一种粒状氧化铌的制备方法及其制备的粒状氧化铌

摘要

本发明公开了一种粒状氧化铌的制备方法，以铌液为原料，包括铌液中和沉淀得到氢氧化铌，氢氧化铌调洗除氟、烘干、煅烧；其中烘干的氢氧化铌先过筛，造粒成型，然后煅烧。造粒成型步骤中，黏合剂为体积百分比浓度10%~20%的丙三醇水溶液；所述黏合剂的用量为氢氧化铌重量的0.8%~1.0%；每30~50Kg氢氧化铌造粒用时1~2小时。本发明还提供一种通过上述制备方法制备得到的粒状氧化铌，其流动性≤50秒/50克，粒度分布均匀。

说明书

技术领域

本发明属于金属冶炼和金属新材料领域，具体涉及一种粒状氧化铌的制备方法及其制备的粒状氧化铌。

背景技术

氧化铌(Nb₂O₅)是生产铌靶材的基本材料。氧化铌靶材作为溅射镀膜用材料，被用于光学干涉滤波器电化色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。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, 萃取, 中和, 煅烧，按如下工艺进行：1）原料溶解，用无机酸、氢氟酸，溶解铌铁并控制其酸度，得铌调液；2）萃取：用辛醇作萃取剂为有机相，得有机相；3）反萃取：用纯水作反铌剂对有机相进行反萃取，得铌液；4）沉淀制氢氧化铌及煅烧制氧化铌产品：反萃取所得铌液进行沉淀、洗涤和烘干，得氢氧化铌；将氢氧化铌煅烧，即得氧化铌产品。

随着高科技材料的发展，靶材对氧化铌的质量要求也越来越高，特别是对流动性、粒度分布、粒径等物性提出了更多指标要求。为了得到符合要求的氧化铌，现有技术中，一般采用氧化铌造粒。但是生成的粒状氧化铌流动性一般都在120秒/50克~160秒/50克，加料时容易堵塞加料管；而且氧化铌颗粒容易破碎。因此，有必要开发出一种颗粒完整性好、粒度分布均匀、流动性好的粒状氧化铌，以满足市场的需求。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种粒状氧化铌的制备方法。利用该方法制备得到的粒状氧化铌，流动性≤50秒/50克，而且产品颗粒完整、粒度分布均匀。

为了实现上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种粒状氧化铌的制备方法，以铌液为原料，包括铌液中和沉淀得到氢氧化铌，氢氧化铌调洗除氟、烘干、煅烧；其中烘干的氢氧化铌煅烧之前进行如下处理：

氢氧化铌先过筛，然后造粒成型。

优选的，氢氧化铌造粒成型步骤中，黏合剂为体积百分比浓度10%~20%的丙三醇水溶液。

更优选的，所述黏合剂的用量为氢氧化铌重量的0.8%~1.0%。

还优选的，所述黏合剂通过喷雾的形式加入。

优选的，所述氢氧化铌造粒成型步骤中，过筛的氢氧化铌放入造粒机中，加入所述黏合剂，每30~50Kg氢氧化铌造粒用时1~2小时。

优选的，烘干的氢氧化铌过60目筛。

本发明所述制备方法，还优选的，所述铌液中和沉淀之前还包括铌液调配步骤；具体操作为：根据调配前铌液的酸度和浓度，加入纯水，使调配后的铌液浓度，以Nb₂O₅计为60~100g/L，酸度为3.0~5.0N。

更优选的，所述铌液调配在中和沉淀槽中进行，所述沉淀槽的体积为1200L，每槽氧化物总量，以Nb₂O₅计为30~50Kg。

优选的，所述铌液中和沉淀步骤，以液氨为沉淀剂，中和沉淀至pH=9.0~10.0。

优选的，所述调洗除氟步骤，以60~70℃含氨纯水为调洗剂，调洗至氟含量≤0.15g/L；其中氨的重量百分比浓度为1.2%~1.7%。

更优选的，所述调洗除氟步骤，具体的操作为：中和沉淀步骤得到的料浆转入压滤机，压榨吹干，滤饼用60~70℃含氨纯水调洗除氟至氟含量≤0.15g/L；其中氨的重量百分比浓度为1.2%~1.7%。

