一种固体燃料电池用氧化钪的制备方法技术

本发明专利技术涉及了氧化钪的制备方法，具体涉及了一种固体燃料电池用氧化钪的制备方法，属于无机化学技术领域。本发明专利技术先将钪精矿粉碎后煅烧，经冷水快速淬火后碎裂，再于碱液中超声微波处理，使碱溶性杂质得以去除，再利用沼液混合发酵，提供弱酸性环境，配合球磨，去除部分金属氧化物杂质，经烘干后煅烧除去沼液中的有机质，再利用冷的稀盐酸浸泡，去除氧化铁等金属氧化物杂质，再利用热的稀盐酸使氧化钪得以溶解，形成高纯氯化钪溶液，以草酸为沉淀剂，形成草酸钪沉淀后，煅烧，从而得到固体燃料电池用高纯氧化钪。本发明专利技术利用碱浸配合微生物发酵及球磨处理，去除钪精矿中杂质，使产物得以纯化，在制备过程中，未使用有毒萃取剂，生产过程环保无毒。

Method for preparing scandium oxide for solid fuel cell

The invention relates to a method for preparing scandium oxide, in particular to a preparation method of scandium oxide for solid fuel cells, belonging to the inorganic chemical technology field. The present invention first scandium concentrate crushed by rapid quenching after calcination, cold water in the processing of microwave ultrasonic fragmentation, alkali, alkali soluble impurities can be removed, then the use of biogas fermentation, with weak acid environment, with ball milling, remove some metal oxide impurities, drying and calcination to remove the organic matter in the wastewater then, using dilute hydrochloric acid immersion cooling, removing iron oxide and other metal oxide impurities, and then use the diluted hydrochloric acid to dissolve the scandium oxide heat, formation of high pure scandium chloride solution, using oxalic acid as precipitant, the formation of scandium oxalate precipitation after calcination, resulting in high pure scandium oxide solid fuel cell. The invention uses alkali leaching, microorganism fermentation and ball milling to remove impurities in the scandium concentrate so as to purify the product. No toxic extractant is used in the preparation process, and the production process is nontoxic and environment-friendly.

