本发明属于稀土化合物超细粉末制备技术领域，尤其涉及一种d50:2-3μm的氧化铽的制备方法。
背景技术
氧化铽作为一种功能材料，用于制作金属铽，磁光玻璃、荧光粉、磁光贮存材料，化工添加剂等，还可用做于来制备功能性陶瓷类。但因氧化铽的稀缺和贵重，局限了其应用领域，随着一些产业的发展，氧化铽的许多优异特性显现了出来。如锂电池行业，正极材料则决定着锂电池的性能，目前一种新型磷酸铁锂材料越来越受关注，而氧化铽的添加改进了一些磷酸铁锂材料的一些缺陷。本发明所制备的特定粒度范围的氧化铽添加有着一定的效果，可以有效提高电池的比容量，循环稳定性，放电倍率等，此粒度的氧化铽在锂电池正极材料掺杂改进中体现了更好的化学性能和电子性能。
技术实现要素：
本发明目的为，克服现有的氧化铽制备技术中存在的氧化铽颗粒尺寸分布不均匀，且颗粒难控制的技术缺陷，提供一种d50:2-3μm的氧化铽的制备方法。
为了解决上述技术技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种d50:2-3μm的氧化铽的制备方法，包括如下步骤：
(1)向均匀分散有聚乙二醇的草酸溶液中边搅拌边滴加氯化铽水溶液，滴加结束后继续搅拌10-30min，然后静置陈化4-5小时制得物料混合液。其中陈化温度为0-5℃，物料混合液中草酸溶液的浓度为0.2-0.4mol/l，氯化铽水溶液的浓度为0.2-0.4mol/l。
(2)抽滤步骤(1)制得的物料混合液，然后水洗至中性、滤干，制得沉淀物；其中水洗温度≥95℃。
(3)灼烧步骤(2)制得的沉淀物至沉淀物分解，制得氧化铽。
进一步优选的，草酸与氯化铽的摩尔量之比为1.5-3:1。通过本优化方案可以将ph值控制在6.2-6.8范围内，在该ph范围内便于将氧化铽粒径及粒径分布控制在d50:2-3μm范围内。
反应过程中，草酸与氯化铽反应生成草酸铽颗粒，直接生成且未经团聚的草酸铽颗粒我们称之为一次颗粒，由一次颗粒团聚而成的颗粒称之为二次颗粒，聚乙二醇可以防止一次颗粒团聚生成较大的二次颗粒，为了更有效的阻止团聚的发生，作为进一步优化方案，步骤(1)中所述的聚乙二醇的质量用量为氯化铽的质量用量的3.5％-5.7％，其中聚乙二醇为聚乙二醇20000、聚乙二醇2000、聚乙二醇1000、聚乙二醇3000、聚乙二醇500中的任意一种或几种，优选聚乙二醇20000。
氯化铽的滴加速度会直接影响到体系中的铽离子浓度和反应速度，进而影响一次颗粒尺寸，滴加速度过快会导致一次颗粒团聚生成较大的二次颗粒，为了更好的控制颗粒尺寸，作为进一步优化方案，步骤(1)中所述的氯化铽水溶液的滴加速度为4-6l/h。
在保证反应充分的前提下，为了使生成的氧化铽颗粒粒径更加均匀化，作为进一步优化方案，步骤(1)中所述的氯化铽水溶液滴加结束后继续搅拌的时间为15min。
高温裂解获得氧化铽的同时，为了进一步优化氧化铽颗粒尺寸和比表面积，避免颗粒间团聚，作为进一步的优化方案，步骤(3)中所述的灼烧温度为850℃～900℃，灼烧时间为3-5小时，更进一步优选的灼烧温度为900℃，灼烧时间为3小时。
通过上述技术方案，本发明取得的有益的技术效果有：1)低浓度沉淀，低温陈化，热水水洗，三者协同作用缺一不可。低温陈化可以克制颗粒在陈化过程中不长大。热水水洗，一方面可以有效去除杂质，另一方便可以进一步保证颗粒粒径的有效控制。2)成功制备出d50:2-3μm的氧化铽，且产率在96.5％以上。3)制备工艺简单、能耗低。4)避免使用带氨类沉淀剂及表面活性剂，满足环保要求。5)本发明制备的氧化铽可以有效提高电池的比容量，循环稳定性，放电倍率等，此粒度的氧化铽在锂电池正极材料掺杂改进中提现了更好的化学性能和电子性能。
