本發(fā)明涉及了氧化鈧的制備方法，具體涉及了一種固體燃料電池用氧化鈧的制備方法，屬于無機化學技術領域。

背景技術：

氧化鈧（sc2o3）是鈧制品中較為重要的產(chǎn)品之一。它的物理化學性質(zhì)與稀土氧化物（如la2o3，y2o3和lu2o3等）相近，故在生產(chǎn)中采用的生產(chǎn)方法極為相似。氧化鈧可生成金屬鈧，不同鹽類（氯化鈧、氟化鈧、碘化鈧和草酸鈧等）及多種鈧合金（al-sc，al-zr-sc系列）等產(chǎn)物，這些鈧制品具有實用的技術價值。

目前生產(chǎn)氧化鈧所用的原料，主要有以下三種：冶金中的含鈧廢液，廢渣和煙塵以及從釩鐵磁鐵礦精選礦后獲得的鈧精礦。從含鈧原料中制備氧化鈧有下列幾種方法：萃取法、離子交換法、萃淋樹脂色層法、液膜萃取法?，F(xiàn)在制備氧化鈧的方法幾乎都是萃取法和離子交換法。

（1）萃取法從鈧精礦中生產(chǎn)氧化鈧。此法是用鹽酸溶解鈧精礦獲得氯化鈧?cè)芤?，再進行凈化去鈦鐵等雜質(zhì)，將凈化液作為原料，用50%磷酸三丁酯與煤油制成萃取劑，調(diào)配后的料液和萃取劑放入萃取槽中萃取鈧，經(jīng)酸洗和蒸餾水反萃鈧后，獲得氯化鈧純液，再用草酸沉淀，烘干，灼燒即得純氧化鈧產(chǎn)品。該工藝過程簡單，且萃取可連續(xù)化操作，產(chǎn)量大，但是所用萃取劑對作業(yè)工人皮膚有刺激性，且有一定的致癌風險，不慎吞食易引起中毒；

（2）離子交換法從鎢廢渣中生產(chǎn)氧化鈧。此法是用鹽酸溶解后過濾，料液經(jīng)過凈化除雜獲得氯化鈧凈液后進行調(diào)配作為離子交換料液，再經(jīng)吸附柱和分離柱處理后獲得氯化鈧純液，再用草酸進行沉淀，經(jīng)過濾、烘干和灼燒即得純氧化鈧產(chǎn)品。該工藝產(chǎn)品純度高，但是工藝流程較長，作業(yè)復雜，產(chǎn)量較小，原輔料消耗多，且工藝過程中原料損失較大，氧化鈧收率低。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決的技術問題是：針對傳統(tǒng)高純氧化鈧采用萃取法從鈧精礦中制備，采用大量有毒萃取劑，影響作業(yè)工人的身心健康的問題，提供了一種固體燃料電池用氧化鈧的制備方法。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是：

（1）取鈧精礦，經(jīng)粉碎、過篩、煅燒、淬火和過濾后，烘干，得煅燒鈧精礦粉，并將煅燒鈧精礦粉與氫氧化鈉溶液混合，經(jīng)微波超聲處理，再經(jīng)過濾洗滌得堿浸礦粉濕料；

（2）將堿浸礦粉濕料與沼液混合，重復發(fā)酵球磨工序3～5次，得球磨發(fā)酵礦料，再經(jīng)干燥和煅燒，得煅燒礦料，再將煅燒礦料與鹽酸混合后于冰水浴中攪拌反應，經(jīng)過濾后得純化礦料，再將純化礦料與鹽酸加熱反應后過濾，得氯化鈧?cè)芤海?/p>

（3）將氯化鈧?cè)芤号c草酸溶液混合反應后過濾、干燥和煅燒，即得固體燃料電池用氧化鈧。

本發(fā)明的有益效果是：

（1）本發(fā)明在制備過程中未使用對人體健康有害的有機萃取劑，在制備過程中，首先利用沼液與細化鈧精礦混合發(fā)酵，利用沼液中微生物發(fā)酵提供的弱酸性環(huán)境，使礦料中雜質(zhì)緩慢溶解，配合球磨操作，可使礦料細化，沼液逐步深層滲透進入礦料內(nèi)部，使雜質(zhì)溶出，整個發(fā)酵球磨工藝過程反應條件溫和，工人操作環(huán)境良好，而沼液中殘留在礦料孔隙中的有機質(zhì)通過煅燒即可去除，不會對產(chǎn)品的純度造成影響；

