CN102963923A - 一种用金属镓制备硝酸镓的规模化生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用金属镓制备硝酸镓的规模化生产方法，通过控制注入硝酸的速度与外加水浴，来控制反应液的温度在50℃-90℃，充分搅拌金属镓与硝酸反应，空气驱赶NO2和过量硝酸来净化反应后的溶液，最后植入晶种结晶。本发明方法生产的硝酸镓，色泽洁白，晶粒均匀，品质一致，可实现规模化生产。

Description

一种用金属镓制备硝酸镓的规模化生产方法
技术领域
本发明涉及一种制备硝酸镓的方法，尤其涉及一种用金属镓制备硝酸镓的规模化生产方法。 
  
背景技术
硝酸镓是在国外最先应用于石油催化剂方面，在催化剂的制备过程中，加入硝酸镓成分，可大大地增加催化剂的活性或增加了催化剂的选择功能；另外在医用方面，硝酸镓可用效地改善人体免疫系统缺陷，尤其对恶性癌症、骨癌以及由爱滋病引起的淋巴癌有特殊的治疗效果；研究发现硝酸镓对癌证细胞有很强的耐受力，可抑制生物体免疫发生病变。硝酸镓在国外石油化工行业中应用较大，在国内还处于研究阶段。硝酸镓用于医学方面的研究，主要依赖于进口硝酸镓产品。 
金属在30℃以上是液体，密度5.9g/cm3，和硝酸不能混合，二者的化学反应只在界面发生，反应速度不快，镓和硝酸的化学反应是放热反应，放出的热量会使反应物温度升高，温度升高虽然可以加速化学反应的进行，但温度超过100℃时，硝酸镓会发生岐化反应，产生含氧的化合物GaONO3和Ga2O3白色沉淀，因此必须严格控制反应液的温度；同时由于产生有害的红棕色的NO2，难以治理，所以不少作者为躲避这些难题，采用了用Ga2O3作原料，或在高压反应釜中进行。市售的Ga2O3是β型，不易和硝酸发生化学反应，如升温度岐化反应将无法避免；在高压釜中反应，操作比较不方便，难以实现规模化生产。再则，由于结晶条件控制不严，难以保证产品品质的一致性，所以市售的硝酸镓，无论进口的，还是国产的，分子式都标为Ga(NO3)3.XH2O，即结晶水不能控制，这就限制了产品中镓含量的一致性，给使用带来困难。 
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足之处，通过控制注入硝酸的速度与外加水浴，来控制反应液的温度在50~90℃，充分搅拌金属镓与硝酸反应，空气驱赶NO2和过量硝酸来净化反应后的溶液，最后植入晶种结晶生产一致性很好的硝酸镓。 
实现本发明目的的技术方案是： 
一种用金属镓制备硝酸镓的规模化生产方法，包括如下步骤：在常压状态下，向密封容器中的液态金属镓注入硝酸，反应温度控制在50℃-90℃，同时搅拌反应液，反应液呈蓝绿色。密封容器被置于水浴之中,通过控制注入硝酸的速度与水浴温度，来控制反应液的温度。反应持续时间为5-6小时。
待反应液冷却至室温，持续向反应液吹入洁净空气3-4小时，除去反应液中溶解的NO2和剩余的硝酸，蓝绿色的反应液逐渐转变为无色透明的硝酸镓溶液。 
在无色透明的硝酸镓溶液中，于室温下加入Ga(NO3)3.9H2O晶种，使硝酸镓溶液析出结晶。同时搅动硝酸镓溶液，以促进析出结晶。 
用本专利方法生产的硝酸镓，色泽洁白，晶粒均匀，品质一致。本专利方法与现有技术相比，装置和操作规范，反应平稳，操作条件安全可靠，产品质量一致性好，可实现规模化生产。 
  
