一种五氧化二钽的溶解方法与流程

1.本发明属于分析化学技术领域，具体涉及一种五氧化二钽的溶解方法。


背景技术：

2.五氧化二钽，也称“钽酸酐”，为白色无色结晶粉末，是钽最常见的氧化物，也是钽在空气中燃烧生成的最终产物，熔点为1800℃，分子量为441.89，是一种常用的高折射率材料。五氧化二钽的化学特性稳定，耐一般的酸和碱，加热时不被氯化氢或溴化氢侵蚀，与碱金属的氢氧化物或碳酸盐高温下共熔能得到相应的不溶性钽酸盐，可溶于熔融的硫酸氢钾和过氧化钠，在氢氟酸中也不能完全的溶解，不溶于水或其它酸。
3.钽的氧化物有多种晶型，当五氧化二钽在1000到1200度时，是白色，继续提高温度变成灰色。已知非晶态的五氧化二钽在540℃开始结晶生成低温晶体(t形)，在830℃时，转化为温晶型(m型)，温度较低的五氧化二钽可以溶解于氟酸溶解，使钽形成氟络合物，超过830℃时，生成高温晶型(h型)是最稳定的是五氧化二钽。
4.高纯度的五氧化二钽用于制造(地)面声波滤波器、热电红外传感器和光电装置等装置。用于x射线增辉屏的钽酸盐x射线磷光体时也需要高纯度的五氧化二钽。五氧化二钽的含量和杂质成分的含量会影响到钽酸盐x射线磷光体的制备。因此，需要对所用五氧化二钽材料进行含量检测及杂质成分分析。在进行检测时，需要将五氧化二钽完全溶解后进行上机测试。由于五氧化二钽的化学特性稳定，经过高温灼烧，在氢氟酸中也不能完全的溶解，可溶于熔融的硫酸氢钾和过氧化钠，所以目前应用溶解五氧化二钽的方法一般是碱熔法。
5.碱熔法是在五氧化二钽中加入适量的过氧化钠，用酒精喷灯进行熔融，取下熔块后进行溶解，再对溶液进行二次酸化或其它处理，才能进行元素测定。碱熔法溶解过程步骤复杂，耗时长，无法直接用于仪器检测。
6.丁美婷等在实验中分别对五氧化二钽采用了混酸消解和碱熔消解，并将结果进行了对比(吉林地质,2016,35(1):3)。该实验中，混酸消解采用了氢氟酸、硝酸与高氯酸的组合，将五氧化二钽溶解后采用等离子质谱法进行测定，分析结果偏低，重复性差。碱熔法是先将五氧化二钽与过氧化钠混合，在750℃的高温下加热，再分别用氯化钠、盐酸、氢氧化钠洗涤溶出，最后再用酒石酸与盐酸的混合溶液煮沸，结果表明碱熔法的检出限低、准确性好。但采用碱熔法所需温度高，步骤繁琐，操作难度高。
7.cn1159424a公开了一种溶解和提纯五氧化二钽的方法，该方法是将五氧化二钽与含钾化合物反应形成钽酸钾，把钽酸钾溶于氢氟酸介质中形成含钽溶液。采用该方法可以将稳定的五氧化二钽溶解，但溶解中，与含钾化合物反应需要较高温度和较长时间，且钽成分需要用离子交换法或溶剂萃取法分离，无法直接对溶液进行成分分析。
8.因此，针对现有技术不足，需要提供一种五氧化二钽的溶解方法。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于提供一种五氧化二钽的溶解方法，该方法步骤简单、溶样速度快，所得溶液可用于对五氧化二钽成分分析。
10.为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
11.本发明提供了一种五氧化二钽的溶解方法，所述溶解方法包括如下步骤：
12.(1)混合五氧化二钽样品与混合酸，得到混合物；
13.(2)将步骤(1)所得混合物进行微波消解。
14.本发明提供的溶解方法，操作步骤简单，溶样速度快，可将五氧化二钽溶解后直接进行成分分析。
15.优选地，步骤(1)所述混合酸包括硝酸与氢氟酸的组合。
16.本发明所用硝酸与氢氟酸分别独立地为分析纯，示例性的，硝酸的浓度为70wt％，氢氟酸的浓度为40wt％。
17.五氧化二钽的化学性质稳定，与多数酸都不易发生反应。氢氟酸中的氟离子的配位能力较强，且氟离子体积小，易于侵入氧化物的晶格，从而将氧化物转化为氟络离子进入溶液。
18.优选地，所述硝酸与氢氟酸的体积比为1:(1-2)。
19.当五氧化二钽超过830℃时，生成高温晶型(h型)是最稳定的，采用本发明优选的硝酸与氢氟酸的比例，其混合液的氧化性与配位性最强。
20.优选地，步骤(1)所述五氧化二钽样品与混合酸的固液比为1:(80-100)，所述固液比的单位为g/ml。
21.优选地，步骤(2)所述微波消解所用微波的功率为700-900w。