（2）本發(fā)明充分利用氧化鈧不溶于冷的稀酸，而溶于熱的稀酸，形成對應的鈧鹽溶液這一特性，使礦料進一步純化，再以草酸為沉淀劑，與鈧離子結(jié)合形成草酸鈧沉淀，經(jīng)煅燒草酸鈧分解，形成高純度氧化鈧，在具體使用時，按摻雜量為鋯基固體電解質(zhì)總質(zhì)量的8～10%，將本發(fā)明所得固體燃料電池用氧化鈧?cè)〈趸?，作為穩(wěn)定劑添加至鋯基固體電解質(zhì)中，并于1000～1100℃條件下燒結(jié)成型，所得電解質(zhì)相比于傳統(tǒng)添加氧化釔作為穩(wěn)定劑的電解質(zhì)，在850～1000℃工作條件下，電導率從120～160ms/cm提升至190～380ms/cm，彌補了傳統(tǒng)電解質(zhì)在中溫情況下電導率低的不足，可作為中溫固體燃料電池首選電解質(zhì)。

具體實施方式

稱取500～600g鈧精礦，置于粉碎機中，粉碎后過120～180目篩，得鈧精礦粉，再將所得鈧精礦粉轉(zhuǎn)入馬弗爐，以10～15℃/min速率程序升溫至680～700℃，保溫煅燒3～5h，再將馬弗爐中物料趁熱倒入盛有3～5l溫度為4～6℃水的水槽中，將鈧精礦煅燒后經(jīng)冷水快速淬火而碎裂細化，便于后續(xù)發(fā)酵過程中與沼液充分接觸，再將水槽中物料過濾，得細化鈧精礦濾渣，再將細化鈧精礦濾渣置于烘箱中，于溫度為105～110℃條件下干燥至恒重，得煅燒鈧精礦粉；稱取300～400g所得煅燒鈧精礦粉，倒入盛有800～1000ml質(zhì)量分數(shù)為15～20%氫氧化鈉溶液的三口燒瓶中，再將三口燒瓶移入超聲微波化學反應器，于超聲頻率為40～45khz，微波功率為600～800w條件下，超聲微波處理60～90min，在超聲條件下，利用氫氧化鈉溶液浸泡，使煅燒鈧精礦粉中的堿溶性雜質(zhì)得以去除，再將三口燒瓶中物料過濾，得堿浸礦粉濕料，并用去離子水洗滌堿浸礦粉濕料直至洗滌液呈中性；稱取250～280g洗滌后的堿浸礦粉濕料，倒入盛有800～1200ml沼液的1號發(fā)酵罐中，于溫度為35～37℃，轉(zhuǎn)速為200～300r/min條件下，恒溫密閉發(fā)酵6～8h，再將發(fā)酵罐中物料過濾，得1號發(fā)酵濾渣，并將所得1號發(fā)酵濾渣置于球磨機中，球磨45～60min后投入盛有800～1200ml沼液的2號發(fā)酵罐中，繼續(xù)于溫度為35～37℃，轉(zhuǎn)速為200～300r/min條件下，恒溫密閉發(fā)酵6～8h，再將2號發(fā)酵罐中物料過濾，得2號發(fā)酵濾渣，并將所得2號發(fā)酵濾渣置于球磨機中，球磨45～60min后，繼續(xù)重復發(fā)酵球磨操作步驟2～4次，得球磨發(fā)酵礦料，利用沼液中微生物發(fā)酵提供的弱酸性環(huán)境，使礦料中雜質(zhì)緩慢溶解，配合球磨操作，可使礦料細化，沼液逐步深層滲透進入礦料內(nèi)部，使雜質(zhì)溶出；將所得球磨發(fā)酵礦料轉(zhuǎn)入烘箱中，于溫度為105～110℃條件下干燥至恒重，得干燥球磨發(fā)酵礦料，稱取180～200g所得干燥球磨發(fā)酵礦料，置于馬弗爐中，于溫度為500～550℃條件下煅燒2～4h，通過煅燒使殘留于礦料中的有機質(zhì)得以去除，并隨爐冷卻至室溫，出料，得煅燒礦料；稱取120～150g所得煅燒礦料，倒入盛有600～800ml質(zhì)量分數(shù)為2～4%鹽酸的燒杯中，再將燒杯置于溫度為4～6℃冰水浴中，利用冷的稀鹽酸使礦料中氧化鐵等金屬氧化物雜質(zhì)去除，用玻璃棒攪拌混合10～15min，過濾，得純化礦料，并用去離子水洗滌純化礦料3～5次，再將洗滌后的純化礦料投入盛有700～900ml質(zhì)量分數(shù)為5～8%鹽酸的三口燒瓶中，并將三口燒瓶移入數(shù)顯測速恒溫磁力攪拌器，于溫度為65～70℃，轉(zhuǎn)速為600～800r/min條件下，恒溫攪拌反應2～4h，利用純化礦料中氧化鈧不溶于冷的酸液，而可溶解于熱的酸液這一特性，使氧化鈧?cè)芙?，生成相對應金屬鹽溶液，再將三口燒瓶中物料過濾，得氯化鈧?cè)芤?；量?00～500ml氯化鈧?cè)芤?，倒入燒杯中，再向燒杯中滴加質(zhì)量分數(shù)為6～8%草酸溶液，直至不再產(chǎn)生更多沉淀為止，再將燒杯中物料過濾，得草酸鈧濾渣，并將所得草酸鈧濾渣置于烘箱中，于溫度為105～110℃條件下干燥至恒重，再將干燥后的草酸鈧濾渣置于馬弗爐中，于溫度為500～550℃條件下煅燒3～5h，隨爐冷卻至室溫，出料，即得固體燃料電池用高純氧化鈧。