【技术实现步骤摘要】
一种固体燃料电池用氧化钪的制备方法
本专利技术涉及了氧化钪的制备方法，具体涉及了一种固体燃料电池用氧化钪的制备方法，属于无机化学

技术介绍
氧化钪（Sc2O3）是钪制品中较为重要的产品之一。它的物理化学性质与稀土氧化物（如La2O3，Y2O3和Lu2O3等）相近，故在生产中采用的生产方法极为相似。氧化钪可生成金属钪，不同盐类（氯化钪、氟化钪、碘化钪和草酸钪等）及多种钪合金（Al-Sc，Al-Zr-Sc系列）等产物，这些钪制品具有实用的技术价值。目前生产氧化钪所用的原料，主要有以下三种：冶金中的含钪废液，废渣和烟尘以及从钒铁磁铁矿精选矿后获得的钪精矿。从含钪原料中制备氧化钪有下列几种方法：萃取法、离子交换法、萃淋树脂色层法、液膜萃取法。现在制备氧化钪的方法几乎都是萃取法和离子交换法。（1）萃取法从钪精矿中生产氧化钪。此法是用盐酸溶解钪精矿获得氯化钪溶液，再进行净化去钛铁等杂质，将净化液作为原料，用50%磷酸三丁酯与煤油制成萃取剂，调配后的料液和萃取剂放入萃取槽中萃取钪，经酸洗和蒸馏水反萃钪后，获得氯化钪纯液，再用草酸沉淀，烘干，灼烧即得纯氧化钪产品。该工艺过程简单，且萃取可连续化操作，产量大，但是所用萃取剂对作业工人皮肤有刺激性，且有一定的致癌风险，不慎吞食易引起中毒；（2）离子交换法从钨废渣中生产氧化钪。此法是用盐酸溶解后过滤，料液经过净化除杂获得氯化钪净液后进行调配作为离子交换料液，再经吸附柱和分离柱处理后获得氯化钪纯液，再用草酸进行沉淀，经过滤、烘干和灼烧即得纯氧化钪产品。该工艺产品纯度高，但是工艺流程较长，作业复杂，产量较小，原辅料消耗多，且工艺过程中原料损失较大，氧化钪收率低。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是：针对传统高纯氧化钪采用萃取法从钪精矿中制备，采用大量有毒萃取剂，影响作业工人的身心健康的问题，提供了一种固体燃料电池用氧化钪的制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：（1）取钪精矿，经粉碎、过筛、煅烧、淬火和过滤后，烘干，得煅烧钪精矿粉，并将煅烧钪精矿粉与氢氧化钠溶液混合，经微波超声处理，再经过滤洗涤得碱浸矿粉湿料；（2）将碱浸矿粉湿料与沼液混合，重复发酵球磨工序3～5次，得球磨发酵矿料，再经干燥和煅烧，得煅烧矿料，再将煅烧矿料与盐酸混合后于冰水浴中搅拌反应，经过滤后得纯化矿料，再将纯化矿料与盐酸加热反应后过滤，得氯化钪溶液；（3）将氯化钪溶液与草酸溶液混合反应后过滤、干燥和煅烧，即得固体燃料电池用氧化钪。本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术在制备过程中未使用对人体健康有害的有机萃取剂，在制备过程中，首先利用沼液与细化钪精矿混合发酵，利用沼液中微生物发酵提供的弱酸性环境，使矿料中杂质缓慢溶解，配合球磨操作，可使矿料细化，沼液逐步深层渗透进入矿料内部，使杂质溶出，整个发酵球磨工艺过程反应条件温和，工人操作环境良好，而沼液中残留在矿料孔隙中的有机质通过煅烧即可去除，不会对产品的纯度造成影响；（2）本专利技术充分利用氧化钪不溶于冷的稀酸，而溶于热的稀酸，形成对应的钪盐溶液这一特性，使矿料进一步纯化，再以草酸为沉淀剂，与钪离子结合形成草酸钪沉淀，经煅烧草酸钪分解，形成高纯度氧化钪，在具体使用时，按掺杂量为锆基固体电解质总质量的8～10%，将本专利技术所得固体燃料电池用氧化钪取代氧化钇，作为稳定剂添加至锆基固体电解质中，并于1000～1100℃条件下烧结成型，所得电解质相比于传统添加氧化钇作为稳定剂的电解质，在850～1000℃工作条件下，电导率从120～160mS/cm提升至190～380mS/cm，弥补了传统电解质在中温情况下电导率低的不足，可作为中温固体燃料电池首选电解质。具体实施方式称取500～600g钪精矿，置于粉碎机中，粉碎后过120～180目筛，得钪精矿粉，再将所得钪精矿粉转入马弗炉，以10～15℃/min速率程序升温至680～700℃，保温煅烧3～5h，再将马弗炉中物料趁热倒入盛有3～5L温度为4～6℃水的水槽中，将钪精矿煅烧后经冷水快速淬火而碎裂细化，便于后续发酵过程中与沼液充分接触，再将水槽中物料过滤，得细化钪精矿滤渣，再将细化钪精矿滤渣置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，得煅烧钪精矿粉；称取300～400g所得煅烧钪精矿粉，倒入盛有800～1000mL质量分数为15～20%氢氧化钠溶液的三口烧瓶中，再将三口烧瓶移入超声微波化学反应器，于超声频率为40～45kHz，微波功率为600～800W条件下，超声微波处理60～90min，在超声条件下，利用氢氧化钠溶液浸泡，使煅烧钪精矿粉中的碱溶性杂质得以去除，再将三口烧瓶中物料过滤，得碱浸矿粉湿料，并用去离子水洗涤碱浸矿粉湿料直至洗涤液呈中性；称取250～280g洗涤后的碱浸矿粉湿料，倒入盛有800～1200mL沼液的1号发酵罐中，于温度为35～37℃，转速为200～300r/min条件下，恒温密闭发酵6～8h，再将发酵罐中物料过滤，得1号发酵滤渣，并将所得1号发酵滤渣置于球磨机中，球磨45～60min后投入盛有800～1200mL沼液的2号发酵罐中，继续于温度为35～37℃，转速为200～300r/min条件下，恒温密闭发酵6～8h，再将2号发酵罐中物料过滤，得2号发酵滤渣，并将所得2号发酵滤渣置于球磨机中，球磨45～60min后，继续重复发酵球磨操作步骤2～4次，得球磨发酵矿料，利用沼液中微生物发酵提供的弱酸性环境，使矿料中杂质缓慢溶解，配合球磨操作，可使矿料细化，沼液逐步深层渗透进入矿料内部，使杂质溶出；将所得球磨发酵矿料转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，得干燥球磨发酵矿料，称取180～200g所得干燥球磨发酵矿料，置于马弗炉中，于温度为500～550℃条件下煅烧2～4h，通过煅烧使残留于矿料中的有机质得以去除，并随炉冷却至室温，出料，得煅烧矿料；称取120～150g所得煅烧矿料，倒入盛有600～800mL质量分数为2～4%盐酸的烧杯中，再将烧杯置于温度为4～6℃冰水浴中，利用冷的稀盐酸使矿料中氧化铁等金属氧化物杂质去除，用玻璃棒搅拌混合10～15min，过滤，得纯化矿料，并用去离子水洗涤纯化矿料3～5次，再将洗涤后的纯化矿料投入盛有700～900mL质量分数为5～8%盐酸的三口烧瓶中，并将三口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为65～70℃，转速为600～800r/min条件下，恒温搅拌反应2～4h，利用纯化矿料中氧化钪不溶于冷的酸液，而可溶解于热的酸液这一特性，使氧化钪溶解，生成相对应金属盐溶液，再将三口烧瓶中物料过滤，得氯化钪溶液；量取400～500mL氯化钪溶液，倒入烧杯中，再向烧杯中滴加质量分数为6～8%草酸溶液，直至不再产生更多沉淀为止，再将烧杯中物料过滤，得草酸钪滤渣，并将所得草酸钪滤渣置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的草酸钪滤渣置于马弗炉中，于温度为500～550℃条件下煅烧3～5h，随炉冷却至室温，出料，即得固体燃料电池用高纯氧化钪。实例1称取600g钪精矿，置于粉碎机中，粉碎后过180目筛，得钪精矿粉，再将所得钪精矿粉转入马弗炉，以15℃/min速率程序升温至700℃，保温煅烧5h，再将马弗炉中物料趁热倒入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体燃料电池用氧化钪的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）取钪精矿，经粉碎、过筛、煅烧、淬火和过滤后，烘干，得煅烧钪精矿粉，并将煅烧钪精矿粉与氢氧化钠溶液混合，经微波超声处理，再经过滤洗涤得碱浸矿粉湿料；（2）将碱浸矿粉湿料与沼液混合，重复发酵球磨工序3～5次，得球磨发酵矿料，再经干燥和煅烧，得煅烧矿料，再将煅烧矿料与盐酸混合后于冰水浴中搅拌反应，经过滤后得纯化矿料，再将纯化矿料与盐酸加热反应后过滤，得氯化钪溶液；（3）将氯化钪溶液与草酸溶液混合反应后过滤、干燥和煅烧，即得固体燃料电池用氧化钪。

