一种靶材用氧化镱的制备方法与流程

本发明涉及一种靶材用氧化镱的制备方法，属于湿法冶金和材料制备。

背景技术：

1、靶材是制备薄膜的主要材料之一。利用高速荷能粒子轰击目标材料，与不同的激光(离子束)和不同的靶相互作用，获得不同的膜系，实现传导和阻隔功能。靶材种类比较多，有金属类、合金类、氧化物类等等，稀土金属也经常用于制备金属靶材，金属镱靶材通常用作激光材料、手提式x射线源，yb离子是重要的发光材料敏化剂，也可用于医疗诊断。

2、在金属镱靶材的制备过程中，对原料金属镱的纯度有着较高的要求。将金属镱的纯度从99.95％提升至99.99％，制得的镱靶材利用率便可从40％显著提升至70％以上，生产成本大幅下降。关于金属镱的制备，自1953年达恩等用镧还原氧化钐和氧化镱制得金属钐和镱以来，对高蒸气压金属的制取，氧化物还原法成为金属镱制备的主流方法。随着镱靶材等光电功能材料的广泛应用，其对金属镱的杂质控制要求越来越高，如碱金属元素na、k、li等，碱土金属ca、sr、ba等，以及过渡元素fe、cr、cu、ni等都有着严格的控制要求。在蒸馏制取金属镱的过程中，碱金属及碱土金属的含量可控制在需求范围内，对过渡元素的脱除也具有明显效果。但由于过渡元素的存在，易引起应用材料漏电流的增加和耐压的降低，影响着镱靶材的应用质量，因此，对金属镱中过渡元素含量的控制较为苛刻。目前针对镱靶材用金属镱的研究，主要在还原剂过量系数、料块密度、加热温度和保温时间等方面，对原料氧化镱杂质控制上的研究较为缺失，而我国生产的氧化镱产品质量不稳定，过渡元素fe、cr、cu、ni的含量往往偏高，影响着镱靶材用金属镱的制备质量。因此，加强氧化镱的制备工艺研究，获得满足于靶材用氧化镱的制备方法，对促进其应用，充分发挥我国稀土资源优势具有重要意义。

3、稀土氧化物的制备方法一般采用草酸沉淀法，往氯化稀土料液中加入草酸沉淀得到草酸稀土，再用纯水洗涤，脱水、灼烧得到稀土氧化物。因沉淀过程中其他少量非稀土杂质离子共沉淀作用、包夹等，严重影响了稀土氧化物的非稀土杂质要求，故通常考虑在稀土分离或沉淀的过程中进行杂质的脱除。针对稀土分离的纯化过程，工业上规模应用的主要是溶剂萃取和离子交换法，但传统的分离提纯方法生产的氧化镱纯度仍然较低。在已有的报道中，专利zl202211371027.2、zl201610334212.2和zl201910688473.8等皆有报道利用溶剂萃取或离子交换法制备高纯氧化镱，但方法步骤冗长，化工试剂消耗大，较难应用于大规模的工业化生产。另一方面，针对稀土料液沉淀的提纯过程，已有的报道中，专利zl201910734227.1利用复合沉淀剂制备氧化稀土，先加入晶种，再加入氯化稀土料液和碳酸氢钠/碳酸钠复合沉淀剂溶液进行沉淀反应，然后依次进行陈化、液固分离、洗涤和灼烧，通过控制过程中的反应参数，最终灼烧后所得氧化稀土各项指标都优于国标的要求。在这些报道中通过不同的方法虽能降低稀土氧化物中杂质的含量，但均脱除的不够彻底，其中对影响靶材等高性能材料应用的氧化镱中过渡元素fe、cr、cu、ni的脱除也并无针对性，获得的氧化镱仍较难适用于靶材等高端领域的应用。

4、综上所述，如何提供一种低过渡元素氧化镱的制备方法，以满足氧化镱在溅射靶材等高端材料领域的应用需求，是当前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种靶材用氧化镱的制备方法，该制备方法可以显著降低氧化镱产品中过渡元素fe、cr、cu、ni的含量，以满足溅射靶材等高端领域的应用。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种靶材用氧化镱的制备方法，往氯化镱料液中加入精制草酸溶液进行沉淀反应，在沉淀反应过程中往沉淀浆料中加入络合剂，继续沉淀完全，得到草酸镱，经洗涤、脱水、灼烧后得到靶材用氧化镱；所述络合剂为水杨酸与乙酰丙酮的组合物。

