7440-64-4 / 金屬鐿的應用與制備

背景及概述^[1]

鐿的化學元素[周期系第Ⅲ族(類)副族元素、鑭系元素]，系稀土元素之一。其基態(tài)電子構型1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p66s2。其呈銀灰色金屬。軟而富有延展性，有兩種同素異形體：α型立方面心晶格；β型立方體心晶格。轉(zhuǎn)變溫度798℃。金屬原子半徑1.940×10-10米。離子半徑1.13×10-10米(+2價)、0.86×10-10米(+3價)。電阻率2.90×10-5歐·厘米。標準電極電位(EYb3+/Yb°)-2.267伏。溶于稀酸和液氨。與水反應較緩慢。在空氣中相當穩(wěn)定。鐿可用作激光材料、柘榴石的摻雜劑、手提式X射線源以及各種試劑。

應用^[2-3]

金屬鐿為銀灰色，有延展性，質(zhì)地較軟，室溫下鐿能被空氣和水緩慢氧化。鐿與釤和銪相類似，屬于變價稀土，除通常呈正三價外，也可以呈正二價狀態(tài)。稀土金屬鐿屬于重稀土元素，主要作為功能性材料及添加劑應用于屏蔽涂層材料、柵介質(zhì)材料、壓力傳感器材料、磁致伸縮材料、激光材料和高科技合金添加材料等領域。近年來，隨著集成電路、光纖通訊和激光燈高新技術的發(fā)展，稀土鐿的應用也越來越廣泛。例如，計算機網(wǎng)絡和長距離光纖傳輸系統(tǒng)對光通訊用的光纖材料性能要求越來越高，而鐿離子由于擁有優(yōu)異的光譜特性，可以像鉺和銩一樣，被用作光通訊的光纖放大材料。如制備一種除甲醛空氣凈化新材料，包括基體材料、表面活性劑、高分子有機胺類化合物和稀土金屬催化劑；所述基體材料為陽離子交換纖維，所述表面活性劑為脂肪醇聚氧乙烯醚，所述高分子有機胺類化合物為三乙烯四胺，所述稀土金屬催化劑為金屬鉺和金屬鐿的混合物；該空氣凈化新材料中各成分的重量份之比為：基體材料80~120份，表面活性劑4~6份，高分子有機胺類化合物20~30份，稀土金屬催化劑2~4份，其中，稀土金屬催化劑中金屬鉺和金屬鐿的重量份之比為1~3：1。本發(fā)明提供的具有除甲醛功能的空氣凈化新材料具有優(yōu)異的甲醛清除效果，清除速率高，且對甲醛的吸附容量大。

制備^[2]

金屬鐿的制備方法，包括以下步驟S1～S2：

S1、將氧化鐿和還原劑混合，在真空度高于5×10-2Pa條件下，以10～15℃/min的速度升溫至第一溫度并保溫至真空度穩(wěn)定，然后以2.5～10℃/min的速度升溫至第二溫度并保溫30min以上進行還原反應，收集蒸出的組分得到還原產(chǎn)物；其中，第一溫度為200～500℃，第二溫度為700～1000℃。

S2、將還原產(chǎn)物在真空度高于5×10-4Pa條件下，升溫至第三溫度并保溫5～20小時，然后升溫至第四溫度并收集從第三溫度升溫至第四溫度的時間段內(nèi)蒸出的組分，得到金屬鐿；其中，第三溫度為400～550℃，第四溫度為650～1000℃。

常規(guī)的金屬鐿制備工藝中通常是還原蒸餾一步完成，且還原溫度高、升溫速度快。還原溫度高，特別是當還原溫度超過1000℃時，原料中的低熔點高蒸氣壓的雜質(zhì)如Ca、Mg、Li、Na、K、Al、Bi、Sr、Pb和Mn等也隨同金屬鐿一并還原蒸餾出來，導致金屬鐿中雜質(zhì)含量高。而升溫速度快，則導致還原反應劇烈進行的同時，很容易將一些粉末狀態(tài)的雜質(zhì)夾帶上來，導致收集到的金屬鐿有較多雜質(zhì)夾雜其中，從而影響了產(chǎn)品的純度。本實施例的制備方法分為低溫還原和蒸餾除雜兩個步驟分別進行，以達到同時去除稀土雜質(zhì)和部分非稀土雜質(zhì)的目的，從而制備純度較高的金屬鐿。首先，低溫還原步驟通過控制不同階段的不同升溫速率，從而控制反應速率，減少還原過程中金屬蒸汽之間的碰撞，避免還原產(chǎn)物中雜質(zhì)的夾雜，在還原階段就有效地抑制了雜質(zhì)的還原和蒸出。而且，在升溫至第一溫度后，真空度若未穩(wěn)定說明原料中有氣體放出，這個階段如果繼續(xù)升溫，氣體沒有完全排出，會影響還原產(chǎn)物的純度。其次，蒸餾除雜步驟先在金屬鐿還未升華的第三溫度下保溫一定時間，使比鐿蒸汽壓更高的雜質(zhì)先擴散至還原產(chǎn)物表面或蒸出，然后再升溫將金屬鐿蒸出，從而可獲得純度較高的高純金屬鐿產(chǎn)品。

主要參考資料

[1] 化學詞典

[2] CN201811646021.5金屬鐿的制備方法

[3]b CN201610263737.1一種除甲醛空氣凈化新材料