一種高純超細氧化釕的製備方法與流程
2023-11-01 19:14:52 3
本發明涉及一種高純超細氧化釕的製備方法，屬於金屬化合物製備技術領域。
背景技術：
氧化釕在工業上有著廣泛的應用，是催化劑、電容器、電阻器等領域的基礎原料，其製備工藝和產品性能對後續產品的生產加工十分關鍵，尤其是在電子工業元器件製造方面，更是對氧化釕的產品性能有著近乎苛刻的要求。現階段國內電阻器用氧化釕基本上依靠國外產品，隨著我國電子工業的飛速發展，迫切需要在氧化釕產品的製備工藝上取得突破。
氧化釕產品性能中最為關鍵的是產品的純度，不僅僅要求純度高，還要求純度的穩定性，特別是在電子工業領域，微量雜質的起伏波動對最終產品的影響很大，氧化釕的純度穩定性將直接影響後續生產工藝的穩定性，這也是制約國內氧化釕產品應用的主要因素之一。
目前氧化釕的製備方法主要有以下幾種：
一、三氯化釕水解法
本方法是製備氧化釕使用最廣泛的工藝。將氫氧化鉀或氫氧化鈉加入到配製好的三氯化釕溶液中，生成氧化釕沉澱，洗滌乾淨後就得到氧化釕產品。這種工藝的優點是三氯化釕原料來源廣泛，容易批量化生產，成本低。缺點是生產過程中加入的鉀或鈉很難完全洗盡，產品純度穩定性很差。這種工藝生產的氧化釕產品基本不能應用到電子工業領域。
二、釕粉直接氧化法
本方法是將釕粉置於耐熱容器中，在500-1000度的溫度下通氧氣生成氧化釕。這種工藝操作得好的話可以得到性能優異的氧化釕產品，但要保證釕粉完全氧化對原料和工藝條件的要求過於苛刻，難以批量化生產，產品性能的穩定性也很難控制。
三、釕鹽熱分解法
本方法是用三氯化釕、氯釕酸銨等釕的化合物為原料，在500-1000度的溫度下加熱分解得到氧化釕產品。這種方法可以很好的控制氧化釕的純度和純度穩定性，也便於批量化生產，但無法控制氧化釕的粒度和粒度分布，所得產品在電子工業領域也難以很好使用。
技術實現要素：
為解決目前氧化釕生產工藝中產品的純度和粒度穩定性問題，本發明提供一種利用四氧化釕為原料製備高純超細氧化釕的方法，可實現批量化生產、成本低、不汙染環境，產品純度高，粒度分布好，批次穩定性好。
本發明通過下列技術方案實現：一種高純超細氧化釕的製備方法，經過下列各步驟：
（1）蒸餾法製備四氧化釕：將純釕粉置於蒸餾瓶中，按固液比g/mL計為1:10加入硫酸溶液，再在加熱至混合溶液沸騰後滴加氯酸鈉飽和溶液至產生四氧化釕蒸汽時停止加入，待四氧化釕蒸汽通過冷凝吸收得到四氧化釕晶體後，再次滴加氯酸鈉飽和溶液至產生四氧化釕蒸汽時停止加入，如此反覆多次，直至混合溶液不再產生四氧化釕蒸汽；
（2）配製四氧化釕水溶液：將（1）所得四氧化釕晶體溶於純水中，製成濃度0.1～2%的四氧化釕水溶液；
（3）配製乙酸乙酯飽和水溶液：按相比1:1於分液漏鬥中混合分析純乙酸乙酯和純水，充分振蕩後靜置2小時，取下層得到乙酸乙酯飽和水溶液；
（4）將步驟（2）所得四氧化釕水溶液置於容器中，攪拌下加入步驟（3）的乙酸乙酯飽和水溶液，再靜置2小時以上，棄上層清液，得到氧化釕沉澱；
（5）將步驟（4）所得氧化釕沉澱於抽液漏鬥中抽乾水分，用濃度為5v/v%的乙醇水溶液洗滌3次，再用純水洗滌3次；
（6）將步驟（5）所得洗滌後氧化釕置於真空乾燥箱中在40～60℃下烘乾至完全乾燥，得到高純超細氧化釕。所得高純超細氧化釕的純度高達99.99%，粒度達到5～50μm。
所述步驟（1）的硫酸溶液是將市購濃硫酸與水按體積比1:2進行稀釋所得到的硫酸溶液。
所述步驟（4）的攪拌是在攪拌速度500～1600min/轉下進行。
所述步驟（4）的乙酸乙酯飽和水溶液的加入速度為100～1200min/mL。
本發明具備的優點及效果：本發明針對目前氧化釕產品純度和粒度難以滿足需要的狀況，提供一種產品純度高、可批量化生產、性能穩定性好的氧化釕生產新工藝。主要有以下特點：
