基于酸溶法的二氧化碲制备技术研究

许顺磊，常培亮，杨雪嘉，董文龙，徐 锦，丁刚强

应用研究

基于酸溶法的二氧化碲制备技术研究

许顺磊，常培亮，杨雪嘉，董文龙，徐 锦，丁刚强

（武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064）

本文的主要研究目的是寻找一种适合二氧化碲批量化生产的工艺技术。通过前期文献调研及实验工作，比较了氯化中和法、酸溶法、双氧水法3种不同制备二氧化碲的工艺过程，得出酸溶法制备二氧化碲技术更适合于工业化生产。同时，本文对酸溶法制备二氧化碲技术中酸浓度、酸用量对产物收率的影响进行了研究，对酸溶法制备工艺路线进行了验证，并成功制备出合格的二氧化碲样品。

二氧化碲 酸溶法 制备技术

0 引言

二氧化碲是碲的氧化物，白色粉末，主要用于声光偏转元件，以及制备II-VI族化合物半导体、热、电转换元件、致冷元件、压电晶体和红外探测器等。可用作防腐剂和菌苗中的细菌检验，还可以作电镀液中的光亮剂、石油裂化的催化剂、陶瓷和玻璃的着色剂等等。碲化物具有明显的抗肿瘤作用，还具有抑制白血病细胞增殖的效应[1, 2]。大量研究表明：碲及其化合物的毒性小于硒，水溶性的碲盐和亚碲酸盐毒性最高，元素碲的毒性最低[3]。是我国稀有金属发展的重要组成部分。

目前，单晶材料是一种应用日益广泛的新材料，随着碲提炼技术的进步，高纯碲的研发生产，基于碲源的单晶材料碲锌镉、碲锰镉、碲汞镉、二氧化碲等也得到迅猛发展。二氧化碲晶体是一种具有高品质因子的声光材料，它具有双折射性和旋光特性，旋光度为87°/mm，光活性大，沿<110>方向传播的声速很小，仅为 616 m/s，比普通声光介质的声速慢 5～6 倍，在相同的通光孔径下，用二氧化碲单晶制作的声光器件，其分辨率可以有数量级的提高[4]。二氧化碲晶体良好的声光性能是制做声光偏转器、调制器、谐振器、滤波器的理想材料[5]。

1 酸溶法制备二氧化碲

1.1 制备方法的筛选

工业上常用氯酸钠[6]、双氧水等氧化剂来制备二氧化碲，二氧化碲在制备过程中选择适合的氧化剂极为重要，对于工业生产来说，选择不同的氧化剂所采用的工艺路线、及批量化生产效率是不同的，且选择不同的的氧化剂对反应过程中工艺条件的控制（如反应温度、反应时间、粒径、pH值等）是不同的，也是制备纯度大于99.99%的二氧化碲的重要条件。经前期实验比较及文献调研发现：氯化中和法，陈胜利[7]用氯酸钠做氧化剂，在H2SO4介质中，把Te氧化到TeO2，所得TeO2纯度和收率都比较高。此方法对H2SO4和NaOH用量、液固比、中和温度、以及pH值等条件都做了比较，此方法工艺流程较为复杂，不适合规模化生产；双氧水法制备二氧化碲会受到设备及原料的制约生产效率较低。因此，本文选用酸溶法来制备二氧化碲，并对制备工艺参数进行研究，以指导二氧化碲的工业化生产。

1.2 制备路线

本文采取的二氧化碲的制备工艺步骤主要如下：酸溶、碱中和、干燥、裂解。首先，将原料碲锭经过破碎处理后加工成一定粒径的碲粉，将一定浓度的酸与碲粉加入反应釜中，水浴加热条件下开启搅拌，使其充分反应生成含碲酸液。反应完全后，将溶液过滤，用一定浓度的碱中和滤液，生成沉淀物。将中和反应后生成的沉淀物进行过滤、洗涤，洗涤沉淀物用水为去离子水，洗涤次数2～3次，洗涤后得到得到的固体物质依次进行干燥、裂解即可制得二氧化碲。

1.3 酸浓度与酸用量对产物收率的影响

通过大量实验结果表明湿法二氧化碲的制备主要受酸浓度、酸用量、反应温度、反应时间、碱用量的影响。中和反应阶段中和反应产物的收率越高，最终得到的二氧化碲产品收率也越高。所以本文采用中和反应产物的收率作为湿法二氧化碲酸溶工艺优化实验的指标。

1）酸浓度对中和反应产物收率的影响

选取原料碲用量、中和反应pH值、酸用量条件一致的情况下，改变酸浓度进行对比实验，对中和后的沉淀产物量进行统计比较。在过去的制备实验中选择具有代表性实验数据进行分析，如图1所示。

由图1可知，当酸浓度较低时中和产物收率较低，且实际实验过程中此浓度条件下的反应时间很长，当酸浓度在25%～40%之间时，中和产物的收率都维持在较高水平，且收率大小区别不大，根据实际反应现象和反应时间综合考虑，可在此浓度范围内选择适合的酸浓度。

