一种大振实密度氧化铌的制备方法及其制备的大振实密度氧化铌与流程

文档序号:11809208阅读:388来源:国知局
本法明属于金属化学冶炼领域,具体涉及一种大振实密度氧化铌的制备方法,以及该方法制备得到的大振实密度高纯氧化铌。

背景技术:
溅射镀膜是一种新型的物理气相镀膜方式,与蒸发镀膜比较,具有明显的优势。溅射镀膜的工作原理是:利用离子源产生的离子在真空中经过加速聚集而形成高速度能的离子束流,轰击固体表面,和固体表面原子发生动能交换,使固体表面的原子离开固体飞向基片并在基片表面沉积成膜。被轰击的固体被称为溅射靶材。氧化铌(Nb2O5)靶材作为溅射靶材,被用于光学干涉滤波器电化学薄膜和气体传感器等领域,是等离子显示器重要的镀膜材料之一。现有技术中,高纯氧化铌的制备,通常以铌铁为原料,采用仲辛醇-HF-H2SO4萃取分离法。如公开号CN102424420A(公开日期2012年4月2日)的中国发明专利申请“以铌铁为原料制备五氧化二铌的方法”,公开了一种以铌铁为原料制备五氧化二铌的方法,包括原料溶解调配、萃取分离、中和沉淀和煅烧,按如下工艺进行:1)原料溶解调配,用无机酸、氢氟酸,溶解铌铁并调配其酸度,得铌调液;2)萃取:用辛醇作萃取剂为有机相,萃取泥调液,然后酸洗,得酸洗有机相;3)反萃取:用纯水作反铌剂对酸洗有机相进行反萃取,得铌液;4)中和沉淀:反萃取所得高纯铌液用氨气中和,所得沉淀经洗涤和烘干,得氢氧化铌;5)煅烧:将氢氧化铌煅烧,即得氧化铌产品。目前市场上使用的高纯氧化铌振实密度一般为1.2g/cm3~1.3g/cm3。在制备溅射靶材过程中,煅烧使得上述高纯度氧化铌收缩,产生过多孔隙。在溅射镀膜过程中,当受到高能离子的轰击,靶材内部孔隙内存在的气体就会突然释放,造成大尺寸的靶材颗粒或微粒飞溅,从而降低薄膜品质。因此,市场迫切需要具有更大振实密度的高纯度氧化铌。

技术实现要素:
针对上述技术问题,本发明提供一种大振实密度高纯氧化铌的制备方法。该方法通过优化工艺,制备得到的高纯氧化铌的振实密度≥1.5g/cm3。为了实现上述发明目的,本发明采用了如下的技术方案:一种大振实密度高纯氧化铌的制备方法,包括中和沉淀、调洗除氟、烘干、煅烧和过筛。优选的,所述中和沉淀步骤,高纯铌液用氨气中和至pH=9~10,中和时间为2~4小时。更优选的,所述中和沉淀步骤,高纯铌液用氨气中和至pH=9~10,中和时间为2.5~3.5小时。优选的,所述中和沉淀步骤,在用氨气中和前,所述高纯铌液先充分搅拌5~20分钟,更优选10~20分钟。优选的,所述中和沉淀步骤的具体操作为:将高纯铌液转移至中和槽,充分搅拌5~20分钟后,缓慢打开氨气阀加入氨气,中和至pH=9~10,控制中和时间为2~4小时,得到高纯氢氧化铌料浆。进一步优选的,所述中和沉淀步骤的具体操作为:将高纯铌液转移至中和槽,充分搅拌10~20分钟后,缓慢打开氨气阀加入氨气,中和至pH=9~10,控制中和时间为2.5~3.5小时,得到高纯氢氧化铌料浆。优选的,所述调洗除氟步骤,氟含量≤0.15g/L的氢氧化铌在压滤机中压榨4~10小时;更优选的压榨5~8小时,最优选压榨6小时。优选的,所述调洗除氟步骤的具体操作为:将中和沉淀步骤得到的高纯氢氧化铌料浆压入压滤机,压干后将滤饼转移至调浆桶,加入60~80℃的氨饱和纯水,将滤饼调成能搅拌的浆状,搅拌20~50分钟后,将料浆转移至压滤机压干;重复上述步骤至压滤机排出的水中F含量≤0.15g/L;最后滤饼在压滤机压榨4~10小时,得到高纯氢氧化铌。