CN103613122B - 一种试剂级二氧化锡粉体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种适合于化学分析、导电玻璃、半导体材料、高端陶瓷色釉料使用的试剂级二氧化锡粉体的制备方法,该制备方法是先采用试剂级的锡酸钠在一定比例醇类分散剂的存在下通入二氧化碳、同时控制反应液的pH值来制备水合氢氧化锡;然后用纯水对水合氢氧化锡进行打浆,再用强酸调整水合氢氧化锡浆液的pH值来获得偏锡酸;最后将偏锡酸固体置于高温炉中煅烧脱水,得到高纯微米级二氧化锡粉体。本发明的制备方法,无需粉碎即可达到微米级的粉体,生产过程环保,生产设备简单,易实现工业化,由本发明方法获得的产品纯度高、成分单一,能满足化学分析、导电玻璃、半导体材料,高端陶瓷色釉料等各行业的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种锡化工产品的制备方法,尤其涉及一种二氧化锡的制备方法,更具体是涉及一种适合于化学分析、导电玻璃、半导体材料、高端陶瓷色釉料使用的试剂级二氧化锡粉体的制备方法。
背景技术
二氧化锡是一种重要的锡化工产品,其广泛应用于陶瓷色釉料、导电玻璃、纳米铟锡金属氧化物、半导体材料、电子触头、电器、气敏传感器、催化剂等行业。从已公开的文献可以看出,二氧化锡的制备方法主要有以含锡废料为原料的化学合成法和以锡锭为原料的硝酸法或高温气化法;中国专利CN102102150A公开了一种含锡废料为原料制备二氧化锡的方法,该方法是从废旧马口铁分离锡并制备二氧化锡的方法,其主要步骤是:(1)将废旧马口铁粉碎、筛分;(2)采用苏打水溶液对筛下物进行洗涤;(3)对洗涤物过滤,滤渣用氢氧化钠溶液和氧化剂浸出,对浸出液过滤,滤液为锡酸钠溶液;(4)往锡酸钠溶液中通入二氧化碳,过滤,洗涤得到二氧化锡产品;这种制备方法工艺路线长,对二氧化碳的需求量大,利用率低,实际使用量是理论计算量的10-50倍,这在工业上可行性不大,产品的杂质含量也仍偏高。中国专利CN1657417公开了一种硝酸法生产二氧化锡的方法,该方法是一种湿法制造偏锡酸和二氧化锡粉体的方法,其主要步骤是在密闭加压加氧的条件下,控制一定的温度和反应时间,使锡与硝酸充分反应生成偏锡酸中间品,偏锡酸中间品经中和洗涤、干燥得到偏锡酸产品;偏锡酸经煅烧、破碎后得粒径小于10um微细二氧化锡产品;这种方法由于是使用硝酸制备偏锡酸,有大量的氮氧化物产生,工艺不环保,且硝酸是强酸,产品易因设备的腐蚀而受到污染,另外,产品需经破碎才可达到10um微细二氧化锡产品,限制了产品在高端电子等领域的使用。高温气化法制备高纯二氧化锡的技术较复杂,且受到装备的限制,生产成本高,市场竞争力较弱。
由于电子材料等高端领域对二氧化锡的纯度、物料性能要求较高,传统的生产方法制得的二氧化锡并不能满足该需要,多数还是依赖进口产品。中国专利CN101532096公开了一种退锡废液里锡的回收方法,其工艺是用强碱将锡转化为锡酸钠溶液,通入二氧化碳制备偏锡酸,偏锡酸经过洗涤和煅烧制备出二氧化锡,由于二氧化碳是弱酸,与锡酸钠溶液反应不完全,而偏锡酸是无定形胶体,吸附能力强,用纯水洗涤偏锡酸,偏锡酸中包裹的碳酸钠离子仍然很高,达到3%,煅烧时碳酸钠与偏锡酸反应生成锡酸钠,对煅烧设备腐蚀严重,且二氧化锡成品由于含杂质较高,也不能满足导电玻璃等电子行业的需求。鉴于此,开发一种利用常规设备、原料制备能满足电子行业等高端产业对二氧化锡品质需求的产品,显得很有必要。