22.微波消解法是通过利用2.45ghz的微波使溶液中的极性分子高频转动和发生离子迁移从而产生大量热能，加大了碰撞概率，同时，固体物质的表层膨胀、扰动、破裂，新的表层继续溶解，从而达到消解的效果，此外，微波对物质有很强的穿透力和极高的传播速度，因而具有即时深层加热作用，形成独特的无温度梯度整体受热方式。
23.氢氟酸通过结合微波射频能量的加热作用将试样快速消解在酸性介质中，五氧化二钽与氢氟酸反应过程中会产生氢合七氟钽酸和水，氢合七氟钽酸溶于水，可以容易地从溶液中分离和制备出来，其反应方程式如下：
24.ta2o5+14hf
→
2h2taf7+5h2o
25.优选地，在步骤(2)所述微波消解过程中依次进行第一次加热和第二次加热。
26.优选地，所述第一次加热的温度为150-170℃。
27.优选地，所述第一次加热的时间为10-20min。
28.优选地，所述第二次加热的温度为170-190℃。
29.优选地，所述第二次加热的时间为40-60min。
30.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
31.本发明提供的溶解方法操作步骤简单，五氧化二钽在微波溶解后即可进行成分分析，不需要碱溶后再沉淀过滤灼烧的步骤；溶样速度快，缩短了分析步骤，大大降低了因为碱溶方法流程过长，关键步骤过多造成的系统误差。
具体实施方式
32.下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
33.本发明的某个实施例提供了一种五氧化二钽的溶解方法，所述溶解方法包括如下步骤：
34.(1)混合五氧化二钽样品与混合酸，得到混合物；
35.(2)将步骤(1)所得混合物进行微波消解。
36.本发明提供的溶解方法，操作步骤简单，溶样速度快，可将五氧化二钽溶解后直接进行成分分析。
37.在某些实施例中，步骤(1)所述混合酸包括硝酸与氢氟酸的组合。
38.在某些实施例中，所述硝酸与氢氟酸的体积比为1:(1-2)，例如可以是1:1、1:1.2、1:1.5、1:1.8或1:2，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
39.在某些实施例中，步骤(1)所述五氧化二钽样品与混合酸的固液比为1:(80-100)，例如可以是1:80、1:85、1:90、1:95或1:100，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，所述固液比的单位为g/ml。
40.在某些实施例中，步骤(2)所述微波消解所用微波的功率为700-900w，例如可以是700w、750w、800w、850w或900w，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
41.在某些实施例中，在步骤(2)所述微波消解过程中依次进行第一次加热和第二次加热。
42.在某些实施例中，所述第一次加热的温度为150-170℃，例如可以是150℃、155℃、160℃、165℃或170℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
43.在某些实施例中，所述第一次加热的时间为10-20min，例如可以是10min、12min、14min、16min、18min或20min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
44.在某些实施例中，所述第二次加热的温度为170-190℃，例如可以是170℃、175℃、180℃、185℃或190℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
45.在某些实施例中，所述第二次加热的时间为40-60min，例如可以是40min、45min、50min、55min或60min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
46.为了清楚说明本发明的技术方案，对本发明实施例中所得五氧化二钽溶解后的溶液采用色层灼烧称重的方法测定五氧化二钽样品的纯度。
