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，避免氨氮廢水產生，萃取快速、徹底，節約了萃取劑用量，降低稀土產品生產成本，同時也可以較好地提高了產品品質。

關鍵詞：稀土元素；高純氧化釔銪；制備；途徑

稀土元素因其獨特的電子構型而具備獨特的發光特性，成為光學材料的寶庫。稀土發光材料的優點在于具有較好的吸收能力和轉換率，可發射紫外到紅光的光譜，且物理化學性質比較穩定。目前稀土元素普遍應用于彩電顯像管、照明等設備方面，為各行各業的發展做出了突出的貢獻。傳統的稀土分離的方法多種多樣，現比較常用的就是溶劑萃取法，該法缺點是有機溶劑的毒性大，多級萃取操作費時、麻煩、作強度大，有些試劑昂貴，成本高。因此常規須用氨水或氫氧化鈉堿液對萃取劑進行皂化，將氫離子去除，然后再與稀土料液進行交換萃取，但這樣會產生大量的氨氮廢水等問題，不利于環保。因此針對這些問題，文章采取一種環保型氧化釔銪免皂化萃取方法，不僅能夠降低成本，提高產品的質量，還具有長遠的環保效益。

1 實驗

1.1 材料、試劑以及設備

超聲波發生器，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），進行超聲波處理10～20分鐘，頻率為40～50KHz，然后靜置，進行固液分離，將有機液相萃取劑輸入萃取程序，并對凹凸棒土進行回收。

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進行萃取分離，同時進行超聲空化20～30分鐘，超聲頻率為20～30KHz，使萃取劑與稀土溶液進行充分接觸交換，然后靜置分離，將分出的有機相輸入反萃取程序。

1.2.4 反萃取

取所得有機相體積0.6～0.8倍的鹽酸溶液對其進行反萃取，同時進行超聲空化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間25min，溫度為60℃，按照攪拌速度為100rpm攪拌后加入草酸溶液，經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，即得到純度為99.9999%的氧化釔銪。

2 結果與討論

由于改性過程中超聲頻率過低，雖延長處理時間，凹凸棒石不能攜帶足夠的Na+，使萃取連續性變差，導致收率降低；且凹凸棒土本身雜質不能有效去除，導致純度降低；同時，離子交換超聲頻率過大，導致改性凹凸棒石團聚結球，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，產生劇烈能量，不僅能將鈉離子送入凹凸棒石的內部通道（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，同時選擇NaCl進行改性也避免了雜質離子進入系統。改性后的凹凸棒石即作為一種分子篩，也作為離子交換劑，其晶體孔穴內部有很強的極性和庫侖場，對極性分子表現出強烈的吸附能力，另外，由于孔徑分布非常均一，使其呈現篩分功能，只有分子直徑小于其孔徑的物質才可能進入其晶穴內部。制備過程中采用較低頻率超聲處理，在不破壞凹凸棒石結構的情況下進行離子交換和雜質吸附，且改性凹凸棒石在使用后可再次通過水浸、超聲，并進一步改性而重新利用。萃取液中集聚一定能量，使凹凸棒石晶穴內與外界不停進行離子交換（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溶劑則不能進入，即達到超聲頻率、離子交換與晶穴孔徑的高度匹配。利用超聲波產生的強烈空化效應、機械振動、擾動等多級效應，在萃取劑和氯化釔接觸面上產生了高溫、高壓，加之超聲波分解產生的游離基氧化能等，提供了高的萃取能，同時增大物質分子運動頻率和速度，增加溶劑穿透力，從而加速目標成分進入溶劑，促進提取的進行，同時，大大節約了萃取劑和反萃取劑的用量，降低生產成本。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，顯著降低稀土產品生產成本（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），使萃取過程不產生氨氮廢水，消除對環境的不利影響，同時可節省大量廢水處理成本。為了提高產品的質量，采用凹凸棒石吸附萃取液中小分子雜質，從而制備出高純度的氧化釔銪，滿足了氧化釔銪產品的純度要求。

3 結束語

本次制備利用改性凹凸棒石起到皂化和吸附雜質的作用，摒棄了傳統萃取中使用的堿皂化，降低了生產成本，起到良好的環保作用，并且能夠有效提高氧化釔銪產品的純度，具有良好的環保和經濟利用價值，為氧化釔銪產品的制備提供了可參考的技術依據。

參考文獻

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