发明内容
为解决以上存在的问题,本发明的目的是提供一种试剂级二氧化锡粉体的制备方法,该制备方法采用常规设备,且无需破碎即可达到微米级的粉体,适合于化学分析、导电玻璃、半导体材料、高端陶瓷色釉料使用。
为实现以上目的,本发明的试剂级二氧化锡粉体的制备方法,依次包括如下步骤:
(1)水合氢氧化锡的制备:将试剂级的锡酸钠加纯水溶解至锡酸钠浓度为50-200g/L的溶液,于水浴中加热至40-90℃,按每升锡酸钠溶液加入5-20g的比例加入醇类分散剂,搅拌反应30-60分钟,然后通入二氧化碳,搅拌反应至反应液的pH值为9.0-10.0,进行固液分离,固体为水合氢氧化锡;
(2)偏锡酸的制备:将步骤(1)得到水合氢氧化锡固体放入反应釜,加入纯水进行打浆,然后用高温易分解的强酸调整浆液的pH值为2-4, 用纯水倾泻洗涤数次,然后固液分离,得到二氧化锡的前驱体偏锡酸;
(3)二氧化锡的制备:将步骤(2)得到的偏锡酸固体置于高温炉中煅烧脱水,得到高纯微米级二氧化锡粉体;
其中步骤(2)的高温易分解强酸优选硝酸、甲酸或草酸。
上述试剂级锡酸钠优选采用工业级锡酸钠提纯制得。
为了获得纯度更高的二氧化锡粉体,且尽可能降低对设备的腐蚀,上述试剂级锡酸钠优选游离碱为0.1-0.5%的三水合试剂级锡酸钠晶体,该锡酸钠晶体优选采用如下方法制备:
(1)将锡花、氢氧化钠、纯水分别放入到反应釜中,升温至90~110℃,通入臭氧,反应至反应液中的游离氢氧化钠浓度为50~90g/L,得到含锡碱性溶液,其中锡花与氢氧化钠的投料质量比控制在1︰1-1.4,纯水的加入量控制在使氢氧化钠的浓度为100g/L~160g/L;
(2)在步骤(1)得到的含锡碱性溶液中加入试剂级水合氢氧化锡,调整溶液中游离氢氧化钠浓度至5~20g/L,再次通入臭氧至溶液为无色透明,过滤得锡酸钠原液;
(3)将步骤(2)得到的锡酸钠原液加入到浓缩反应釜中,在搅拌速度为10~30转/分钟的条件下,蒸发浓缩至溶液中有大部分结晶析出时,停止浓缩,下料至离心机,离心所得结晶为成品三水合锡酸钠晶体;
其中步骤(2)的试剂级水合氢氧化锡是将步骤(1)得到的含锡碱性溶液过滤掉未反应完全的锡渣,将滤液放入合成反应釜中,开启搅拌装置,通入二氧化碳气体,当反应液的pH值为9.0-10.0时,停止通入二氧化碳气体,将反应液过滤、洗涤、离心而制得。
上述二氧化锡的制备方法中,步骤(1)的醇类分散剂优选乙醇、甲醇或乙二醇。
为了使杂质更彻底除去,上述二氧化锡的制备方法中,步骤(2)的倾泻洗涤次数优选3-5次,洗涤时的液固比为3:1 至 6:1。
为了使杂质更彻底除去,上述二氧化锡的制备方法中,步骤(2)的洗涤为洗涤至偏锡酸固体中钠离子含量为20ppm以下。
上述二氧化锡的制备方法中,步骤(3)的偏锡酸固体煅烧温度为700-1000℃,煅烧时间为2-4小时。
上述游离碱为0.1-0.5%的试剂级三水合锡酸钠制备方法中,步骤(1)的锡花优选0#锡,氢氧化钠优选试剂级氢氧化钠。
本发明的试剂级二氧化锡粉体的制备方法,通过先制备水合氢氧化锡、再调整水合氢氧化锡的酸碱度来获得偏锡酸,最后由偏锡酸煅烧脱水得到二氧化锡粉体;在水合氢氧化锡的制备中,通过加入适量的醇类分散剂来防止水合氢氧化锡结团聚合,保证获得的粉体粒径小且均匀;而在偏锡酸的制备中,采用强酸来调整浆液的pH值,由于强酸与碳酸钠反应生成的钠盐在洗涤过程中很容易被洗掉,大大减少偏锡酸的钠离子含量,从而能得到纯度高、成分单一的试剂级二氧化锡粉体。本发明的制备方法,原料为试剂级锡酸钠,铅、锑、铁等杂质均很低,且合成工艺中高浓度强酸没有直接与设备接触,避免了因设备腐蚀而造成的污染,另外,本发明的制备方法无需粉碎即可达到微米级的粉体,生产过程环保,生产设备简单,易实现工业化,由本发明方法获得的产品能满足化学分析、导电玻璃、半导体材料,高端陶瓷色釉料等各行业的需求。