47.色层灼烧称重的操作方法为：将五氧化二钽溶解后的液体，浓缩体积后呈条状涂于色层纸上的未浸硝酸铵部分，湿润后，放于盛有展开剂的色层筒中，密闭展开至展开剂距色层纸上端2厘米时，取出烘干，然后喷单宁显色，分别剪下钽带铌带，放于瓷坩埚中灰化至白，移入马弗炉中灼烧冷却，称重。
48.实施例1
49.本实施例提供了一种五氧化二钽的溶解方法，所述溶解方法包括如下步骤：
50.(1)称取0.1g的五氧化二钽样品，置于微波消解罐中，加入1ml超纯水，加入3ml硝酸，分3次缓慢加入6ml氢氟酸，待样品不反应时，得到混合物；
51.(2)将步骤(1)所得混合物置于微波消解仪上进行溶解。设定微波消解程序为，功
率800w，第一段升温至160℃，保温15min，第二段升温至180℃，保温时间为50min。
52.对五氧化二钽纯度测定的结果列于表1中。
53.实施例2
54.本实施例提供了一种五氧化二钽的溶解方法，所述溶解方法包括如下步骤：
55.(1)称取0.1g的五氧化二钽样品，置于微波消解罐中，加入1ml超纯水，加入3ml硝酸，分3次缓慢加入3ml氢氟酸，待样品不反应时，得到混合物；
56.(2)将步骤(1)所得混合物置于微波消解仪上进行溶解。设定微波消解程序为，功率700w，第一段升温至150℃，保温20min，第二段升温至170℃，保温时间为60min。
57.对五氧化二钽纯度测定的结果列于表1中。
58.实施例3
59.本实施例提供了一种五氧化二钽的溶解方法，所述溶解方法包括如下步骤：
60.(1)称取0.1g的五氧化二钽样品，置于微波消解罐中，加入1ml超纯水，加入3ml硝酸，分3次缓慢加入9ml氢氟酸，待样品不反应时，得到混合物；
61.(2)将步骤(1)所得混合物置于微波消解仪上进行溶解。设定微波消解程序为，功率900w，第一段升温至170℃，保温10min，第二段升温至190℃，保温时间为40min。
62.对五氧化二钽纯度测定的结果列于表1中。
63.实施例4
64.本实施例提供了一种五氧化二钽的溶解方法，所述溶解方法包括如下步骤：
65.(1)称取0.1g的五氧化二钽样品，置于微波消解罐中，加入1ml超纯水，加入3ml硝酸，分3次缓慢加入2ml氢氟酸，待样品不反应时，得到混合物；
66.(2)将步骤(1)所得混合物置于微波消解仪上进行溶解。设定微波消解程序为，功率800w，第一段升温至160℃，保温15min，第二段升温至180℃，保温时间为50min。
67.对五氧化二钽纯度测定的结果列于表1中。
68.实施例5
69.本实施例提供了一种五氧化二钽的溶解方法，所述溶解方法包括如下步骤：
70.(1)称取0.1g的五氧化二钽样品，置于微波消解罐中，加入1ml超纯水，加入3ml硝酸，分3次缓慢加入10ml氢氟酸，待样品不反应时，得到混合物；
71.(2)将步骤(1)所得混合物置于微波消解仪上进行溶解。设定微波消解程序为，功率800w，第一段升温至160℃，保温15min，第二段升温至180℃，保温时间为50min。
72.对五氧化二钽纯度测定的结果列于表1中。
73.实施例6
74.本实施例提供了一种五氧化二钽的溶解方法，所述溶解方法包括如下步骤：
75.(1)称取0.1g的五氧化二钽样品，置于微波消解罐中，加入1ml超纯水，加入3ml硝酸，分3次缓慢加入6ml氢氟酸，待样品不反应时，得到混合物；
76.(2)将步骤(1)所得混合物置于微波消解仪上进行溶解。设定微波消解程序为，功率500w，第一段升温至160℃，保温15min，第二段升温至180℃，保温时间为50min。
77.对五氧化二钽纯度测定的结果列于表1中。
78.实施例7
79.本实施例提供了一种五氧化二钽的溶解方法，所述溶解方法包括如下步骤：
80.(1)称取0.1g的五氧化二钽样品，置于微波消解罐中，加入1ml超纯水，加入3ml硝酸，分3次缓慢加入6ml氢氟酸，待样品不反应时，得到混合物；
81.(2)将步骤(1)所得混合物置于微波消解仪上进行溶解。设定微波消解程序为，功率1200w，第一段升温至160℃，保温15min，第二段升温至180℃，保温时间为50min。
82.对五氧化二钽纯度测定的结果列于表1中。
83.表1