更优选的,所述调洗除氟步骤的具体操作为:将中和沉淀步骤得到的高纯氢氧化铌料浆压入压滤机,压干后将滤饼转移至调浆桶,加入60~80℃的氨饱和纯水,将滤饼调成能搅拌的浆状,搅拌20~40分钟后,将料浆转移至压滤机压干;重复上述步骤至压滤机排出的水中F含量≤0.15g/L;最后滤饼在压滤机压榨5~8小时,得到高纯氢氧化铌。最优选的,所述调洗除氟步骤的具体操作为:将中和沉淀步骤得到的高纯氢氧化铌料浆压入压滤机,压干后将滤饼转移至调浆桶,加入60~80℃的氨饱和纯水,将滤饼调成能搅拌的浆状,搅拌30分钟后,将料浆转移至压滤机压干;重复上述步骤至压滤机排出的水中F含量≤0.15g/L;最后滤饼在压滤机压榨6小时,得到高纯氢氧化铌。优选的,所述过筛步骤,煅烧冷却后的高纯氧化铌过30目筛,取筛下物,即得。还优选的,所述烘干步骤,烘箱温度为130~180℃,烘至氢氧化铌用手轻捻即成粉。还优选的,所述煅烧步骤,先在400~500℃煅烧6~10小时;然后升温至900~1000℃,继续煅烧14~18小时。更优选的,所述煅烧步骤,先在400~500℃煅烧8小时;然后升温至900~1000℃,继续煅烧16小时。作为一种优选的实施方式,本发明提供一种大振实密度高纯氧化铌的制备方法,包括中和沉淀、烘干、煅烧和过筛,具体工艺过程为:I.中和沉淀将高纯铌液转移至中和槽,充分搅拌5~20分钟后,缓慢打开氨气阀加入氨气,中和至pH=9~10,控制中和时间为2~4小时,得到高纯氢氧化铌料浆;II.调洗除氟将中和沉淀步骤得到的高纯氢氧化铌料浆压入压滤机,压干后将滤饼转移至调浆桶,加入60~80℃的氨饱和纯水,将滤饼调成能搅拌的浆状,搅拌20~50分钟后,将料浆转移至压滤机压干;重复上述步骤至压滤机排出的水中F含量≤0.15g/L;最后滤饼在压滤机压榨4~10小时,得到高纯氢氧化铌滤饼;III.烘干将调洗除氟步骤得到的高纯氢氧化铌滤饼盛于烘干料盘,从上至下装入烘箱,烘箱温度控制在130~180℃,烘干至用手轻捻成粉,得到氢氧化铌粉;IV.煅烧将烘干步骤得到的氢氧化铌粉送至推舟炉进行煅烧,先在400~500℃煅烧6~10小时;然后升温至900~1000℃,继续煅烧14~18小时,得到高纯氧化铌;V.过筛煅烧步骤得到的高纯氧化铌冷却后过30目筛,取筛下物,即得。作为一种更优选的实施方式,本发明提供一种大振实密度高纯氧化铌的制备方法,包括中和沉淀、烘干、煅烧和过筛,具体工艺过程为:I.中和沉淀将高纯铌液转移至中和槽,充分搅拌10~20分钟后,缓慢打开氨气阀加入氨气,中和至pH=9~10,控制中和时间为2.5~3.5小时,得到高纯氢氧化铌料浆;II.调洗除氟将中和沉淀步骤得到的高纯氢氧化铌料浆压入压滤机,压干后将滤饼转移至调浆桶,加入60~80℃的氨饱和纯水,将滤饼调成能搅拌的浆状,搅拌30分钟后,将料浆转移至压滤机压干;重复上述步骤至压滤机排出的水中F含量≤0.15g/L;最后滤饼在压滤机压榨5~8小时,得到高纯氢氧化铌滤饼;III.烘干将调洗除氟步骤得到的高纯氢氧化铌滤饼盛于烘干料盘,从上至下装入烘箱,烘箱温度控制在130~180℃,烘干至用手轻捻成粉,得到氢氧化铌粉;IV.煅烧将烘干步骤得到的氢氧化铌粉送至推舟炉进行煅烧,先在400~500℃煅烧8小时;然后升温至900~1000℃,继续煅烧16小时,得到高纯氧化铌;V.