實例1

稱取600g鈧精礦，置于粉碎機中，粉碎后過180目篩，得鈧精礦粉，再將所得鈧精礦粉轉(zhuǎn)入馬弗爐，以15℃/min速率程序升溫至700℃，保溫煅燒5h，再將馬弗爐中物料趁熱倒入盛有5l溫度為6℃水的水槽中，再將水槽中物料過濾，得細化鈧精礦濾渣，再將細化鈧精礦濾渣置于烘箱中，于溫度為110℃條件下干燥至恒重，得煅燒鈧精礦粉；稱取400g所得煅燒鈧精礦粉，倒入盛有1000ml質(zhì)量分數(shù)為20%氫氧化鈉溶液的三口燒瓶中，再將三口燒瓶移入超聲微波化學反應器，于超聲頻率為45khz，微波功率為800w條件下，超聲微波處理90min后，再將三口燒瓶中物料過濾，得堿浸礦粉濕料，并用去離子水洗滌堿浸礦粉濕料直至洗滌液呈中性；稱取280g洗滌后的堿浸礦粉濕料，倒入盛有800ml沼液的1號發(fā)酵罐中，于溫度為37℃，轉(zhuǎn)速為300r/min條件下，恒溫密閉發(fā)酵8h，再將發(fā)酵罐中物料過濾，得1號發(fā)酵濾渣，并將所得1號發(fā)酵濾渣置于球磨機中，球磨60min后投入盛有1200ml沼液的2號發(fā)酵罐中，繼續(xù)于溫度為37℃，轉(zhuǎn)速為300r/min條件下，恒溫密閉發(fā)酵8h，再將2號發(fā)酵罐中物料過濾，得2號發(fā)酵濾渣，并將所得2號發(fā)酵濾渣置于球磨機中，球磨60min后，繼續(xù)重復發(fā)酵球磨操作步驟4次，得球磨發(fā)酵礦料；將所得球磨發(fā)酵礦料轉(zhuǎn)入烘箱中，于溫度為110℃條件下干燥至恒重，得干燥球磨發(fā)酵礦料，稱取200g所得干燥球磨發(fā)酵礦料，置于馬弗爐中，于溫度為550℃條件下煅燒4h，并隨爐冷卻至室溫，出料，得煅燒礦料；稱取150g所得煅燒礦料，倒入盛有800ml質(zhì)量分數(shù)為4%鹽酸的燒杯中，再將燒杯置于溫度為6℃冰水浴中，用玻璃棒攪拌混合15min，過濾，得純化礦料，并用去離子水洗滌純化礦料5次，再將洗滌后的純化礦料投入盛有900ml質(zhì)量分數(shù)為8%鹽酸的三口燒瓶中，并將三口燒瓶移入數(shù)顯測速恒溫磁力攪拌器，于溫度為70℃，轉(zhuǎn)速為800r/min條件下，恒溫攪拌反應4h，再將三口燒瓶中物料過濾，得氯化鈧?cè)芤海涣咳?00ml氯化鈧?cè)芤?，倒入燒杯中，再向燒杯中滴加質(zhì)量分數(shù)為8%草酸溶液，直至不再產(chǎn)生更多沉淀為止，再將燒杯中物料過濾，得草酸鈧濾渣，并將所得草酸鈧濾渣置于烘箱中，于溫度為110℃條件下干燥至恒重，再將干燥后的草酸鈧濾渣置于馬弗爐中，于溫度為550℃條件下煅燒5h，隨爐冷卻至室溫，出料，即得固體燃料電池用高純氧化鈧。