[0084] 五氧化二钽实际含量(wt％)五氧化二钽测定含量(wt％)误差(％)实施例199.5699.310.25实施例299.5699.060.50实施例399.5699.230.33实施例499.5699.350.21实施例599.5699.100.46实施例699.5699.200.36实施例799.5699.270.29
[0085]
由表1可以看出：实施例1-3中，采用本发明提供的五氧化二钽的溶解方法将五氧化二钽溶解后，使用色层灼烧称重方法可以准确测定五氧化二钽的纯度，操作简便，准确度高，误差可以控制在0.50％以下；实施例4-7也可以实现对五氧化二钽纯度的测定，但在实际操作中，酸的用量太少，在微波消解仪器上小于规定的下限体积，容易造成安全隐患，同时不利于样品的溶解，增加溶样难度，酸的用量太多，不利于后续色层时候缩体的步骤，会加长缩体积的时间，如果硝酸用量太多，在将溶解后的溶液涂于色层纸上时，易导致色层纸断裂，无法进行色层操作；若微波消解仪的功率过低，升温速度过慢，会加长溶样时间，若微波消解仪的功率太高，在运行过程中高压最高可达100-150bar、温度通常达180-240℃，同时，伴随着强酸蒸汽，有损仪器寿命，而且，升温速度过快，样品反应相对剧烈，温度传感器灵敏度不够，不能够及时控制管内的温度及压力，易造成微波罐体变形，严重时造成爆裂，具有造成安全隐患，采用本发明优选的酸液用量和微波消解参数的溶解效率高，安全性高。
[0086]
综上所述，本发明提供的溶解方法操作步骤简单，五氧化二钽在微波溶解后即可进行成分分析，不需要碱溶后再沉淀过滤灼烧的步骤；溶样速度快，缩短了分析步骤，大大降低了因为碱溶方法流程过长，关键步骤过多造成的系统误差。
[0087]
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种五氧化二钽的溶解方法，其特征在于，所述溶解方法包括如下步骤：(1)混合五氧化二钽样品与混合酸，得到混合物；(2)将步骤(1)所得混合物进行微波消解。2.根据权利要求1所述的溶解方法，其特征在于，步骤(1)所述混合酸包括硝酸与氢氟酸的组合；优选地，所述硝酸与氢氟酸的体积比为1:(1-2)。3.根据权利要求1或2所述的溶解方法，其特征在于，步骤(1)所述五氧化二钽样品与混合酸的固液比为1:(80-100)，所述固液比的单位为g/ml。4.根据权利要求1-3任一项所述的溶解方法，其特征在于，步骤(2)所述微波消解所用微波的功率为700-900w。5.根据权利要求1-4任一项所述的溶解方法，其特征在于，在步骤(2)所述微波消解过程中依次进行第一次加热和第二次加热。6.根据权利要求5所述的溶解方法，其特征在于，所述第一次加热的温度为150-170℃。7.根据权利要求5或6所述的溶解方法，其特征在于，所述第一次加热的时间为10-20min。8.根据权利要求5-7任一项所述的溶解方法，其特征在于，所述第二次加热的温度为170-190℃。9.根据权利要求5-8任一项所述的溶解方法，其特征在于，所述第二次加热的时间为40-60min。10.根据权利要求1-9任一项所述的溶解方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)以固液比为1:(80-100)混合五氧化二钽样品与混合酸，所述混合酸包括体积比为1:(1-2)的硝酸与氢氟酸的组合，得到混合物；(2)将步骤(1)所得混合物用功率为700-900w的微波进行消解，在消解过程中先将所述混合物以150-170℃加热10-20min，再以170-190℃加热40-60min。

技术总结
本发明提供了一种五氧化二钽的溶解方法，所述方法包括如下步骤：混合五氧化二钽样品与混合酸，得到混合物；将所得混合物进行微波消解。本发明提供的溶解方法操作步骤简单，五氧化二钽在微波溶解后即可进行成分分析，不需要碱溶后再沉淀过滤灼烧的步骤；溶样速度快，缩短了分析步骤，大大降低了因为碱溶方法流程过长，关键步骤过多造成的系统误差。关键步骤过多造成的系统误差。


技术研发人员：姚力军 李桂鹏 黄志攀 王淑梅
受保护的技术使用者：同创（丽水）特种材料有限公司
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/8/9