过筛煅烧步骤得到的高纯氧化铌冷却后过30目筛,取筛下物,即得。本发明的另一目的在于提供一种通过上述制备方法制备得到的大振实高纯氧化铌,所述大振实高纯氧化铌的振实密度>1.5g/cm3,D50=10~12μm。本发明还有一个目的,在于提供一种溅射靶材,包含通过发明所述制备方法制备得到的大振实高纯氧化铌。氟铌酸含量较低的料液通过本领域常规的仲辛醇-H2SO4萃取分离方法得到的高纯度氟铌酸料液,即是本发明所述高纯铌液,其中以(Ta+Nb)2O5计算,氧化物总量≥130~150g/L。影响高纯氧化铌振实密度有微观和宏观两个方面,即微观的氧化铌晶体团聚形成的真颗粒和宏观肉眼可见的假颗粒,假颗粒由真颗粒团聚而成。本发明所示制备方法,通过调整和优化工艺条件,一方面,制备得到的氧化铌的D50=10~12μm,真颗粒粒度分布更符合正态分布,从而使更多的真颗粒能团聚在一起;另一方面,通过在中和沉淀前充分搅拌,使真颗粒团聚的更紧密,减少颗粒之间的空隙。另外,过筛时,将筛网从60目改为30目,增加真颗粒的团聚效果,从而增大假颗粒的粒度,提高振实密度。本发明制备的大振实高纯氧化铌,有效减少了靶材煅烧成型过程中收缩率和孔隙度,有利于靶材成型,提高靶材的溅射性能,获得了用户的好评。具体实施方式下面通过具体实施例,对本发明做详细说明。本领域技术人员能够理解,这些实施例仅用于说明本发明,其不以任何方式限制本发明的范围。下述实施例中的实验方法,如无特殊说明,均为常规方法。下述实施例中所用的各种纤维材料,如无特殊说明,均为市售购买产品。实施例1大振实密度高纯氧化铌的制备1、将1200L高铌液转移至中和槽,充分搅拌10分钟后,缓慢打开氨气阀通入氨气,通过调节氨气压力,用时3小时,中和至pH=9,得到高纯氢氧化铌料浆。其中,以(Ta+Nb)2O5计算,高铌液氧化物浓度为140g/L,酸度为5.2N。2、将中和好的高纯氢氧化铌料浆压入调洗量为170Kg的压滤机,压干后将滤饼转移入调浆桶,再打入60~70℃的氨饱和纯水进行调洗,将滤饼调成能搅拌的浆状,搅拌30分钟后,将料浆压入压滤机压干,重复上述步骤3次,经检测压滤机排出的水F≤0.15g/L,将滤饼在压滤机压榨6小时,得到高纯氢氧化铌滤饼;3、调洗除氟后得到的高纯氢氧化铌滤饼盛于烘干料盘,从上至下装入烘箱,烘箱温度控制在130~150℃,将其烘干至用手轻捻成粉,得到高纯氢氧化铌粉;4、烘干的高纯氢氧化铌粉送至推舟炉进行煅烧,推舟炉温度为:低温区:400~500℃,高温区900~1000℃;得到高纯氧化铌粉;5、高纯氧化铌冷却后过30目筛,取筛下物,取样分析合格后,包装入库,即得。经检测,本实施例制备得到的高纯氧化铌,氧化铌含量99.99%,达到了行业标准YS/T548-2007-FNb2O5-04牌号产品的要求,振实密度1.51g/cm3,松紧比重0.74g/cm3,D50=11.6μm。实施例2大振实密度高纯氧化铌的制备1、将1160L高铌液转移至中和槽,充分搅拌20分钟后,缓慢打开氨气阀通入氨气,通过调节氨气压力,用时3.5小时,中和至pH=10,得到高纯氢氧化铌料浆。其中,以(Ta+Nb)2O5计算,高铌液氧化物浓度为146g/L,酸度为5.3N。