【技术特征摘要】
1.一种固体燃料电池用氧化钪的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）取钪精矿，经粉碎、过筛、煅烧、淬火和过滤后，烘干，得煅烧钪精矿粉，并将煅烧钪精矿粉与氢氧化钠溶液混合，经微波超声处理，再经过滤洗涤得碱浸矿粉湿料；（2）将碱浸矿粉湿料与沼液混合，重复发酵球磨工序3～5次，得球磨发酵矿料，再经干燥和煅烧，得煅烧矿料，再将煅烧矿料与盐酸混合后于冰水浴中搅拌反应，经过滤后得纯化矿料，再将纯化矿料与盐酸加热反应后过滤，得氯化钪溶液；（3）将氯化钪溶液与草酸溶液混合反应后过滤、干燥和煅烧，即得固体燃料电池用氧化钪。2.根据权利要求1所述的一种固体燃料电池用氧化钪的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的过筛条件为：过120～180目筛。3.根据权利要求1所述的一种固体燃料电池用氧化钪的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的煅烧条件为：在马弗炉中，以10～15℃/min速率程序升温至680～700℃，保温煅烧3～5h。4.根据权利要求1所述的一种固体燃料电池用氧化钪的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的微波超声处理具体操作步骤为：称取300～400g所得煅烧钪精矿粉，倒入盛有800～1000mL质量分数为15～20%氢氧化钠溶液的三口烧瓶中，再将三口烧瓶移入超声微波化学反应器，于超声频率为40～45kHz，微波功率为600～800W条件下，超声微波处理60～90min。5.根据权利要求1所述的一种固体燃料电池用氧化钪的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的球磨发酵矿料具体制备步骤为：称取250～280g碱浸矿粉湿料，倒入盛有800～1200mL沼液的1...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫博文，许丽君，
申请(专利权)人：闫博文，
类型：发明
国别省市：江苏,32