實例2

稱取500g鈧精礦，置于粉碎機中，粉碎后過120目篩，得鈧精礦粉，再將所得鈧精礦粉轉(zhuǎn)入馬弗爐，以10℃/min速率程序升溫至680℃，保溫煅燒3h，再將馬弗爐中物料趁熱倒入盛有3l溫度為4℃水的水槽中，再將水槽中物料過濾，得細化鈧精礦濾渣，再將細化鈧精礦濾渣置于烘箱中，于溫度為105℃條件下干燥至恒重，得煅燒鈧精礦粉；稱取300g所得煅燒鈧精礦粉，倒入盛有800ml質(zhì)量分數(shù)為15%氫氧化鈉溶液的三口燒瓶中，再將三口燒瓶移入超聲微波化學反應器，于超聲頻率為40khz，微波功率為600w條件下，超聲微波處理60min后，再將三口燒瓶中物料過濾，得堿浸礦粉濕料，并用去離子水洗滌堿浸礦粉濕料直至洗滌液呈中性；稱取250g洗滌后的堿浸礦粉濕料，倒入盛有800ml沼液的1號發(fā)酵罐中，于溫度為35℃，轉(zhuǎn)速為200r/min條件下，恒溫密閉發(fā)酵6h，再將發(fā)酵罐中物料過濾，得1號發(fā)酵濾渣，并將所得1號發(fā)酵濾渣置于球磨機中，球磨45min后投入盛有800ml沼液的2號發(fā)酵罐中，繼續(xù)于溫度為35℃，轉(zhuǎn)速為200r/min條件下，恒溫密閉發(fā)酵6h，再將2號發(fā)酵罐中物料過濾，得2號發(fā)酵濾渣，并將所得2號發(fā)酵濾渣置于球磨機中，球磨45min后，繼續(xù)重復發(fā)酵球磨操作步驟2次，得球磨發(fā)酵礦料；將所得球磨發(fā)酵礦料轉(zhuǎn)入烘箱中，于溫度為105℃條件下干燥至恒重，得干燥球磨發(fā)酵礦料，稱取180g所得干燥球磨發(fā)酵礦料，置于馬弗爐中，于溫度為500℃條件下煅燒2h，并隨爐冷卻至室溫，出料，得煅燒礦料；稱取120g所得煅燒礦料，倒入盛有600ml質(zhì)量分數(shù)為2%鹽酸的燒杯中，再將燒杯置于溫度為4℃冰水浴中，用玻璃棒攪拌混合10min，過濾，得純化礦料，并用去離子水洗滌純化礦料3次，再將洗滌后的純化礦料投入盛有700ml質(zhì)量分數(shù)為5%鹽酸的三口燒瓶中，并將三口燒瓶移入數(shù)顯測速恒溫磁力攪拌器，于溫度為65℃，轉(zhuǎn)速為600r/min條件下，恒溫攪拌反應2h，再將三口燒瓶中物料過濾，得氯化鈧?cè)芤?；量?00ml氯化鈧?cè)芤?，倒入燒杯中，再向燒杯中滴加質(zhì)量分數(shù)為6%草酸溶液，直至不再產(chǎn)生更多沉淀為止，再將燒杯中物料過濾，得草酸鈧濾渣，并將所得草酸鈧濾渣置于烘箱中，于溫度為105℃條件下干燥至恒重，再將干燥后的草酸鈧濾渣置于馬弗爐中，于溫度為500℃條件下煅燒3h，隨爐冷卻至室溫，出料，即得固體燃料電池用高純氧化鈧。