2、将中和好的高纯氢氧化铌料浆压入调洗量为170Kg的压滤机,压干后将滤饼转移入调浆桶,再打入60~70℃的氨饱和纯水进行调洗,将滤饼调成能搅拌的浆状,搅拌50分钟后,将料浆压入压滤机压干,重复上述步骤3次,经检测压滤机排出的水F≤0.15g/L,将滤饼在压滤机压榨6小时,得到高纯氢氧化铌滤饼;3、调洗除氟后得到的高纯氢氧化铌滤饼盛于烘干料盘,从上至下装入烘箱,烘箱温度控制在150~180℃,将其烘干至用手轻捻成粉,得到高纯氢氧化铌粉;4、烘干的高纯氢氧化铌粉送至推舟炉进行煅烧,推舟炉温度为:低温区:400~500℃,高温区900~1000℃;得到高纯氧化铌粉;5、高纯氧化铌冷却后过30目筛,取筛下物,取样分析合格后,包装入库,即得。经检测,本实施例制备得到的高纯氧化铌,氧化铌含量99.99%,达到了行业标准YS/T548-2007-FNb2O5-04牌号产品的要求,振实密度1.55g/cm3,松紧比重1.15g/cm3,D50=10.7μm。实施例3大振实密度高纯氧化铌的制备1、将1000L高铌液转移至中和槽,充分搅拌5分钟后,缓慢打开氨气阀通入氨气,通过调节氨气压力,用时2小时,中和至pH=9,得到高纯氢氧化铌料浆。其中,以(Ta+Nb)2O5计算,高铌液氧化物浓度为130g/L,酸度为5.0N。2、将中和好的高纯氢氧化铌料浆压入调洗量为170Kg的压滤机,压干后将滤饼转移入调浆桶,再打入60~70℃的氨饱和纯水进行调洗,将滤饼调成能搅拌的浆状,搅拌20分钟后,将料浆压入压滤机压干,重复上述步骤3次,经检测压滤机排出的水F≤0.15g/L,将滤饼在压滤机压榨4小时,得到高纯氢氧化铌滤饼;3、调洗除氟后得到的高纯氢氧化铌滤饼盛于烘干料盘,从上至下装入烘箱,烘箱温度控制在130~145℃,将其烘干至用手轻捻成粉,得到高纯氢氧化铌粉;4、烘干的高纯氢氧化铌粉送至推舟炉进行煅烧,推舟炉温度为:低温区:400~500℃,高温区900~1000℃;得到高纯氧化铌粉;5、高纯氧化铌冷却后过30目筛,取筛下物,取样分析合格后,包装入库,即得。经检测,本实施例制备得到的高纯氧化铌,氧化铌含量99.99%,达到了行业标准YS/T548-2007-FNb2O5-04牌号产品的要求,振实密度1.50g/cm3,松紧比重0.81g/cm3,D50=10.9μm。实施例4大振实密度高纯氧化铌的制备1、将1250L高铌液转移至中和槽,充分搅拌15分钟后,缓慢打开氨气阀通入氨气,通过调节氨气压力,用时4小时,中和至pH=9.5,得到高纯氢氧化铌料浆。其中,以(Ta+Nb)2O5计算,高铌液氧化物浓度为150g/L,酸度为5.3N。2、将中和好的高纯氢氧化铌料浆压入调洗量为170Kg的压滤机,压干后将滤饼转移入调浆桶,再打入70~80℃的氨饱和纯水进行调洗,将滤饼调成能搅拌的浆状,搅拌40分钟后,将料浆压入压滤机压干,重复上述步骤3次,经检测压滤机排出的水F≤0.15g/L,将滤饼在压滤机压榨10小时,得到高纯氢氧化铌滤饼;3、调洗除氟后得到的高纯氢氧化铌滤饼盛于烘干料盘,从上至下装入烘箱,烘箱温度控制在160~180℃,将其烘干至用手轻捻成粉,得到高纯氢氧化铌粉;4、烘干的高纯氢氧化铌粉送至推舟炉进行煅烧,推舟炉温度为:低温区:400~500℃,高温区900~1000℃;得到高纯氧化铌粉;5、高纯氧化铌冷却后过30目筛,取筛下物,取样分析合格后,包装入库,即得。经检测,本实施例制备得到的高纯氧化铌,氧化铌含量99.99%,达到了行业标准YS/T548-2007-FNb2O5-04牌号产品的要求,振实密度1.56g/cm3,松紧比重1.03g/cm3,D50=10.4μm。