具体实施方式
下面是本发明的几个具体实施例,这些实施例只是对本发明试剂级二氧化锡粉体制备方法的具体说明,并非用以限制本发明的保护范围。
实施例1
取一定量的试剂级锡酸钠,用纯水配置成浓度为50g/L的锡酸钠溶液,按每升锡酸钠溶液投入5g乙醇的比例将乙醇加入到锡酸钠溶液中,水浴加热至50-60℃,同时搅拌30分钟,通入二氧化碳,反应至反应液的pH值为9.0,过滤得水合氢氧化锡固体,用纯水将所得的水合氢氧化锡固体以液固比4:1进行打浆,用硝酸调整水合氢氧化锡浆液的pH值至2,此时,水合氢氧化锡已经转化为偏锡酸,残留的碳酸钠已经被完全分解成水溶性更强的硝酸盐,用纯水倾泻洗涤5次,液固比为4︰1,再进行固液分离,检测所得偏锡酸固体的钠离子含量为10ppm,将偏锡酸置于700℃下进行煅烧4小时,得到二氧化锡粉体,产品经检测,二氧化锡含量是99.1%、粒径D90是10微米。
实施例2
取一定量的试剂级锡酸钠,用纯水配置成浓度为100g/L的锡酸钠溶液,按每升锡酸钠溶液投入20g乙二醇的比例将乙二醇加入到锡酸钠溶液中,水浴加热至70℃,同时搅拌40分钟,通入二氧化碳,反应至反应液的pH值为10.0,过滤得水合氢氧化锡固体,用纯水将所得的水合氢氧化锡固体以液固比5:1进行打浆,用甲酸调整水合氢氧化锡浆液的pH值至2.5,此时,水合氢氧化锡已经转化为偏锡酸,残留的碳酸钠已经被完全分解成水溶性更强的甲酸盐,用纯水倾泻洗涤5次,液固比为3︰1,再进行固液分离,检测所得偏锡酸固体的钠离子含量为8ppm,将偏锡酸置于800℃下进行煅烧3小时,得到二氧化锡粉体,产品经检测,得到二氧化锡含量是99.2%、粒径D90是15微米。
实施例3
1、水合氢氧化锡的制备:
将锡花与氢氧化钠按质量比为1:1投入至反应釜中,再往反应釜中加入纯水使得氢氧化钠浓度为100g/L,然后升温至95℃,通入臭氧,并保持反应釜内的压力为0.1Mpa,边反应边检测反应釜内反应液游离氢氧化钠的浓度,当检测到反应釜内反应液的游离氢氧化钠为50g/L时,取出含锡碱性溶液,过滤掉未反应完全的锡渣,然后将含锡碱性溶液放入合成反应釜中,开启搅拌装置,通入二氧化碳气体,当检测到反应液的pH值为9.0时,停止通入二氧化碳,将反应液过滤,得白色的固体,用纯水对白色固体以液固比为4:1洗涤3次,固液分离出白色的水合氢氧化锡;
2、低游离碱锡酸钠的制备
将锡花与氢氧化钠按质量比为1:1.4投入至反应釜中,再往反应釜中加入纯水使得氢氧化钠浓度为140g/L,然后升温至至100℃,通入臭氧,并保持反应釜内的压力为0.2Mpa,边反应边检测反应釜内反应液游离氢氧化钠的浓度,当检测到反应釜内反应液的游离氢氧化钠为80g/L,取出含锡碱性溶液,逐步加入上述制得的水合氢氧化锡,调整到反应液的游离氢氧化钠浓度为5g/L,继续通入臭氧至反应液为无色透明,然后将反应液过滤,将过滤得到的溶液加入浓缩反应釜中,调整搅拌器的搅拌速度为10转/分钟,蒸发浓缩至有大量结晶析出,将结晶放入离心机离心脱水,得到低游离碱的三水合锡酸钠晶体,经分析测试,各项指标如下表所示,符合分析纯标准;
锡 | 游离碱 | 硫酸盐 | 硝酸盐 | 氯化物 | 铅 | 铁 | 铜 | 锑 |
