氟化镱的制备方法

背景及概述^[1]

目前，氟化物光学玻璃材料需求逐年增长，主要应用于光纤通讯、医学等领域。氟化物光学玻璃主要以碱土金属氟化物和稀土氟化物组成。将氟化镱加入到氟化物玻璃中，能够使氟化物玻璃具有优良的近红外和特殊的光学性能。

制备^[1]

高纯度光学玻璃添加剂氟化镱的制备方法：

步骤1、合成、纯化硝酸镱：

1.1)将稀土氧化镱和去离子水按3:10的重量比混合均匀后，分批加入硝酸，整个反应温度保持在70℃，反应终点PH值为2.5，得到硝酸镱溶液；整个反应过程中，应保持反应物清亮透明，即反应过程中保持一定的酸性，若反应物不清亮透明，则补加硝酸，使反应物清亮透明；

1.2)将硝酸镱溶液，加入去离子水，冲稀硝酸镱溶液比重至1.15，加热至105℃，保温3小时后，去头过滤入另一个容器中；

1.3)向步骤1.2)的硝酸镱过滤液中加入氢氧化镱，调整溶液的PH值至3.5后，再加入浓度为6％的偏锡酸溶液，搅拌均匀后，加热升温到105℃，保温30分钟，去头过滤入另一容器中，得硝酸镱过滤液；偏锡酸溶液与硝酸镱过滤液的体积比为0.5：1000；

1.4)从硝酸镱过滤液中取样，经ICP(电感耦合等离子体质谱仪)检测样品溶液中金属元素Fe、Cu、Ni、Cr、Co、Mn、Ti、V、Pb的含量，若均小于0.3ppm，则表明步骤1.3)得到的硝酸镱过滤液纯化合格，满足后续制备要求，进入步骤2；若金属元素Fe、Cu、Ni、Cr、Co、Mn、Ti、V、Pb中有任一元素含量大于等于0.3ppm，则返回步骤1.3)；

步骤2、浓缩，制备硝酸镱结晶：

2.1)将ICP检测合格的硝酸镱过滤液，升温浓缩至比重为1.50，入冷却容器中冷却至室温后，得硝酸镱结晶；

2.2)捞出硝酸镱结晶入容量为60L的离心机液固分离，甩时洗涤离子水5L-10L，洗去硝酸镱结晶表面的硝酸根离子至30ppm以下；离心甩30分钟，取出硝酸镱结晶；

步骤3、制备碳酸镱：

3.1)将步骤2.2)所得硝酸镱结晶置于容器中，加去离子水溶解至比重为1.10，备用；

3.2)纯化碳酸钠：

3.2.1)将工业碳酸钠投入另一容器中，加入温度为90℃的去离子水，充分溶解至比重为1.1，得碳酸钠溶液；

3.2.2)将碳酸钠溶液降温至30℃以下，加入微量双氧水(双氧水与碳酸钠溶液的体积比为1：1000-1200)搅拌均匀后，静置30分钟；这里加入双氧水的目的是将碳酸钠溶液中的二价亚铁离子氧化成三价铁离子；

3.2.3)向步骤3.2.2)所得溶液中加入浓度为2％的硫化钠溶液，充分搅拌后，升温至90℃，保温2小时后，将溶液中的金属元素Fe、Cu、Ni、Cr、Co、Mn、Ti、V、Pb转化为硫化物沉淀，去头过滤入另一容器中，得纯化后的碳酸钠过滤液；硫化钠溶液与步骤3.2.2)所得碳酸钠溶液的体积比为0.8：1000；

3.2.4)从碳酸钠过滤液中取样，经ICP检测溶液中金属元素Fe、Cu、Ni、Cr、Co、Mn、Ti、V、Pb的含量，若均小于0.3ppm，则表明步骤3.2.3)得到的碳酸钠过滤液纯化合格，满足后续制备要求，进入步骤3.3)；若Fe含量小于0.3ppm，但Cu、Ni、Cr、Co、Mn、Ti、V、Pb中任一元素含量大于等于0.3ppm，则返回步骤3.2.3)；若Fe含量大于等于0.5ppm，则返回步骤3.2.2)；

3.3)合成碳酸镱并制成碳酸镱滤饼：

3.3.1)在搪瓷反应容器内加入比重为1.10的硝酸镱溶液，在搅拌状态下，缓慢加入步骤3.2.4)纯化合格的碳酸钠过滤液，生成碳酸镱沉淀；这里采用搪瓷反应容器，是为了防止容器本身金属元素杂质引入反应物中；

3.3.2)将碳酸镱沉淀经过板框压滤机洗涤至硝酸根离子和钠离子均小于30ppm，压干得碳酸镱滤饼；

步骤4、合成氟化镱：

4.1)在聚四氟反应釜中加入浓度为65％的高纯氢氟酸，加入去离子水搅拌均匀，配备成浓度为35％的高纯氢氟酸；高纯氢氟酸是指金属元素杂质Fe、Cu、Ni、Cr、Co、Mn、Ti、V、Pb含量均小于0.3ppm的氢氟酸；

4.2)将碳酸镱滤饼加水搅拌成含固量为35％糊状物，升温至45℃，向步骤4.1)得到的高纯氢氟酸中先加入少许碳酸镱糊状物后，停止加入碳酸镱糊状物，待形成大颗粒氟化镱精种后，再缓慢加入碳酸镱糊状物，合成反应终点PH值为1～2，得氟化镱沉淀物；实际中，也可将高纯氢氟酸缓慢加入碳酸镱糊状物中，但这种加入顺序不利于二氧化碳的冕出，会使得步骤5赶净二氧化碳的时间延长，影响制备效率；碳酸镱糊状物与高纯氢氟酸的体积比为2：8；

步骤5、赶净二氧化碳：

将步骤4.2)合成好的氟化镱沉淀物，加入去离子水，搅拌成含固量为40％的糊状物，升温至105℃，保温2.5小时，赶净二氧化碳(若赶不净，则会影响最终氟化镱成品的纯度)；在保温期间，测试反应物的PH值，若PH值不为1～1.5，则补充浓度为35％的高纯氢氟酸酸进行调整，使pH值保持在1～1.5；

步骤6、焙烧氟化镱：

6.1)将经步骤5赶净二氧化碳后的氟化镱送入板框压滤机压滤，洗涤至氟化镱中氯离子和硫酸根离子均小于20ppm后，压干成氟化镱滤饼并取出；

6.2)将取出的氟化镱滤饼装入陶瓷坩埚，梯度升温焙烧，得最终氟化镱产品；所述梯度升温焙烧具体为：

阶段：升温至温度115℃，焙烧3小时，使氟化镱表面水脱离掉；

第二阶段：升温至480℃，焙烧2小时，使氟化镱的结晶水除去；

第三阶段：升温至660℃，焙烧2小时，使氟化镱的结构水除去；

第四阶段：升温至785℃，焙烧3小时后，降低温度至室温，即得焙烧好的最终氟化镱产品。

参考文献

[1] [中国发明] CN201910395449.5 一种高纯度光学玻璃添加剂氟化镱的制备方法