优选的，所述烘干步骤，烘干温度为130~180℃。

优选的，所述煅烧步骤，300~450℃煅烧4小时，950~1150℃煅烧8小时。

本发明所述的制备方法，还包括煅烧后的氧化铌顺序过40目筛和120目筛筛分，分别取40~120目和120目以下的粒状氧化铌。

作为一个优选的实施方式，本发明提供一种粒状氧化铌的制备方法，具体操作为：

1）铌液调配

将铌液放入中和沉淀槽中，根据调配前铌液的酸度和浓度，加入纯水，使调配后铌液浓度，以Nb₂O₅计为60~100g/L，酸度为3.0~5.0N；

优选的，将铌液放入总体积为1200L的中和沉淀槽中，每槽氧化物总量，以Nb₂O₅计为30~50Kg，根据调配前铌液的酸度和浓度，加入纯水，使调配后铌液浓度，以Nb₂O₅计为60~100g/L，酸度为3.0~5.0N；

2）中和沉淀

充分搅拌调配好的铌液至少10分钟，缓慢打开氨阀加入液氨，中和沉淀至pH=9.0~10.0;

3）调洗除氟

将中和沉淀好的料浆压入压滤机，压榨吹干，滤饼用60~70℃含氨纯水调洗除氟至氟含量≤0.15g/L，其中氨的重量百分比浓度为1.2%~1.7%；压榨吹干出料；

4）烘干过筛

调洗除氟后的滤饼盛于烘干料盘中，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，过60目筛，取筛下物；

5）造粒

过筛后的氢氧化铌放入造粒机中，用体积百分比浓度10%~20%的丙三醇水溶液作黏合剂，所述黏合剂的用量为氢氧化铌重量的0.8%~1.0%，每30~50Kg氢氧化铌造粒用时1~2小时；

6）煅烧

造好粒的氢氧化铌送至推舟炉进行煅烧，300~450℃煅烧4小时，950~1150℃煅烧8小时；

7）过筛

粒状氧化铌冷却后顺序过40目和120目筛筛分，分别取40~120目和120目以下的粒状氧化铌。

本发明还有一个目的在于提供一种粒状氧化铌；所述粒状氧化铌通过上述制备方法制备得到，流动性≤50秒/50克。

优选的，所述粒状氧化铌的粒径为40~120目或120目以下。

从理论上讲，用氧化铌和纯水造粒，带入的杂质少，制备粒状氧化铌的效果应该更好。但实践证明，用氧化铌直接造粒，生成的粒状氧化铌强度差，很容易破碎，从而造成流动性差的问题，其流动性一般在200秒/50克，甚至出现流不动的现象。发明人发现，用氢氧化铌造粒，经高温煅烧后得到的氧化铌颗粒完整，不易破碎。推测可能是由于氢氧化铌在高温脱水生成氧化铌的过程中，粒子结合得更紧密。另一方面，黏合剂的选择也很关键。用纯水作黏合剂虽然没有带入其他杂质，但它的黏合效果不佳。即使以水作为黏合剂对氢氧化铌造粒，得到的粒状氧化铌的流动性一般大于150秒/50秒。发明人采用体积比为10%~20%的丙三醇（甘油）水溶液作黏合剂对氢氧化铌造粒，结果发现其在造粒过程中能起到很好的黏合作用，得到的粒状氧化铌的流动性≤50秒/50克，粒度分布均匀，以实施例1制备的120目以上的颗粒为例，D₁₀=21.42μm，D₅₀=39.59μm， D₉₀=58.55μm。而且在后面的煅烧阶段，丙三醇仅生成水和二氧化碳，不会带入其他杂质。因此，本发明采用体积比为10%~20%的丙三醇水溶液作黏合剂，对氢氧化铌造粒，生产出不同粒度范围、粒度分布均匀、流动性好的粒状氧化铌。该产品完全满足客户的要求。