1、以四氧化釕為合成原料，原料純度高，易於獲得。釕的蒸餾法製備三氯化釕是目前很成熟的生產工藝，對蒸餾裝置稍加改動即可用於生產四氧化釕，而蒸餾法最大的優點就是可以最大限度的避免雜質的引入。
2、以乙酸乙酯飽和水溶液為還原劑，在生產過程中不引入新的金屬雜質，避免了傳統水解法生產工藝中鉀、鈉難於洗淨的問題，最大程度上保證了氧化釕產品的純度和純度穩定性。
3、由於四氧化釕的氧化性很強，其它還原劑如乙醇、甲醇等因還原性過強，容易導致反應速度過快甚至發生危險，氧化釕的粒度和粒度分布難以控制，而以乙酸乙酯飽和水溶液為還原劑，由於乙酸乙酯在水中的溶解度不大，再加上乙酸乙酯本身的還原性較弱，使合成反應可以控制，既保證了氧化釕產品的純度又可以控制氧化釕產品的粒度。
4、本發明在生產過程中，可通過改變四氧化釕溶液的濃度、攪拌速度、乙酸乙酯飽和水溶液的加入速度等工藝條件，實現氧化釕產品的粒度控制，便於滿足氧化釕產品的不同需求。
5、本工藝製備的氧化釕產品分散性好，便於洗滌，克服了傳統水解法工藝中洗滌周期長的缺點，縮短了生產周期，該工藝與傳統工藝相比較可以縮短5天的加工周期，可顯著提高生產效率。
具體實施方式
下面通過實施例對本發明做進一步說明。
實施例1
（1）蒸餾法製備四氧化釕：將純釕粉置於蒸餾瓶中，按固液比g/mL計為1:10加入硫酸溶液，再在加熱至混合溶液沸騰後滴加氯酸鈉飽和溶液至產生四氧化釕蒸汽時停止加入，待四氧化釕蒸汽通過冷凝吸收得到四氧化釕晶體後，再次滴加氯酸鈉飽和溶液至產生四氧化釕蒸汽時停止加入，如此反覆多次，直至混合溶液不再產生四氧化釕蒸汽；
其中，硫酸溶液是將市購濃硫酸與水按體積比1:2進行稀釋所得到的硫酸溶液；
（2）配製四氧化釕水溶液：將（1）所得四氧化釕晶體溶於純水中，製成濃度0.1%的四氧化釕水溶液；
（3）配製乙酸乙酯飽和水溶液：按相比1:1於分液漏鬥中混合分析純乙酸乙酯和純水，充分振蕩後靜置2小時，取下層得到乙酸乙酯飽和水溶液；
（4）將步驟（2）所得四氧化釕水溶液置於容器中，以攪拌速度500min/轉進行攪拌並加入步驟（3）的乙酸乙酯飽和水溶液，乙酸乙酯飽和水溶液的加入速度為100min/mL，再靜置2小時以上，棄上層清液，得到氧化釕沉澱；
（5）將步驟（4）所得氧化釕沉澱於抽液漏鬥中抽乾水分，用濃度為5v/v%的乙醇水溶液洗滌3次，再用純水洗滌3次；
（6）將步驟（5）所得洗滌後氧化釕置於真空乾燥箱中在40℃下烘乾至完全乾燥，得到高純超細氧化釕。所得高純超細氧化釕的純度高達99.99%，粒度為5μm。
實施例2
（1）蒸餾法製備四氧化釕：將純釕粉置於蒸餾瓶中，按固液比g/mL計為1:10加入硫酸溶液，再在加熱至混合溶液沸騰後滴加氯酸鈉飽和溶液至產生四氧化釕蒸汽時停止加入，待四氧化釕蒸汽通過冷凝吸收得到四氧化釕晶體後，再次滴加氯酸鈉飽和溶液至產生四氧化釕蒸汽時停止加入，如此反覆多次，直至混合溶液不再產生四氧化釕蒸汽；
其中，硫酸溶液是將市購濃硫酸與水按體積比1:2進行稀釋所得到的硫酸溶液；
（2）配製四氧化釕水溶液：將（1）所得四氧化釕晶體溶於純水中，製成濃度0.5%的四氧化釕水溶液；
（3）配製乙酸乙酯飽和水溶液：按相比1:1於分液漏鬥中混合分析純乙酸乙酯和純水，充分振蕩後靜置2小時，取下層得到乙酸乙酯飽和水溶液；
（4）將步驟（2）所得四氧化釕水溶液置於容器中，以攪拌速度800min/轉進行攪拌並加入步驟（3）的乙酸乙酯飽和水溶液，乙酸乙酯飽和水溶液的加入速度為500min/mL，再靜置2小時以上，棄上層清液，得到氧化釕沉澱；
（5）將步驟（4）所得氧化釕沉澱於抽液漏鬥中抽乾水分，用濃度為5v/v%的乙醇水溶液洗滌3次，再用純水洗滌3次；
（6）將步驟（5）所得洗滌後氧化釕置於真空乾燥箱中在45℃下烘乾至完全乾燥，得到高純超細氧化釕。所得高純超細氧化釕的純度高達99.99%，粒度為10μm。
實施例3