具体实施方式
本发明下面结合实施例作进一步详述，：
实施例1：
本具体实施方式采用以下技术方案制备氧化铽粉体：先称取带两个结晶水的精制草酸(也称草酸二水合物，分子式为c2h2o4.2(h20)，分子量为126.06，下同)12.8kg，放入反应罐中配制浓度为0.2mol/l的草酸溶液，反应罐选用陶瓷反应夹层罐；加入0.4kg的聚乙二醇20000，搅拌0.5小时后，滴加浓度为0.2mol/l的氯化铽水溶液214l，按5l/min的速度滴加，滴加结束后搅拌15min后静置，在陶瓷反应夹层罐的夹层中加入冰水循环陈化5小时后，制得物料混合液，陈化过程中反应釜中物料温度通过冰水循环控制为0-5℃。再将物料混合液放料至抽滤桶内，抽干物料混合液中的液体，再加入纯水进行水洗，所用纯水温度大于95℃，水洗过程中添加的纯水和最后制备得到的氧化物质量比为300:1，水洗至中性后滤干，得到沉淀物，将沉淀物转至辊道窑并于900℃灼烧3小时制得氧化铽，产率为98％，经马尔文2000粒度仪检测制得的氧化铽的粒度为d50:2.225μm。且所含氯离子，铁离子，钙离子等非稀土杂质符合标准范围，即所含氯离子小于50ppm，铁离子小于5ppm，钙离子小于10ppm。
实施例2
本具体实施方式采用以下技术方案制备氧化铽粉体：先称取带两个结晶水的精制草酸24kg，放入反应罐中配制浓度为0.4mol/l的草酸溶液，反应罐选用陶瓷反应夹层罐；加入1.05kg的聚乙二醇20000，搅拌0.5小时后，滴加浓度为0.4mol/l的氯化铽溶液200l，按5l/min的速度滴加，滴加结束后搅拌15min后静置，在陶瓷反应夹层罐的夹层中加入冰水循环陈化4小时后，制得物料混合液，陈化过程中反应釜中物料温度通过冰水循环控制为0-5℃。再将物料混合液放料至抽滤桶内，抽干物料混合液中的液体，再加入纯水进行水洗，所用纯水温度大于95℃，水洗过程中添加的纯水和最后制备得到的氧化物质量比为300:1，水洗至中性后滤干，得到沉淀物，将沉淀物转至辊道窑并在850℃下灼烧4.5小时，制得氧化铽，产率为97.67％，经马尔文2000粒度仪检测制得的氧化铽的粒度为d50:2.836μm。且所含氯离子，铁离子，钙离子等非稀土杂质符合标准范围，即所含氯离子小于50ppm，铁离子小于5ppm，钙离子小于10ppm。
实施例3
本具体实施方式采用以下技术方案制备氧化铽粉体：先称取带两个结晶水的精制草酸48kg，放入反应罐中配制浓度为0.3mol/l的草酸溶液，反应罐选用内部设有盘管的陶瓷反应釜；加入1.6kg的聚乙二醇1000，搅拌0.5小时后，滴加浓度为0.3mol/l的氯化铽水溶液357l，按4l/min的速度滴加，滴加结束后搅拌25min后静置，在陶瓷反应釜的盘管中加入冰水循环陈化5小时后，制得物料混合液，陈化过程中反应釜中物料温度通过冰水循环控制为0-5℃。再将物料混合液放料至抽滤桶内，抽干物料混合液中的液体，再加入纯水进行水洗，所用纯水温度大于95℃，水洗过程中添加的纯水和最后制备得到的氧化物质量比为300:1，水洗至中性后滤干，得到沉淀物，将沉淀物转至辊道窑并在900℃灼烧3.5小时，制得氧化铽，产率为99.12％，经马尔文2000粒度仪检测制得的氧化铽的粒度为d50:2.651μm。且所含氯离子，铁离子，钙离子等非稀土杂质符合标准范围，即所含氯离子小于50ppm，铁离子小于5ppm，钙离子小于10ppm。