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；其中

浓氢氟酸为化学纯，摩尔浓度=7.2±0.1moL/L，

浓硫酸为化学纯，摩尔浓度=3.6±0.05moL/L。

 

实施例1一种粒状氧化铌的制备方法

1、铌液调配

经分析已知铌液浓度，以Nb₂O₅计为100g/L，酸度为5.5N。中和沉淀槽体积为1200L，控制每槽氧化物总量为35Kg。通过计算，需加入铌液体积为35000g÷100g/L=350L。将所述铌液350L放入中和沉淀槽中，加纯水200L，至总体积为550L，酸度为3.5N，铌液浓度以Nb₂O₅计约为63.6g/L，准备中和。

2、中和沉淀

充分搅拌10分钟后，缓慢打开氨阀加入液氨，中和沉淀至PH=9.0。

3、调洗除氟

将中和沉淀好的料浆压入压滤机，压榨吹干，滤饼在60℃含氨纯水中充分悬浮，压榨吹干，反复悬浮→压榨的操作进行调洗，至F≤0.15g/L后停止，压榨吹干出料；其中氨的重量百分浓度为1.2%。

4、烘干过筛

将调洗除氟后得到的滤饼盛于烘干料盘中，从上至下装入烘箱，烘箱温度控制在135±5℃，将其烘干至用手轻捻成粉，过60目筛，取筛下物。

5、氢氧化铌造粒

过筛的氢氧化铌放入造粒机中，通过喷雾形式加入体积比为10%的丙三醇水溶液（黏合剂），黏合剂用量为氢氧化铌的1.0%，造粒1小时。

6、煅烧

造好粒的氢氧化铌送至推舟炉进行煅烧，300~350℃煅烧4小时，950~1000℃煅烧8小时。

7、过筛

粒状氧化铌冷却后分别过40目和120目筛，分别取40~120目和120目以下的颗粒。

8、取样分析合格后，包装入库。

经漏斗法方法分析，本实施例制备的粒状氧化铌，40~120目和120目以下的颗粒的流动性为47秒/50克。

经检测，本实施例制备的粒状氧化铌的粒径分布为：

1）40~120目的粒状氧化铌：D₁₀=20.70μm，D₅₀=54.20μm， D₉₀=100.09μm；

2）120目以下的粒状氧化铌：D₁₀=21.42μm，D₅₀=39.59μm， D₉₀=58.55μm。

实施例2一种粒状氧化铌的制备方法

1、铌液调配

经分析已知铌液浓度Nb₂O₅计为80g/L，酸度为4.5N。中和沉淀槽的体积为1200L。控制每槽氧化物总量为35Kg。则通过计算，需加入铌液体积为35000g÷80g/L=437.5L。将437.5L所述铌液放入中和沉淀槽，加纯水112.5L，至总体积为550L，铌液浓度Nb₂O₅计约为63.6g/L，酸度为3.6N，准备中和。

2、中和沉淀

充分搅拌10分钟后，缓慢打开氨阀加入液氨，中和沉淀至PH=10.0。

3、调洗除氟

将中和沉淀好的料浆压入压滤机，压榨吹干，滤饼在70℃含氨纯水中充分悬浮，压榨吹干，反复悬浮→压榨的操作进行调洗，至F≤0.15g/L后停止，压榨吹干出料；其中氨的重量百分浓度为1.7%。

