氧化铽

【背景及概况】^[1][2]

稀土元素是我国的丰产元素，储量占世界总量的，稀土的矿种、元素都占尽优势，稀土的应用日益扩展，仅在农业方面，我国施用稀土的农作物、牧草、林苗已扩展到近种，累计施用面积超过护，进入农田生态系统的稀土肥料约按硝酸稀土计。虽然增产粮棉瓜果等上千万吨，但随着稀土在生物领域应用的不断推广，特别稀土化肥与饲料添加剂的施用，施用量大、涉及面广，加上稀土工业的三废与我国稀土资源的开发对周围环境的污染，使许多原来在地壳中处于稳定态的稀土变成易被生物利用的可溶态稀土，不可避免地进入环境，并通过各种各样的途径进入人体。目前就稀土生理、毒理等问题人们已开展了大量有意义的工作。稀土化合物的纯度直接决定材料的特殊性能，不同洁净度的稀土材料可以制备出不同性能要求的陶瓷材料、荧光材料、电子材料等。目前，随着稀土提炼技术的发展，洁净稀土化合物呈现出良好的市场前景，高性能稀土材料的制备对洁净稀土化合物提出了更高要求。

氧化铽英文名称为Tetraterbium heptaoxide，CAS号为12037-01-3，分子式为O₇Tb₄，分子量747.69700；PSA95.97000；LogP-0.68040。熔点2340°C，密度7.3 g/mL at 25 °C(lit.)，无气味的暗棕色-黑色粉末。如果吸入，请将患者移到新鲜空气处；如果皮肤接触，应脱去污染的衣着，用肥皂水和清水彻底冲洗皮肤，如有不适感，就医；如果眼晴接触，应分开眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗，并立即就医；如果食入，立即漱口，禁止催吐，应立即就医。

【生产工艺】 ^[2][3]

方法1：以HEHEHP或HDEHP为萃取剂，在盐酸介质中采用两段分馏萃取工艺，先完成富铽稀土混合物或粗纯氧化铽中的铽/镝分离，再使铽与其它稀土分离，从而得到高纯氧化铽。其中各组份之比为：HEHEHP（或HDEHP）∶煤油＝1∶1-2（体积），HEHEHP（或HDEHP）浓度1.0-1.5M；该有机相经氢氧化钠或氨水皂化后使用，皂化度25-40%；待分离原料中铽含量10-99.5%，其余稀土组成任意，各元素含量之和相应为90-0.5%。采用所述萃取体系，段工艺的主要参数是：皂化有机相与稀土并流3-8级后成稀土皂形式进槽，料液浓度0.5-1.5M、酸度0.2-1.5N，盐酸洗酸浓度3.0-5.5N，萃取段级数n＝30-45，洗涤段级数m＝15-30，各相流比VS∶VF∶VW＝（6.0-20.0）∶1∶（0.3-1.8）。在所述条件下，从水相出口可得到浓度0.5-1.5M、酸度0.1-1.2N的铽前混合稀土。（VS、VF、VW分别为萃取剂、料液和洗酸体积流量）。或者在上述条件下，皂化有机相直接进槽。第二段工艺进一步分离上述水相出口物。在盐酸洗酸浓度3.0-5.5N，萃取段级数n＝10-20，洗涤段级数m＝20-35，各相流比VS∶VF∶VW＝（6.5-18.0）∶1∶（0.35-2.0）的工艺条件下，经常规后处理工序获得纯度高于或等于99.95%的氧化铽产品。

方法2：一种氧化铽的提取纯化方法，包括如下步骤：1、待提纯液配置：配置待提纯氧化铽混合 溶液；2、中间剂配置：配置延缓剂和淋洗剂，延缓剂为Cu(NO₃)₂·3H2O、水和硝酸配置而成， 淋洗剂为固体EDTA酸、水和氨水配置而成；3、分离柱准备：分离柱作为离子交换的载体；4、淋洗柱转型：对分离柱用步骤2中的延缓剂进行转型；5、吸附操作：步骤1中配置的氧化铽混 合溶液与分离柱进行吸附操作；6、淋洗操作：通过淋洗剂对步骤5中的分离柱进行淋洗操 作；7、对步骤6中由淋洗剂淋洗后收集的液体分批次按体积收集，并进行取样分析纯度，集 中沉淀合并收集；8、废液处理。

【应用】 ^[4]

氧化铽可用作磁性材料和荧光粉的添加剂，还可用于制备各种复合材料。应用举例如下：

一种氧化铽组装碳纳米管复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1）氧化铽溶于浓硝酸中，制备硝酸铽晶体，室温下，硝酸铽晶体与浓硝酸混合，加入碳纳米管，超声分散，在120～140℃的油浴中回流3～8小时，当被回流的混合物温度降到室温时，用浓度为15～70mol/l的碱溶液进行滴定，至溶液的pH值为8～10，滤膜过滤，滤出物用去离子水多次洗涤后，进一步在 60～100℃下干燥5～12小时，获得氢氧化铽组装的碳纳米管；

2）将步骤1）获得的氢氧化铽组装的碳纳米管在惰性气氛中，从室温升至250℃，在250℃保持1～2小时后，再升温至400～700℃，保持0.5～3 小时，在惰性气氛下冷却至室温，即为三氧化二铽组装的碳纳米管复合材料。

其中所述的硝酸铽晶体与浓硝酸在400～800转/分钟的转速下搅拌混合；所述的碱溶液包括氨水、氢氧化钠、氢氧化钾等可溶性碱中的一种或其混合物；所述的碱溶液优选氨水；所述的碳纳米管的平均管径为20～40nm的多壁碳纳米管；所述的硝酸铽晶体的摩尔数与浓硝酸的体积比为：1～3mol/L；所述的硝酸铽晶体与碳纳米管的质量比为：2～4∶1；所用的滤膜滤孔直径范围是0.4～1.2μm；所述的惰性气氛为氮气，氩气或氖气中的一种或几种，惰性气体的流量为 0.5～5升/分钟，升温速度为3～10℃/分钟。

【参考文献】

[1] 申泮文，王积涛 主编.化合物词典.上海：上海辞书出版社.2002.

[2] 李标国；严纯华；魏兆杰.分馏萃取法生产高纯氧化铽CN89108954.3，申请日1989-12-04

[3]丁海燕；朱冠成；陆梅；焦登高；高为正；姜爱国；高为群.一种氧化铽的提取纯化方法. CN201611138523.8，申请日2016-12-12

[4] 曹慧群；朱美芳；李耀刚.一种氧化铽组装碳纳米管复合材料的制备方法. CN200510025140.5，申请日2005-04-18