闪烁晶体用无水稀土溴化物的制备及表征
Preparation and Characterization of Anhydrous Rare Earth Bromide for Scintillation Crystal Growth
闪烁晶体是人工晶体的重要组成部分。近年来,以LaBr3:Ce3+|闪烁晶体为代表的新型稀土卤化物闪烁晶体引起了人们的广泛关注。它们优异的闪烁性能,特别是高光效、快衰减、高能量分辨率等特性,非常符合现代医学成像的发展需求,展现出了巨大的应用潜力。但这类闪烁晶体生长所需的稀土卤化物基础原材料通常具有易吸水,较高温度下容易水解的特性,无水、高纯化制备困难,己严重制约了这些新型闪烁晶体的进一步发展。本文从满足稀土卤化物闪烁晶体生长需求的角度出发,针对稀土卤化物原料制备中水氧杂质控制的关键问题,研究了LaBr3、CeBr3的高纯化制备工艺及材料中水氧含量等的表征方法,主要研究内容和结果如下：(1)通过DTA/TG对LaBr3·7H2O的脱水机理进行了研究,确认了其分步脱水机理；根据文献调研和综合分析,提出了溴化铵溴化法制备高纯无水LaBr3的工艺方法,即在NH4Br保护下通过对LaBr3·7H2O进行焙烧脱水来制备无水LaBr3。对溴化铵溴化法的反应机理进行了研究,通过粉末XRD确认了反应中间产物(NH4)2LaBr5的存在,并结合DTA/TG分析,明确了溴化铵溴化法制备无水LaBr3的基本反应及相关条件。(2)研究了混料方式、溴化铵用量、脱水温度以及气氛条件等工艺参数对无水LaBr3制备的影响,确定混料方式为水溶液条件下将LaBr3和NH4Br均匀混合后蒸发浓缩共结晶,溴化铵的适宜用量为LaBr3·7H2O的三倍摩尔比,优化脱水路线为：(a)真空条件下100℃左右脱去游离水及少量结晶水；(b)真空条件下230℃脱去绝大部分的结晶水；(c)氩气保护下260℃C脱去残余结晶水。(3)研究了熔融气氛、温度对熔融工艺的影响,通过实验发现,在氩气保护下,820℃能够实现(NH4)2LaBr5分解,脱铵从而得到高纯无水LaBr3。综合上述工艺条件得出制备无水LaBr3的总工艺图,并利用该工艺成功制备出无水LaBr3,样品水含量为8ppm,氧含量850ppm,纯度大于99.9%。(4)开展了干法制备无水CeBr3的初步研究,通过理论分析确定金属铈与单质溴反应生成CeBr3时,内扩散为该反应的主要控制步骤；通过改进物料状态和实验装置,成功制备出了无水CeBr3样品,确定最佳的反应温度为650℃C。(5)探索研究了稀土溴化物的有效表征方法,并采用ICP-AES、微量水分分析仪、氧氮分析仪对无水LaBr3产品中的金属离子及水、氧杂质进行了针对性的表征分析；并发展了采用拉曼光谱法定性检测无水LaBr3中LaOBr的新方法。
- 作者：
- 张彤
- 学位授予单位：
- 北京有色金属研究总院
- 专业名称：
- 有色金属冶金
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2012年
- 导师姓名：
- 李红卫
- 中图分类号：
- TQ133.3
- 关键词：
- 闪烁晶体；无水溴化镧；无水溴化铈；脱水
- Scintillation Crystal；Anhydrous Lanthanum Bromide；Anhydrous CeriumBromide；Dehydration