4、烘干过筛

滤饼盛于烘干料盘中，从上至下装入烘箱，烘箱温度控制在180℃，将其烘干至用手轻捻成粉，过60目筛，取筛下物。

5、造粒

过筛的氢氧化铌放入造粒机中，通过喷雾形式加入体积比为20%的丙三醇水溶液（黏合剂），黏合剂用量为氢氧化铌的1.0%，造粒2小时。

6、煅烧

造好粒的氢氧化铌送至推舟炉进行煅烧，400~450℃煅烧4小时，1100~1150℃煅烧8小时。

7、过筛

粒状氧化铌冷却后分别过40目和120目筛，分别取40~120目和120目以下的颗粒。

8、取样分析合格后，包装入库。

经漏斗法分析，本实施例制备的40~120目和120目以下的粒状氧化铌，流动性为46秒/50克。

经检测，本市实施例制备的粒状氧化铌的粒径分布为：

1）40~120目的粒状氧化铌：D₁₀=13.77μm，D₅₀=38.02μm， D₉₀=72.64μm；

2）120目以下的粒状氧化铌：D₁₀=6.06μm，D₅₀=15.44μm， D₉₀=28.01μm。

 

实施例3一种粒状氧化铌的制备方法

1、铌液调配

经分析已知铌液浓度Nb₂O₅计为160g/L，酸度为5.8N。中和沉淀槽的体积为1200L。控制每槽氧化物总量为46Kg。则通过计算，需加入铌液体积为40000g÷160g/L=287.5L。将287.5L所述铌液放入中和沉淀槽，加纯水212.5L，至总体积为500L，铌液浓度Nb₂O₅计约为92g/L，酸度为3.9N，准备中和。

2、中和沉淀

充分搅拌10分钟后，缓慢打开氨阀加入液氨，中和沉淀至PH=9.5。

3、调洗除氟

将中和沉淀好的料浆压入压滤机，压榨吹干，滤饼在65℃含氨纯水中充分悬浮，压榨吹干，反复悬浮→压榨的操作进行调洗，至F≤0.15g/L后停止，压榨吹干出料；其中氨的重量百分浓度为1.5%。

4、烘干过筛

滤饼盛于烘干料盘中，从上至下装入烘箱，烘箱温度控制在160℃，将其烘干至用手轻捻成粉，过60目筛，取筛下物。

5、造粒

过筛的氢氧化铌放入造粒机中，通过喷雾形式加入体积比为15%的丙三醇水溶液（黏合剂），黏合剂用量为氢氧化铌的0.9%，造粒1.5小时。

6、煅烧

造好粒的氢氧化铌送至推舟炉进行煅烧，350~400℃煅烧4小时，1050~1100℃煅烧8小时。

7、过筛

粒状氧化铌冷却后分别过40目和120目筛，分别取40~120目和120目以下的颗粒。

8、取样分析合格后，包装入库。

经漏斗法分析，本实施例制备的40~120目和120目以下粒状氧化铌，流动性为46秒/50克。

经检测，本实施例制备的粒状氧化铌的粒径分布为：

1）40~120目的粒状氧化铌：D₁₀=23.72μm，D₅₀=84.31μm， D₉₀=189.16μm；

2）120目以下的粒状氧化铌：D₁₀=13.77μm，D₅₀=38.02μm， D₉₀=72.64μm。

 

对比例1一种粒状氧化铌的制备方法

1、铌液调配

经分析已知铌液浓度，以Nb₂O₅计为100g/L，酸度为5.5N。中和沉淀槽体积为1200L，控制每槽氧化物总量为35Kg。通过计算，需加入铌液体积为35000g÷100g/L=350L。将所述铌液350L放入中和沉淀槽中，加纯水200L，至总体积为550L，酸度为3.5N，铌液浓度以Nb₂O₅计约为63.6g/L，准备中和。