具体实施方式
下面结合表格、具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。 
实施例1：一种用金属镓制备硝酸镓的规模化生产方法，在具有氟塑料密封搅拌器、蛇形冷凝管、平衡式分液漏斗和测温管的全标准磨口连接的烧瓶中，常压下加入液态金属镓；向烧瓶中的液态金属镓注入硝酸，保持反应液温度在50℃~70℃，同时启动四氟塑料搅拌器；反应进行6个小时后，金属镓全部与过量硝酸反应。烧瓶被置于水浴之中，通过控制注入硝酸的速度与水浴温度，来控制反应液的温度。 
反应结束后，将反应液抽出，置于抽滤瓶中，反应液为蓝绿色，冷却后用洁净空气驱赶溶在其中的NO2和HNO3，持续4小时后溶液由蓝绿色转变为无色透明。在洁净的无色透明硝酸镓溶液中，于室温下加入少量Ga(NO3)3.9H2O晶种，使溶液析出结晶，并适当搅动，待结晶大量析出，并不再继续析出时，在布氏漏斗中抽滤，并将盛有硝酸镓结晶的烧杯干燥，取样分析纯度，参见表1。 
表1：等离子发射光谱（ICP-OES）分析结果                      单位：ppm 
杂质元素 Sn Zn Pb Ni Fe Cu In Al Ca Bi
含量 <1.1 <1.1 <1.0 <0.7 <0.8 <0.6 <1.3 <0.8 <2.2 <1.5
注：“<”表示低于该仪器的检出极限
实施例2：一种用金属镓制备硝酸镓的规模化生产方法，在具有氟塑料密封搅拌器、蛇形冷凝管、平衡式分液漏斗和测温管的全标准磨口连接的烧瓶中，常压下加入液态金属镓；向烧瓶中的液态金属镓注入硝酸，保持反应液温度在70℃~90℃，同时启动四氟塑料搅拌器；反应进行5个小时后，金属镓全部与过量硝酸反应。烧瓶被置于水浴之中，通过控制注入硝酸的速度与水浴温度，来控制反应液的温度。
反应结束后，将反应液抽出，置于抽滤瓶中，反应液为蓝绿色，冷却后用洁净空气驱赶溶在其中的NO2和HNO3，持续3.5小时后溶液由蓝绿色转变为无色透明。在洁净的无色透明硝酸镓溶液中，于室温下加入少量Ga(NO3)3.9H2O晶种，使溶液析出结晶，并适当搅动，待结晶大量析出，并不再继续析出时，在布氏漏斗中抽滤，并将盛有硝酸镓结晶的烧杯干燥，取样分析纯度，参见表2。 
表2：等离子发射光谱（ICP-OES）分析结果                      单位：ppm 
杂质元素 Sn Zn Pb Ni Fe Cu In Al Ca Bi
含量 <1.1 <1.1 <1.0 <0.7 3.1 <0.6 <1.3 <0.8 4.7 <1.5
注：“<”表示低于该仪器的检出极限
实施例3：一种用金属镓制备硝酸镓的规模化生产方法，在具有氟塑料密封搅拌器、蛇形冷凝管、平衡式分液漏斗和测温管的全标准磨口连接的烧瓶中，常压下加入液态金属镓；向烧瓶中的液态金属镓注入硝酸，保持反应液温度在70℃~90℃，同时启动四氟塑料搅拌器；反应进行5.5个小时后，金属镓全部与过量硝酸反应。烧瓶被置于水浴之中，通过控制注入硝酸的速度与水浴温度，来控制反应液的温度。
反应结束后，将反应液抽出，置于抽滤瓶中，反应液为蓝绿色，冷却后用洁净空气驱赶溶在其中的NO2和HNO3，持续3小时后溶液由蓝绿色转变为无色透明。在洁净的无色透明硝酸镓溶液中，于室温下加入少量Ga(NO3)3.9H2O晶种，使溶液析出结晶，并适当搅动，待结晶大量析出，并不再继续析出时，在布氏漏斗中抽滤，并将盛有硝酸镓结晶的烧杯干燥，取样分析纯度，参见表3。 
表3：等离子发射光谱（ICP-OES）分析结果                      单位：ppm 
杂质元素 Sn Zn Pb Ni Fe Cu In Al Ca Bi
含量 <1.1 <1.1 <1.0 <0.7 1.1 <0.6 <1.3 <0.8 <2.2 <1.5
注：“<”表示低于该仪器的检出极限
实施例4：一种用金属镓制备硝酸镓的规模化生产方法，在具有氟塑料密封搅拌器、蛇形冷凝管、平衡式分液漏斗和测温管的全标准磨口连接的烧瓶中，常压下加入液态金属镓；向烧瓶中的液态金属镓注入硝酸，保持反应液温度在50℃~80℃，同时启动四氟塑料搅拌器；反应进行6个小时后，金属镓全部与过量硝酸反应。烧瓶被置于水浴之中，通过控制注入硝酸的速度与水浴温度，来控制反应液的温度。
反应结束后，将反应液抽出，置于抽滤瓶中，反应液为蓝绿色，冷却后用洁净空气驱赶溶在其中的NO2和HNO3，持续3.5小时后溶液由蓝绿色转变为无色透明。在洁净的无色透明硝酸镓溶液中，于室温下加入少量Ga(NO3)3.9H2O晶种，使溶液析出结晶，并适当搅动，待结晶大量析出，并不再继续析出时，在布氏漏斗中抽滤，并将盛有硝酸镓结晶的烧杯干燥，取样分析纯度，参见表4。 
表4：等离子发射光谱（ICP-OES）分析结果                      单位：ppm 
杂质元素 Sn Zn Pb Ni Fe Cu In Al Ca Bi
含量 <1.1 <1.1 <1.0 <0.7 0.9 <0.6 <1.3 <0.8 <2.2 <1.5
注：“<”表示低于该仪器的检出极限
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用金属镓制备硝酸镓的规模化生产方法，其特征在于，包括如下步骤：在常压状态下，向密封容器中的液态金属镓注入硝酸，反应温度控制在50℃-90℃，同时搅拌反应液，反应液呈蓝绿色。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，密封容器被置于水浴之中,通过控制注入硝酸的速度与水浴温度，来控制反应液的温度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，反应持续时间为5-6小时。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：待反应液冷却至室温，向反应液吹入洁净空气，除去反应液中溶解的NO2和剩余的硝酸，蓝绿色的反应液逐渐转变为无色透明的硝酸镓溶液。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：在无色透明的硝酸镓溶液中，于室温下加入Ga(NO3)3.9H2O晶种，使硝酸镓溶液析出结晶。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：同时搅动硝酸镓溶液，以促进析出结晶。
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