章采取一种环保型氧化钇铕免皂化萃取方法，不仅能够降低成本，提高产品的质量，还具有长远的环保效益。

1 实验

1.1 材料、试剂以及设备

超声波发生器，频率20～30KHz，凹凸棒石的粒径为2～10mm；萃取剂为P507（2-乙基己基磷酸单2-乙基己基酯）萃取剂或HA（环烷酸）萃取剂，萃取剂的原料为：25%P507、20%N235（三（辛-癸）烷基叔胺）、55%煤油或者30%HA、20%ROH、50%煤油；氯化钇溶液浓度为1.2～1.5mol/L；盐酸溶液的浓度为4～5mol/L。

1.2 制备步骤

本制备步骤主要包括萃取、反萃取、沉淀、氧化等，具体步骤如下：

1.2.1 凹凸棒石改性

将凹凸棒石用去离子水浸没，并加入适量的NaCl溶液，凹凸棒石、去离子水、NaCl之间的重量比为1：（4～6）：（0.05～0.1），三者混合均匀后进行超声处理3～5分钟，频率为60～70KHz，然后过滤、烘干，得到改性凹凸棒石。

1.2.2 离子交换

先将改性凹凸棒石用去离子水浸润5～10分钟，然后与萃取剂混合，改性凹凸棒石、去离子水、萃取剂之间的重量比为1：（0.8～1.0）：（20～30），进行超声波处理10～20分钟，频率为40～50KHz，然后静置，进行固液分离，将有机液相萃取剂输入萃取程序，并对凹凸棒土进行回收。

1.2.3 萃取

将萃取剂与氯化钇铕溶液以体积比1：0.6～0.8进行萃取分离，同时进行超声空化20～30分钟，超声频率为20～30KHz，使萃取剂与稀土溶液进行充分接触交换，然后静置分离，将分出的有机相输入反萃取程序。

1.2.4 反萃取

取所得有机相体积0.6～0.8倍的盐酸溶液对其进行反萃取，同时进行超声空化20～30分钟，超声频率为20～30KHz，然后静置分离。

1.2.5 沉淀、氧化

所得氯化钇铕溶液加热时间25min，温度为60℃，按照搅拌速度为100rpm搅拌后加入草酸溶液，经过滤得到固体草酸钇铕，将所得固体草酸钇引入辊道式隧道窑灼烧，在1000℃下灼烧16小时，即得到纯度为99.9999%的氧化钇铕。

2 结果与讨论

由于改性过程中超声频率过低，虽延长处理时间，凹凸棒石不能携带足够的Na+，使萃取连续性变差，导致收率降低；且凹凸棒土本身杂质不能有效去除，导致纯度降低；同时，离子交换超声频率过大，导致改性凹凸棒石团聚结球，影响交换效果，因此得到纯度为99.9999%的氧化钇铕，收率为91%。

本次制备步骤通过高频超声波的空化作用，产生剧烈能量，不仅能将钠离子送入凹凸棒石的内部通道（钠离子化），还能除去凹凸棒石表面粘着成分，避免后序操作给萃取剂中带入新的杂质，同时选择NaCl进行改性也避免了杂质离子进入系统。改性后的凹凸棒石即作为一种分子筛，也作为离子交换剂，其晶体孔穴内部有很强的极性和库仑场，对极性分子表现出强烈的吸附能力，另外，由于孔径分布非常均一，使其呈现筛分功能，只有分子直径小于其孔径的物质才可能进入其晶穴内部。制备过程中采用较低频率超声处理，在不破坏凹凸棒石结构的情况下进行离子交换和杂质吸附，且改性凹凸棒石在使用后可再次通过水浸、超声，并进一步改性而重新利用。萃取液中集聚一定能量，使凹凸棒石晶穴内与外界不停进行离子交换（Na+、H+），从而降低萃取剂酸度，而作为分子直径较大的萃取剂或有机溶剂则不能进入，即達到超声频率、离子交换与晶穴孔径的高度匹配。利用超声波产生的强烈空化效应、机械振动、扰动等多级效应，在萃取剂和氯化钇接触面上产生了高温、高压，加之超声波分解产生的游离基氧化能等，提供了高的萃取能，同时增大物质分子运动频率和速度，增加溶剂穿透力，从而加速目标成分进入溶剂，促进提取的进行，同时，大大节约了萃取剂和反萃取剂的用量，降低生产成本。本次制备过程中萃取方法摒弃碱皂化，直接采用改性凹凸棒石起到皂化作用，显著降低稀土产品生产成本（加之解决萃取剂和反萃取剂用量，化工材料成本降低40%左右），使萃取过程不产生氨氮废水，消除对环境的不利影响，同时可节省大量废水处理成本。为了提高产品的质量，采用凹凸棒石吸附萃取液中小分子杂质，从而制备出高纯度的氧化钇铕，满足了氧化钇铕产品的纯度要求。

3 结束语

本次制备利用改性凹凸棒石起到皂化和吸附杂质的作用，摒弃了传统萃取中使用的碱皂化，降低了生产成本，起到良好的环保作用，并且能够有效提高氧化钇铕产品的纯度，具有良好的环保和经济利用价值，为氧化钇铕产品的制备提供了可参考的技术依据。

参考文献

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