2、中和沉淀

充分搅拌10分钟后，缓慢打开氨阀加入液氨，中和沉淀至PH=9.0。

3、调洗除氟

将中和沉淀好的料浆压入压滤机，压榨吹干，滤饼在60℃含氨纯水中充分悬浮，压榨吹干，反复悬浮→压榨的操作进行调洗，至F≤0.15g/L后停止，压榨吹干出料；其中氨的重量百分浓度为1.2%。

4、烘干过筛

将调洗除氟后得到的滤饼盛于烘干料盘中，从上至下装入烘箱，烘箱温度控制在135±5℃，将其烘干至用手轻捻成粉，过60目筛，取筛下物。

5、煅烧

将烘干、过筛的氢氧化铌送至推舟炉进行煅烧，300~350℃煅烧4小时，950~1000℃煅烧8小时，得到氧化铌粉末。

6、氧化铌造粒

将氧化铌粉末放入造粒机中，纯水作黏合剂，造粒1小时，100℃烘干。

7、过筛

粒状氧化铌冷却后分别过40目和120目筛，分别取40~120目和120目以下的颗粒。

经漏斗法分析，本对比例制备的40~120目和120目以下的粒状氧化铌，流动性=217秒/50克。

经检测，本对比例制备的粒状氧化铌的粒径分布为：

1）40~120目的粒状氧化铌：D₁₀=0.35μm，D₅₀=0.82μm， D₉₀=1.45μm；

2）120目以下的粒状氧化铌的D₁₀=0.32μm，D₅₀=0.76μm， D₉₀=1.32μm。

 

对比例2一种粒状氧化铌的制备方法

1、铌液调配

经分析已知铌液浓度Nb₂O₅计为80g/L，酸度为4.5N。中和沉淀槽的体积为1200L。控制每槽氧化物总量为35Kg。则通过计算，需加入铌液体积为35000g÷80g/L=437.5L。将437.5L所述铌液放入中和沉淀槽，加纯水112.5L，至总体积为550L，铌液浓度Nb₂O₅计约为63.6g/L，酸度为3.6N，准备中和。

2、中和沉淀

充分搅拌10分钟后，缓慢打开氨阀加入液氨，中和沉淀至PH=10.0。

3、调洗除氟

将中和沉淀好的料浆压入压滤机，压榨吹干，滤饼在70℃含氨纯水中充分悬浮，压榨吹干，反复悬浮→压榨的操作进行调洗，至F≤0.15g/L后停止，压榨吹干出料；其中氨的重量百分浓度为1.7%。

4、烘干过筛

滤饼盛于烘干料盘中，从上至下装入烘箱，烘箱温度控制在180℃，将其烘干至用手轻捻成粉，过60目筛，取筛下物。

5、造粒

过筛的氢氧化铌放入造粒机中，用纯水溶液作黏合剂，造粒2小时。

6、煅烧

造好粒的氢氧化铌送至推舟炉进行煅烧，400~450℃煅烧4小时，1100~1150℃煅烧8小时。

7、过筛

粒状氧化铌冷却后分别过40目和120目筛，分别取40~120目和120目以下的颗粒。

经漏斗法分析，本对比例制备的40~120目和120目以下的颗粒，流动性=183秒/50克。

经检测，本对比例制备的粒状氧化铌的粒径分布为：

1）40~120目的粒状氧化铌：D₁₀=0.38μm，D₅₀=0.90μm， D₉₀=1.38μm；

2）120目以下的粒状氧化铌：D₁₀=0.38μm，D₅₀=0.79μm， D₉₀=1.27μm。

对比例1和2制备的粒状氧化铌，尽管可以通过筛分得到宏观颗粒度不同的产品，但是微观检测的粒径却远小于实施例1-3。究其原因，可能是对比例制备的粒状氧化铌的强度差，容易破碎，通过团聚形成粒径大的假颗粒。

本发明提供的粒状氧化铌的制备方法，显著改善了上述现有技术中粒状氧化铌性能上的缺陷，得到不同粒度范围的、流动性好的粒状氧化铌，从而完全满足客户的要求。