實例3

稱取550g鈧精礦，置于粉碎機中，粉碎后過140目篩，得鈧精礦粉，再將所得鈧精礦粉轉(zhuǎn)入馬弗爐，以12℃/min速率程序升溫至690℃，保溫煅燒4h，再將馬弗爐中物料趁熱倒入盛有4l溫度為5℃水的水槽中，再將水槽中物料過濾，得細化鈧精礦濾渣，再將細化鈧精礦濾渣置于烘箱中，于溫度為107℃條件下干燥至恒重，得煅燒鈧精礦粉；稱取350g所得煅燒鈧精礦粉，倒入盛有900ml質(zhì)量分數(shù)為17%氫氧化鈉溶液的三口燒瓶中，再將三口燒瓶移入超聲微波化學反應器，于超聲頻率為42khz，微波功率為700w條件下，超聲微波處理80min后，再將三口燒瓶中物料過濾，得堿浸礦粉濕料，并用去離子水洗滌堿浸礦粉濕料直至洗滌液呈中性；稱取260g洗滌后的堿浸礦粉濕料，倒入盛有1000ml沼液的1號發(fā)酵罐中，于溫度為36℃，轉(zhuǎn)速為250r/min條件下，恒溫密閉發(fā)酵7h，再將發(fā)酵罐中物料過濾，得1號發(fā)酵濾渣，并將所得1號發(fā)酵濾渣置于球磨機中，球磨50min后投入盛有900ml沼液的2號發(fā)酵罐中，繼續(xù)于溫度為36℃，轉(zhuǎn)速為250r/min條件下，恒溫密閉發(fā)酵7h，再將2號發(fā)酵罐中物料過濾，得2號發(fā)酵濾渣，并將所得2號發(fā)酵濾渣置于球磨機中，球磨50min后，繼續(xù)重復發(fā)酵球磨操作步驟3次，得球磨發(fā)酵礦料；將所得球磨發(fā)酵礦料轉(zhuǎn)入烘箱中，于溫度為107℃條件下干燥至恒重，得干燥球磨發(fā)酵礦料，稱取190g所得干燥球磨發(fā)酵礦料，置于馬弗爐中，于溫度為520℃條件下煅燒3h，并隨爐冷卻至室溫，出料，得煅燒礦料；稱取140g所得煅燒礦料，倒入盛有700ml質(zhì)量分數(shù)為3%鹽酸的燒杯中，再將燒杯置于溫度為5℃冰水浴中，用玻璃棒攪拌混合12min，過濾，得純化礦料，并用去離子水洗滌純化礦料4次，再將洗滌后的純化礦料投入盛有800ml質(zhì)量分數(shù)為7%鹽酸的三口燒瓶中，并將三口燒瓶移入數(shù)顯測速恒溫磁力攪拌器，于溫度為67℃，轉(zhuǎn)速為700r/min條件下，恒溫攪拌反應3h，再將三口燒瓶中物料過濾，得氯化鈧?cè)芤?；量?50ml氯化鈧?cè)芤?，倒入燒杯中，再向燒杯中滴加質(zhì)量分數(shù)為7%草酸溶液，直至不再產(chǎn)生更多沉淀為止，再將燒杯中物料過濾，得草酸鈧濾渣，并將所得草酸鈧濾渣置于烘箱中，于溫度為107℃條件下干燥至恒重，再將干燥后的草酸鈧濾渣置于馬弗爐中，于溫度為520℃條件下煅燒4h，隨爐冷卻至室溫，出料，即得固體燃料電池用高純氧化鈧。