（1）蒸餾法製備四氧化釕：將純釕粉置於蒸餾瓶中，按固液比g/mL計為1:10加入硫酸溶液，再在加熱至混合溶液沸騰後滴加氯酸鈉飽和溶液至產生四氧化釕蒸汽時停止加入，待四氧化釕蒸汽通過冷凝吸收得到四氧化釕晶體後，再次滴加氯酸鈉飽和溶液至產生四氧化釕蒸汽時停止加入，如此反覆多次，直至混合溶液不再產生四氧化釕蒸汽；
其中，硫酸溶液是將市購濃硫酸與水按體積比1:2進行稀釋所得到的硫酸溶液；
（2）配製四氧化釕水溶液：將（1）所得四氧化釕晶體溶於純水中，製成濃度1%的四氧化釕水溶液；
（3）配製乙酸乙酯飽和水溶液：按相比1:1於分液漏鬥中混合分析純乙酸乙酯和純水，充分振蕩後靜置2小時，取下層得到乙酸乙酯飽和水溶液；
（4）將步驟（2）所得四氧化釕水溶液置於容器中，以攪拌速度1000min/轉進行攪拌並加入步驟（3）的乙酸乙酯飽和水溶液，乙酸乙酯飽和水溶液的加入速度為800min/mL，再靜置2小時以上，棄上層清液，得到氧化釕沉澱；
（5）將步驟（4）所得氧化釕沉澱於抽液漏鬥中抽乾水分，用濃度為5v/v%的乙醇水溶液洗滌3次，再用純水洗滌3次；
（6）將步驟（5）所得洗滌後氧化釕置於真空乾燥箱中在50℃下烘乾至完全乾燥，得到高純超細氧化釕。所得高純超細氧化釕的純度高達99.99%，粒度為20μm。
實施例4
（1）蒸餾法製備四氧化釕：將純釕粉置於蒸餾瓶中，按固液比g/mL計為1:10加入硫酸溶液，再在加熱至混合溶液沸騰後滴加氯酸鈉飽和溶液至產生四氧化釕蒸汽時停止加入，待四氧化釕蒸汽通過冷凝吸收得到四氧化釕晶體後，再次滴加氯酸鈉飽和溶液至產生四氧化釕蒸汽時停止加入，如此反覆多次，直至混合溶液不再產生四氧化釕蒸汽；
其中，硫酸溶液是將市購濃硫酸與水按體積比1:2進行稀釋所得到的硫酸溶液；
（2）配製四氧化釕水溶液：將（1）所得四氧化釕晶體溶於純水中，製成濃度1.5%的四氧化釕水溶液；
（3）配製乙酸乙酯飽和水溶液：按相比1:1於分液漏鬥中混合分析純乙酸乙酯和純水，充分振蕩後靜置2小時，取下層得到乙酸乙酯飽和水溶液；
（4）將步驟（2）所得四氧化釕水溶液置於容器中，以攪拌速度1200min/轉進行攪拌並加入步驟（3）的乙酸乙酯飽和水溶液，乙酸乙酯飽和水溶液的加入速度為1000min/mL，再靜置2小時以上，棄上層清液，得到氧化釕沉澱；
（5）將步驟（4）所得氧化釕沉澱於抽液漏鬥中抽乾水分，用濃度為5v/v%的乙醇水溶液洗滌3次，再用純水洗滌3次；
（6）將步驟（5）所得洗滌後氧化釕置於真空乾燥箱中在55℃下烘乾至完全乾燥，得到高純超細氧化釕。所得高純超細氧化釕的純度高達99.99%，粒度為40μm。
實施例5
（1）蒸餾法製備四氧化釕：將純釕粉置於蒸餾瓶中，按固液比g/mL計為1:10加入硫酸溶液，再在加熱至混合溶液沸騰後滴加氯酸鈉飽和溶液至產生四氧化釕蒸汽時停止加入，待四氧化釕蒸汽通過冷凝吸收得到四氧化釕晶體後，再次滴加氯酸鈉飽和溶液至產生四氧化釕蒸汽時停止加入，如此反覆多次，直至混合溶液不再產生四氧化釕蒸汽；
其中，硫酸溶液是將市購濃硫酸與水按體積比1:2進行稀釋所得到的硫酸溶液；
（2）配製四氧化釕水溶液：將（1）所得四氧化釕晶體溶於純水中，製成濃度2%的四氧化釕水溶液；
（3）配製乙酸乙酯飽和水溶液：按相比1:1於分液漏鬥中混合分析純乙酸乙酯和純水，充分振蕩後靜置2小時，取下層得到乙酸乙酯飽和水溶液；
（4）將步驟（2）所得四氧化釕水溶液置於容器中，以攪拌速度1600min/轉進行攪拌並加入步驟（3）的乙酸乙酯飽和水溶液，乙酸乙酯飽和水溶液的加入速度為1200min/mL，再靜置2小時以上，棄上層清液，得到氧化釕沉澱；
（5）將步驟（4）所得氧化釕沉澱於抽液漏鬥中抽乾水分，用濃度為5v/v%的乙醇水溶液洗滌3次，再用純水洗滌3次；
（6）將步驟（5）所得洗滌後氧化釕置於真空乾燥箱中在60℃下烘乾至完全乾燥，得到高純超細氧化釕。所得高純超細氧化釕的純度高達99.99%，粒度為50μm。
以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。