实施例4
本具体实施方式采用以下技术方案制备氧化铽粉体：先称取带两个结晶水的精制草酸16kg，放入反应罐中配制浓度为0.2mol/l的草酸溶液，反应罐选用陶瓷反应夹层罐；加入1.05kg的聚乙二醇3000和聚乙二醇500的混合物(其中聚乙二醇3000和聚乙二醇500的质量比为1:1)，搅拌0.5小时后，滴加浓度为0.4mol/l的氯化铽溶液200l，按6l/min的速度滴加，滴加结束后搅拌10min后静置，在陶瓷反应夹层罐的夹层中加入冰水循环陈化4小时后，制得物料混合液，陈化过程中反应釜中物料温度通过冰水循环控制为0-5℃。再将物料混合液放料至抽滤桶内，抽干物料混合液中的液体，再加入纯水进行水洗，所用纯水温度大于95℃，水洗过程中添加的纯水和最后制备得到的氧化物质量比为300:1，水洗至中性后滤干，得到沉淀物，将沉淀物转至辊道窑并于890℃灼烧4小时，制得氧化铽，产率为97.35％，经马尔文2000粒度仪检测制得的氧化铽的粒度为d50:2.278μm。且所含氯离子，铁离子，钙离子等非稀土杂质符合标准范围，即所含氯离子小于50ppm，铁离子小于5ppm，钙离子小于10ppm。
对比实施例1
本具体实施方式采用以下技术方案制备氧化铽粉体：先称取带两个结晶水的精制草酸24kg,放入反应罐中配制浓度为0.4mol/l的草酸溶液，反应罐选用陶瓷反应夹层罐；加入1.05kg的聚乙二醇20000，搅拌0.5小时后，滴加浓度为0.4mol/l的氯化铽溶液200l，按5l/min的速度滴加，滴加结束后搅拌15min后静置，常温陈化4小时后，制得物料混合液，再将物料混合液放料至抽滤桶内，抽干物料混合液中的液体，再加入纯水进行水洗，纯水温度大于95℃，水洗过程中添加的纯水和最后制备得到的氧化铽质量比为300:1，水洗至中性后滤干，得到沉淀物，将沉淀物转至辊道窑并于900℃灼烧3小时，制得氧化铽，产率为92％，经马尔文2000粒度仪检测制得的氧化铽的粒度为d50:5.397μm。且所含氯离子，铁离子，钙离子等非稀土杂质符合标准范围，即所含氯离子小于50ppm，铁离子小于5ppm，钙离子小于10ppm。
对比实施例2
本具体实施方式采用以下技术方案制备氧化铽粉体：先称取带两个结晶水的精制草酸24kg,放入反应罐中配制浓度为0.4mol/l的草酸溶液，反应罐选用陶瓷反应夹层罐；加入1.05kg的聚乙二醇20000，搅拌0.5小时后，滴加浓度为0.4mol/l的氯化铽溶液200l，按5l/min的速度滴加，滴加结束后搅拌15min后静置，在陶瓷反应夹层罐的夹层中加入冰水循环陈化4小时后，制得物料混合液，陈化过程中反应釜中物料温度通过冰水循环控制为0-5℃。再将物料混合液放料至抽滤桶内，抽干物料混合液中的液体，加入纯水进行水洗，常温纯水水洗，水洗过程中添加的纯水和最后制备得到的氧化物质量比为300:1，水洗至中性后滤干，得到沉淀物，将沉淀物转至辊道窑并于900℃灼烧3小时，制得氧化铽，产率为94.35％，经马尔文2000粒度仪检测制得的氧化铽的粒度为d50:3.637μm。且所含氯离子，铁离子，钙离子等非稀土杂质均超过标准范围，即所含氯离子大于50ppm，铁离子大于5ppm，钙离子大于10ppm。