图1 酸浓度与中和产物的收率的关系

2）酸用量对中和反应产物收率的影响

选取原料碲用量、中和反应pH值、酸浓度条件一致的情况下，改变酸加入量，对中和后的沉淀产物量进行统计比较。在过去的制备实验中选择具有代表性实验数据进行分析，如图2所示。

图2 酸用量与中和产物收率的关系

由上图可知，固定酸浓度在30%不变，研究酸用量在100～150 ml之间酸用量与中和产物收率关系，初始阶段当酸用量增加时产物收率不断提高，增加到一定量时，当继续增加酸用量时，产物收率不会继续升高，反而呈下降趋势。

1.4 裂解

经中和反应后的产物放入石英舟中，先于200℃条件下脱水处理，然后升温至600℃进行裂解，直至二氧化碲白度达到要求，整个裂解过程需要通入保护气进行裂解。

图3 裂解炉石英舟装配图

1.5 球磨

裂解后的氧化碲放入罐磨机中，将一定比例的球磨珠配好后放入罐磨机中，调整球磨速度及球磨时间，最终使氧化碲粒径D50球磨至所需粒径范围。

图4 球磨后二氧化碲样品

2 二氧化碲的表征分析

将通过酸溶法制备的二氧化碲样品进行XRD、SEM、激光粒度仪测试，以验证所制备的样品是否成功。

制得的二氧化碲样品XRD测试结果与二氧化碲标准卡片及市售二氧化碲样品的XRD测试结果如下：

图5 制备的二氧化碲（a）与市售样品(b)的XRD测试结果

将制得的二氧化碲样品进行分别进行扫描电镜和激光粒度仪测试，结果如图6。

图6 制备的二氧化碲扫描电镜图

由XRD测试结果可知，本文所制备的二氧化碲的特征峰与标准二氧化碲的衍射峰完全一致，并与市售的二氧化碲样品XRD检测结果对比，证明了本文制备的氧化物确为TeO2非副产物TeO3、Te2O5等；由二氧化碲的扫描电镜图及激光粒度测试结果可知所制备的二氧化碲分散性好、粒径均匀、无团聚现象，二氧化碲粒度（D50=23.136 μm）满足有色金属行业标准YS/T 1194-2017中的规定，同时二氧化碲的粒径可以通过调整球磨机工作时的球磨参数进行调控。

综上，本文采用酸溶法简单高效的成功制备出了品质合格二氧化碲样品，证明了本文采用的酸溶法制备二氧化碲工艺的可行性。

3 结论与展望

本文基于酸溶法依次通过溶解、过滤、中和、洗涤、干燥、裂解、球磨等工序简单高效的制备出了二氧化碲产品，并对制备的二氧化碲产品进行了表征分析，证明了本文采用的二氧化碲的制备方法可靠高效，适合应用于规模化生产。同时，在产品研制过程中对酸浓度、酸用量、裂解条件等进行了优化和分析总结。

二氧化碲的制备方法有很多，但并不是所有方案都适合应用于工业化生产，在二氧化碲的制备过程中首先要选择合适的工艺路线，确保产品制备效率同时尽可能做到绿色环保。其次，对于选用的工艺方案，要对具体配方、工艺参数等进行不断的优化，这样才能不断提高二氧化碲产品的产品质量、制备效率及降低制备过程中产生的废水、废气等。

[1] Albeck M, Sredni B. Compounds for the induction of in vivo and invitroproduction of cytokines[P]. Israel App Lication number, 85402070, 8, 17.09.1986.

[2] 郑景熙, 张俊德, 严定安, 等. 有机碲化合物(AS101)抑制白血病细胞增殖的效应[J]. 第一军医大学学报, 1993, (3): 268.

[3] 邢翔, 郭建秋. 碲的作用、分布及其开发利用[J].科技创业月刊,2008(12):184-185+187.

[4] 潘永刚, 付秀华, 张程. 二氧化碲晶体混合低温等离子体表面改性技术制备光学薄膜[J]. 材料科学, 2019, 9(1): 25-31.

[5] Yim W M, Rosi F D. Compound Telluride and Their and Their Aloys for Peltier CoolingaRevier[J]. Juornal of Solid State Electron, 1972, 15: 1121.

[6] 吴星琳, 衷水平, 罗仁昆, 陈杭, 张焕然, 王俊娥, 林泓富, 吴健辉. 碲化亚铜渣中二氧化碲的提取与制备[J].有色金属(冶炼部分), 2018(10): 45-49.

[7] 陈胜利. 含碲物料处理实验及其试生产[J]. 有色冶炼, 1998(4): 24.

The research of tellurium dioxide preparation technology based on acid solution method

Xu Shunlei, Chang Peiliang, Yang Xuejia, Dong Wenlong, Xu Jin, Ding Gangqiang

(Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064, China)

TQ51

A

1003-4862（2022）10-0149-03

2022-05-18

许顺磊（1986-），男，工程师。研究方向：稀贵金属材料。E-mail：553171532@qq.com