4、优选地，所述在沉淀反应过程中加入络合剂为在精制草酸溶液加至草酸总耗用量的80-95％时加入络合剂。

5、更优选地，所述在沉淀反应过程中加入络合剂为在精制草酸溶液加至草酸总耗用量的85-90％时加入络合剂。

6、优选地，所述络合剂加入质量为氯化镱反应料液中稀土reo量的1-10％。

7、更优选地，所述络合剂加入质量为氯化镱反应料液中稀土reo量的2-5％。

8、优选地，所述络合剂中水杨酸占组合物的质量比为60-90％。

9、更优选地，所述络合剂中水杨酸占组合物的质量比为70-80％。

10、优选地，所述氯化镱料液相对纯度yb2o3/reo≥99.99％。

11、优选地，所述氯化镱料液稀土离子浓度为0.2-1.0mol/l。

12、优选地，所述精制草酸溶液浓度为80-150g/l，草酸与所需沉淀reo的质量比为(1.1-1.25)：1。

13、过渡元素fe、cr、cu、ni主要由氯化镱料液及沉淀剂草酸引入，在稀土氧化镱的工业生产中，氯化镱料液一般需经萃取过程将影响稀土氧化镱质量的杂质元素进行脱除，获得的氯化镱料液仍然含有少量过渡元素杂质。在沉淀过程中，这些杂质容易伴随沉淀剂草酸的加入，以物理或化学的方式包裹、吸附存在于草酸镱中，从而影响最终产品氧化镱的质量。本发明通过在沉淀过程中添加络合剂的方式，实现过渡元素fe、cr、cu、ni的脱除。选用的络合剂为有机络合剂，水杨酸可与过渡元素fe、cr、cu、ni等离子产生很好的络合作用，且络合物易溶于水，其络合物的配位稳定性显著大于草酸与以上离子形成络合物的配位稳定性,例如，水杨酸、乙酰丙酮、草酸与fe3+络合稳定常数lgk分别为16.48、11.4、9.4；同时，乙酰丙酮可以促进水杨酸与草酸之间的络合竞争，保证以上杂质离子不与草酸形成络合物，草酸镱的溶解度积常数非常小，因此控制络合剂用量，对草酸镱沉淀无影响，从而可以比较好的实现fe、cr、cu、ni元素杂质离子的脱除。当精制草酸加至草酸总耗用量的80％-95％时，稀土离子基本与草酸结合完全，此时加入络合剂，与以上四种离子优先结合成稳定的水溶性络合物，从而保证杂质离子存在于溶液中，通过固液分离和洗涤去除。过量的有机物在高温灼烧过程中分解完全，不影响产品纯度。

14、本发明方法过程简单易控，所得氧化镱产品中过渡元素fe、cr、cu、ni可以达到一个比较低的水平。本发明制备的氧化镱，用gd-ms等检测其过渡元素fe、cr、cu、ni含量，fe≤0.06ug/g、cr<0.05ug/g、cu<0.05ug/g、ni<0.05ug/g，适用于金属靶材用氧化镱等高端材料。

技术特征：

1.一种靶材用氧化镱的制备方法，往氯化镱料液中加入精制草酸溶液进行沉淀反应，得到草酸镱，经洗涤、脱水、灼烧后得到靶材用氧化镱；其特征在于，在沉淀反应过程中往沉淀浆料中加入络合剂，所述络合剂为水杨酸与乙酰丙酮的组合物。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述络合剂加入质量为氯化镱反应料液中稀土reo量的1-10％。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述络合剂加入质量为氯化镱反应料液中稀土reo量的2-5％。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在精制草酸溶液加至草酸总耗用量的80-95％时加入络合剂。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在精制草酸溶液加至草酸总耗用量的85-90％时加入络合剂。

6.根据权利要求1-5任一所述的制备方法，其特征在于，所述络合剂中水杨酸占组合物的质量比为60-90％。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，，所述络合剂中水杨酸占组合物的质量比为70-80％。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述氯化镱料液相对纯度yb2o3/reo≥99.99％。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述氯化镱料液稀土离子浓度为0.2-1.0mol/l。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述精制草酸溶液浓度为50-150g/l，草酸与所需沉淀reo的质量比为(1.1-1.25)：1。

技术总结
本发明涉及一种靶材用氧化镱的制备方法，属于湿法冶金和材料制备技术领域。以稀土相对纯度大于等于99.99％的氯化镱料液为原料，向其中加入精制草酸溶液进行沉淀反应，在沉淀反应过程中往沉淀浆料中加入络合剂，继续沉淀完全，得到草酸镱，经洗涤、脱水、灼烧后得到靶材用氧化镱；所述络合剂为水杨酸与乙酰丙酮的组合物。本发明方法过程简单易控，所得氧化镱产品中过渡元素Fe、Cr、Cu、Ni可以达到一个比较低的水平，用GD‑MS等检测其过渡元素Fe、Cr、Cu、Ni含量，Fe≤0.06ug/g、Cr<0.05ug/g、Cu<0.05ug/g、Ni<0.05ug/g，适用于金属靶材等高端材料。

技术研发人员：廖家隆,钟亮,刘昭优,刘钧云,王秀峰,王功秒,陈华斌,孔陶金
受保护的技术使用者：江西明达功能材料有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/15