实施例5一种溅射靶材实施例1制备得到的大振实密度高纯氧化铌,通过本领域常规的方法,制备得到所述溅射靶材。实施例6一种溅射靶材实施例2制备得到的大振实密度高纯氧化铌,通过本领域常规的方法,制备得到所述溅射靶材。对比例1一种高纯氧化铌的制备采用实施例1相同的高铌液为原料,通过如下步骤制备得到目标产品:1、将1200L所述高铌液转移至中和槽,缓慢打开氨气阀通入氨气,通过调节氨气压力,用时1小时,中和至pH=9.5,得到高纯氢氧化铌料浆。2、将中和好的高纯氢氧化铌料浆压入调洗量为170Kg的压滤机,压干后将滤饼转移入调浆桶,再打入60~70℃的氨饱和纯水进行调洗,将滤饼调成能搅拌的浆状,搅拌30分钟后,将料浆压入压滤机压干,重复上述步骤3次,经检测压滤机排出的水F≤0.15g/L,将滤饼在压滤机压榨1时,得到高纯氢氧化铌滤饼;3、调洗除氟后得到的高纯氢氧化铌滤饼盛于烘干料盘,从上至下装入烘箱,烘箱温度控制在130~150℃,将其烘干至用手轻捻成粉,得到高纯氢氧化铌粉;4、烘干的高纯氢氧化铌粉送至推舟炉进行煅烧,推舟炉温度为:低温区:400~500℃,高温区900~1000℃;得到高纯氧化铌粉;5、高纯氧化铌冷却后过60目筛,取筛下物,取样分析合格后,包装入库,即得。经检测,本对比例制备得到的高纯氧化铌,氧化铌含量99.99%,达到了行业标准YS/T548-2007-FNb2O5-04牌号产品的要求,振实密度1.21g/cm3;松比0.54g/cm3;D50=16.8μm。对比例2一种高纯氧化铌的制备采用实施例2相同的高铌液为原料,通过如下步骤制备得到目标产品:1、将1160L所述高铌液转移至中和槽,充分搅拌10分钟后,缓慢打开氨气阀通入氨气,通过调节氨气压力,用时1小时,中和至pH=10,得到高纯氢氧化铌料浆。2、将中和好的高纯氢氧化铌料浆压入调洗量为170Kg的压滤机,压干后将滤饼转移入调浆桶,再打入加热的氨饱和纯水进行调洗,将滤饼调成能搅拌的浆状,搅拌50分钟后,将料浆压入压滤机压干,重复上述步骤3次,经检测压滤机排出的水F≤0.15g/L,将滤饼在压滤机压榨1小时,得到高纯氢氧化铌滤饼;3、调洗除氟后得到的高纯氢氧化铌滤饼盛于烘干料盘,从上至下装入烘箱,烘箱温度控制在150~180℃,将其烘干至用手轻捻成粉,得到高纯氢氧化铌粉;4、烘干的高纯氢氧化铌粉送至推舟炉进行煅烧,推舟炉温度为:低温区:400~500℃,高温区900~1000℃;得到高纯氧化铌粉;5、高纯氧化铌冷却后过60目筛,取筛下物,取样分析合格后,包装入库,即得。经检测,本对比例制备得到的高纯氧化铌,氧化铌含量99.99%,达到了行业标准YS/T548-2007-FNb2O5-04牌号产品的要求,振实密度1.23g/cm3;松比0.65g/cm3;D50=17.3μm。按照本发明所述制备方法制备得到的高纯氧化铌,振实密度都在1.5g/cm3以上,远大于现有技术的制备方法制备得到的氧化铌的振实密度。经过客户使用反馈,实施例1和2制备的氧化铌,相较对比例1和2制备的氧化铌,在煅烧成形过程中,收缩率和孔隙率更小,靶材的溅射性能更佳。以上对本发明具体实施方式的描述并不限制本发明,本领域技术人员可以根据本发明做出各种改变或变形,只要不脱离本发明的精神,均应属于本发明所附权利要求的范围。
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