PDF《高纯金属铒的制备工艺研究》

1 所示;

氟化氢铵,优级纯;

金 属钙,普通工业纯,蒸馏态;

还原蒸馏采用钨坩埚;

保护气体采用高纯氩气,纯度 99.999%. 本实验采用的设备有真空氟化炉,中频感应炉, 真空碳管炉,真空手套箱,油压机. 用ICP-MS 分析测定稀土和非稀土金属杂质,惰 性脉冲红外法分析测定 O、N 含量,高频红外燃烧法 分析测定 C、S 含量,X 射线衍射(XRD)分析氟化 物组成.

3 结果与讨论 3.1 原料准备 3.1.1 氟化铒的制备 不同反应舟中不同部位材质含量如图

2 所示.可 看出,氟化物中钽和钼含量远大于镍,故镍是制备反 应舟的最佳材质之一;

反应舟中物料接触面杂质含量 高,镍舟中心部位为高纯产品[14] . 第1次氟化氢铵过量 20%,均匀混合氧化铒后升

300 ℃氟化

2 h,然后

500 ℃脱氨

3 h,冷却得到氟化 铒;

再次加入 20%氟化氢铵进行二次氟化,重复一次 氟化工艺,得到高纯氟化铒成分如表 2. 对比可知,氟化后镍、硅含量上升,是氟化反应 舟和氟化氢铵带入杂质,不可避免. 表1氧化铒杂质含量分析 Table

1 Composition of impurities in erbium oxide (μg・g-1 ) Element La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Contents 0.4 0.3 0.2 0.8 0.04 0.02 0.05 0.08 0.1 Element Ho Tm Yb Lu Sc Y Fe Si Ca Contents 2.2

4 0.2 0.2 0.14 0.4

1 3

3 Element Mg Al Co Ni Cd Cu Ti Zn Cr Contents 0.71 4.8 0.5 0.1 0.1

3 0.8 0.3 1.7 Element Mn Pb W Ta Mo Nb Contents 0.4

1 1 0.2 0.1 0.1 图2坩埚材质对氟化物的影响 Fig.2 Effect of crucible material on fluoride 表2氟化铒杂质含量分析 Table

2 Composition of impurities in erbium fluoride (μg・g-1 ) Element La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Contents 0.4 0.3 0.3 0.6 0.08 0.04 0.1 0.15 0.2 Element Ho Tm Yb Lu Sc Y Fe Si Ca Contents 2.2 4.1 0.3 0.2 0.14 0.45 1.5 5.8 3.1 Element Mg Al Co Ni Cd Cu Ti Zn Cr Contents

1 4 0.5

30 0.1

3 0.83 0.3

2 Element Mn Pb W Ta Mo Nb Contents 0.4

1 1 0.2 0.1 0.1 对不同批次制备的氟化铒进行钙热还原,两次收 率相差很大,分别进行物相分析,结果见图 3.可以 看到

2 号是纯 ErF3 相,1 号氟化物中含有 Er4O3F6 相, 该相应为氟化过程中空气进入体系造成,其无法还原 成金属,造成收率降低. 3.1.2 高纯金属钙的制备 金属钙一般采用熔盐电解和金属热还原法制备, 主要含铁、铝、锰、镁等杂质[15] ,图4为金属钙中主 要元素的蒸气压, 金属钙比大部分杂质元素蒸气压高, 可采用真空升华提纯[16] . 图3氟化物原料 XRD 图谱 Fig.3 XRD patterns of erbium fluoride Root Middle Top Position

15 10

5 0 Content/% Ta Mo Ni

20 30

40 50

60 70

80 2θ/(? ) Intensity/a.u. ErF3 Er4O3F6

2 # 1# 第6期成维等:高纯金属铒的制备工艺研究 ・1511・ 图4金属钙中杂质蒸气压图 Fig.4 Vapor pressure of different elements in calcium 以普通工业纯金属钙为原料, 通过真空升华提纯, 真空手套箱内处理后即得到高纯金属钙. 3.2 金属铒的制备 钙热还原法主要影响因素有还原剂量、温度和保 温时间,其他金属制备过程中已经明确还原剂过量 10%为佳[14] . 金属钙过量 10%,1300~1600 ℃范围内保温

10 min,考察温度对金属收率的影响,从图

5 中可以看 出,低于氟化铒熔点,反应不完全,金属和氟化渣分 离不彻底,造成收率降低,温度过高会有金属挥发损 失,坩埚杂质污染,故最佳还原温度为

1570 ℃左右, 金属收率可达到 97%左右. 金属钙过量 10%,1570 ℃下保温,考察保温时间 对金属收率的影响,从图