13760-80-0 / 氟化鐿的制備方法

背景及概述^[1]

目前，氟化物光學玻璃材料需求逐年增長，主要應用于光纖通訊、醫學等領域。氟化物光學玻璃主要以堿土金屬氟化物和稀土氟化物組成。將氟化鐿加入到氟化物玻璃中，能夠使氟化物玻璃具有優良的近紅外和特殊的光學性能。

制備^[1]

高純度光學玻璃添加劑氟化鐿的制備方法：

步驟1、合成、純化硝酸鐿：

1.1)將稀土氧化鐿和去離子水按3:10的重量比混合均勻后，分批加入硝酸，整個反應溫度保持在70℃，反應終點PH值為2.5，得到硝酸鐿溶液；整個反應過程中，應保持反應物清亮透明，即反應過程中保持一定的酸性，若反應物不清亮透明，則補加硝酸，使反應物清亮透明；

1.2)將硝酸鐿溶液，加入去離子水，沖稀硝酸鐿溶液比重至1.15，加熱至105℃，保溫3小時后，去頭過濾入另一個容器中；

1.3)向步驟1.2)的硝酸鐿過濾液中加入氫氧化鐿，調整溶液的PH值至3.5后，再加入濃度為6％的偏錫酸溶液，攪拌均勻后，加熱升溫到105℃，保溫30分鐘，去頭過濾入另一容器中，得硝酸鐿過濾液；偏錫酸溶液與硝酸鐿過濾液的體積比為0.5：1000；

1.4)從硝酸鐿過濾液中取樣，經ICP(電感耦合等離子體質譜儀)檢測樣品溶液中金屬元素Fe、Cu、Ni、Cr、Co、Mn、Ti、V、Pb的含量，若均小于0.3ppm，則表明步驟1.3)得到的硝酸鐿過濾液純化合格，滿足后續制備要求，進入步驟2；若金屬元素Fe、Cu、Ni、Cr、Co、Mn、Ti、V、Pb中有任一元素含量大于等于0.3ppm，則返回步驟1.3)；

步驟2、濃縮，制備硝酸鐿結晶：

2.1)將ICP檢測合格的硝酸鐿過濾液，升溫濃縮至比重為1.50，入冷卻容器中冷卻至室溫后，得硝酸鐿結晶；

2.2)撈出硝酸鐿結晶入容量為60L的離心機液固分離，甩時洗滌離子水5L-10L，洗去硝酸鐿結晶表面的硝酸根離子至30ppm以下；離心甩30分鐘，取出硝酸鐿結晶；

步驟3、制備碳酸鐿：

3.1)將步驟2.2)所得硝酸鐿結晶置于容器中，加去離子水溶解至比重為1.10，備用；

3.2)純化碳酸鈉：

3.2.1)將工業碳酸鈉投入另一容器中，加入溫度為90℃的去離子水，充分溶解至比重為1.1，得碳酸鈉溶液；

3.2.2)將碳酸鈉溶液降溫至30℃以下，加入微量雙氧水(雙氧水與碳酸鈉溶液的體積比為1：1000-1200)攪拌均勻后，靜置30分鐘；這里加入雙氧水的目的是將碳酸鈉溶液中的二價亞鐵離子氧化成三價鐵離子；

3.2.3)向步驟3.2.2)所得溶液中加入濃度為2％的硫化鈉溶液，充分攪拌后，升溫至90℃，保溫2小時后，將溶液中的金屬元素Fe、Cu、Ni、Cr、Co、Mn、Ti、V、Pb轉化為硫化物沉淀，去頭過濾入另一容器中，得純化后的碳酸鈉過濾液；硫化鈉溶液與步驟3.2.2)所得碳酸鈉溶液的體積比為0.8：1000；

3.2.4)從碳酸鈉過濾液中取樣，經ICP檢測溶液中金屬元素Fe、Cu、Ni、Cr、Co、Mn、Ti、V、Pb的含量，若均小于0.3ppm，則表明步驟3.2.3)得到的碳酸鈉過濾液純化合格，滿足后續制備要求，進入步驟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，則返回步驟3.2.3)；若Fe含量大于等于0.5ppm，則返回步驟3.2.2)；

3.3)合成碳酸鐿并制成碳酸鐿濾餅：

3.3.1)在搪瓷反應容器內加入比重為1.10的硝酸鐿溶液，在攪拌狀態下，緩慢加入步驟3.2.4)純化合格的碳酸鈉過濾液，生成碳酸鐿沉淀；這里采用搪瓷反應容器，是為了防止容器本身金屬元素雜質引入反應物中；

3.3.2)將碳酸鐿沉淀經過板框壓濾機洗滌至硝酸根離子和鈉離子均小于30ppm，壓干得碳酸鐿濾餅；

步驟4、合成氟化鐿：

4.1)在聚四氟反應釜中加入濃度為65％的高純氫氟酸，加入去離子水攪拌均勻，配備成濃度為35％的高純氫氟酸；高純氫氟酸是指金屬元素雜質Fe、Cu、Ni、Cr、Co、Mn、Ti、V、Pb含量均小于0.3ppm的氫氟酸；

4.2)將碳酸鐿濾餅加水攪拌成含固量為35％糊狀物，升溫至45℃，向步驟4.1)得到的高純氫氟酸中先加入少許碳酸鐿糊狀物后，停止加入碳酸鐿糊狀物，待形成大顆粒氟化鐿精種后，再緩慢加入碳酸鐿糊狀物，合成反應終點PH值為1～2，得氟化鐿沉淀物；實際中，也可將高純氫氟酸緩慢加入碳酸鐿糊狀物中，但這種加入順序不利于二氧化碳的冕出，會使得步驟5趕凈二氧化碳的時間延長，影響制備效率；碳酸鐿糊狀物與高純氫氟酸的體積比為2：8；

步驟5、趕凈二氧化碳：

將步驟4.2)合成好的氟化鐿沉淀物，加入去離子水，攪拌成含固量為40％的糊狀物，升溫至105℃，保溫2.5小時，趕凈二氧化碳(若趕不凈，則會影響最終氟化鐿成品的純度)；在保溫期間，測試反應物的PH值，若PH值不為1～1.5，則補充濃度為35％的高純氫氟酸酸進行調整，使pH值保持在1～1.5；

步驟6、焙燒氟化鐿：

6.1)將經步驟5趕凈二氧化碳后的氟化鐿送入板框壓濾機壓濾，洗滌至氟化鐿中氯離子和硫酸根離子均小于20ppm后，壓干成氟化鐿濾餅并取出；

6.2)將取出的氟化鐿濾餅裝入陶瓷坩堝，梯度升溫焙燒，得最終氟化鐿產品；所述梯度升溫焙燒具體為：

第一階段：升溫至溫度115℃，焙燒3小時，使氟化鐿表面水脫離掉；

第二階段：升溫至480℃，焙燒2小時，使氟化鐿的結晶水除去；

第三階段：升溫至660℃，焙燒2小時，使氟化鐿的結構水除去；

第四階段：升溫至785℃，焙燒3小時后，降低溫度至室溫，即得焙燒好的最終氟化鐿產品。

參考文獻

[1] [中國發明] CN201910395449.5 一種高純度光學玻璃添加劑氟化鐿的制備方法