[发明专利]一种电弧等离子体法提纯稀土金属钆和制备氧化钆纳米材料一体化的方法

说明书

本发明公开了一种电弧等离子体法提纯稀土金属钆和制备氧化钆纳米材料一体化的方法。所述方法包括：用稀土金属钆块作为第一阳极，钨棒作为第一阴极，且第一阴极和第一阳极放置于电弧炉中，对电弧炉进行第一次抽真空后，充入第一等离子体气体并启动电弧，使得稀土金属钆块中的杂质以挥发的形式被除去以获得纯度较高的稀土金属钆锭；用位于电弧炉中的稀土金属钆锭作为第二阳极，位于电弧炉中的钨棒作为第二阴极，对电弧炉进行第二次抽真空后，充入第二等离子体气体并启动电弧，收集电弧炉的反应腔内壁产物获得氧化钆纳米材料。上述方法操作简单、环境优良、提纯效果好、效率高、产物纯度高，实现电弧等离子体法提纯金属和制备金属基纳米材料一体化。

技术领域

本发明涉及稀土金属纳米材料制备领域，尤其涉及一种电弧等离子体法提纯稀土金属钆和制备氧化钆纳米材料一体化的方法。

背景技术

稀土是宝贵的战略资源，被广泛应用于尖端科技领域和军工领域。稀土元素最初被发现于瑞典的矿物中，含有稀土元素的材料则被称为稀土材料。稀土元素一共包括 17种，分别为镧系元素-镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)，以及另外两个与镧系元素性质非常相似的元素-钪(Sc)和钇(Y)。稀土元素具有特异的4f层电子构型， 4f层电子由于被完全填满的外层5s和5p电子所屏蔽，导致4f层电子有不同的运动方式，使稀土元素具有不同于元素周期表中其它元素的光学、电学和磁学等物理化学特性。其中钆(Gd)作为研究开发的所有稀土系新材料中涉及领域最多的一种稀土元素，在新型功能材料领域起着重要作用。它是最早被发现在室温附近具有大的磁热效应的纯金属，是现在研究最为广泛的室温磁制冷材料。钆系荧光粉被广泛应用于显像、光源、X射线增感屏及医学放射学图像技术等领域。钆系核反应结构材料、核反应堆控制材料、核反应堆屏蔽材料的研究目前成为极大热点。氧化钆(Gd₂O₃)纳米颗粒(GNP) 被广泛用于诊断和治疗、磁共振成像等领域，它可用于合成许多功能性纳米材料。随着新材料的不断涌现，稀土钆在不同领域的应用将越来越广泛，高纯化需求也日趋提高。

高纯金属的制备方法主要包括真空蒸馏法、真空熔炼法、电子束熔炼、电迁移法、区域熔炼法和电解精炼法等，每种方法各有长短，在具体应用中需选择合适的提纯技术。例如真空蒸馏法局限比较大，只用于提纯熔点附近蒸气压较高的金属，真空熔炼和电子束熔炼法提纯效果较好，但是熔炼过程中样品挥发较大，回收率低，电迁移法和电解精炼法工艺流程长，提纯过程中金属被污染的风险大。针对传统方法提纯存在的主要问题1：作业时间长，效率低；2：气体杂质O、N难以去除；3：对原材料要求高，产品纯度不够；4：操作环境差，易造成二次污染。

发明人经研究认为，选用电弧等离子体法对稀土金属钆进行精炼提纯，电弧等离子体法是一个很有应用前景的技术，该技术主要是利用电极和原料之间产生集中和可控稳定化的等离子弧作为热源来熔化和精炼金属，它具有除杂程度高、效率高且对环境友好等优点，可用于金属精炼、重熔精炼和工业硅提纯等冶金精炼领域。发明人还发现，电弧等离子体法不仅对金属精炼提纯具有很多优势，而且还可以利用电弧等离子体法制备纳米材料，其制备纳米材料的主要优势有：产物纯度高、粒度分布均匀、产物颗粒分散性较好、制备过程可控、环境友好等。因此，发明人认为，有必要基于电弧等离子体法提纯金属和制备纳米材料的优势，将两者结合起来，利用电弧等离子体法提纯稀土金属钆，并将产物制备为氧化钆纳米材料，实现电弧等离子体法提纯稀土金属钆和制备氧化钆纳米材料一体化。

发明内容

本发明实施例提供一种电弧等离子体法提纯稀土金属钆和制备氧化钆纳米材料一体化的方法，可以有效除去稀土金属钆里的大部分杂质，并将纯化后的稀土金属钆用电弧等离子体法制备为纯度较高、小粒径、分散性较好的氧化钆纳米材料，实现了冶金材料一体化。

本发明实施例提供的电弧等离子体法提纯稀土金属钆和制备氧化钆纳米材料一体化的方法

具体包括以下步骤：