≥43.1 | ≤0.5 | ≤0.01 | ≤0.01 | ≤0.01 | ≤0.001 | ≤0.002 | ≤0.001 | ≤0.001 |
3、二氧化锡的制备
取一定量上述制得的低游离碱锡酸钠,用纯水配置成浓度为150g/L的锡酸钠溶液,按每升锡酸钠溶液投入20g乙醇的比例将乙醇加入到锡酸钠溶液中,水浴加热至80℃,同时搅拌50分钟,通入二氧化碳,反应至反应液的pH值为9.5,过滤得水合氢氧化锡固体,用纯水将所得的水合氢氧化锡固体以液固比6:1进行打浆,用草酸调整水合氢氧化锡浆液的pH值至3,此时,水合氢氧化锡已经转化为偏锡酸,残留的碳酸钠已经被完全分解成水溶性更强的草酸盐,用纯水倾泻洗涤3次,液固比为4︰1,再进行固液分离,检测所得偏锡酸固体的钠离子含量为15ppm,将偏锡酸置于1000℃下进行煅烧3小时,得到二氧化锡粉体,产品经检测,得到二氧化锡含量是99.7%、粒径D90是18微米。
实施例4
取一定量实施例3制得的低游离碱锡酸钠,用纯水配置成浓度为200g/L的锡酸钠溶液,按每升锡酸钠溶液投入5g乙二醇的比例将乙二醇加入到锡酸钠溶液中,水浴加热至50℃,同时搅拌60分钟,通入二氧化碳,反应至反应液的pH值为9.6,过滤得水合氢氧化锡固体,用纯水将所得的水合氢氧化锡固体以液固比4:1进行打浆,用硝酸调整水合氢氧化锡浆液的pH值至4,此时,水合氢氧化锡已经转化为偏锡酸,残留的碳酸钠已经被完全分解成水溶性更强的硝酸盐,用纯水倾泻洗涤5次,液固比为6︰1,再进行固液分离,检测所得偏锡酸固体的钠离子含量为18ppm,将偏锡酸置于900℃下进行煅烧3小时,得到二氧化锡粉体,产品经检测,得到二氧化锡含量是99.8%、粒径D90是20微米。
上述实施例1-4中,二氧化碳的实际通入量是理论计算量的1.2-1.5倍。
产品检测:
通过对实施例1、2、3、4得到的二氧化锡粉体进行检验,各项技术指标如下表:
目前国内二氧化锡企业标准(Q/YXO17-2001)
SnO2 | Fe | 重金属(Pb+Sb) | 硫酸盐 | 灼烧失重 | 盐酸可溶物 | 粒度≤0.05mm |
≥98 | ≤0.035 | ≤0.1 | ≤0.5 | ≤0.5 | ≤0.5 | ≥98 |
由上可以看出,本发明制备的二氧化锡粉体优于国内试剂级的二氧化锡各项指标,而采用低游离碱的锡酸钠作为原料,制得的二氧化锡纯度更高。
Claims (8)
1.一种试剂级二氧化锡粉体的制备方法,依次包括如下步骤:
(1)水合氢氧化锡的制备:将试剂级的锡酸钠加纯水溶解至锡酸钠浓度为50-200g/L的溶液,于水浴中加热至40-90℃,按每升锡酸钠溶液加入5-20g的比例加入醇类分散剂,搅拌反应30-60分钟,然后通入二氧化碳,搅拌反应至反应液的pH值为9.0-10.0,进行固液分离,固体为水合氢氧化锡;
(2)偏锡酸的制备:将步骤(1)得到水合氢氧化锡固体放入反应釜,加入纯水进行打浆,然后用高温易分解的酸调整浆液的pH值为2-4, 用纯水倾泻洗涤数次,然后固液分离,得到二氧化锡的前驱体偏锡酸;
(3)二氧化锡的制备:将步骤(2)得到的偏锡酸固体置于高温炉中煅烧脱水,得到高纯微米级二氧化锡粉体;
其中步骤(2)的高温易分解的酸为硝酸、甲酸或草酸。
2.根据权利要求1所述的试剂级二氧化锡粉体的制备方法,其特征在于:所述试剂级锡酸钠采用工业级锡酸钠提纯。
3. 根据权利要求1所述的试剂级二氧化锡粉体的制备方法,其特征在于:所述试剂级锡酸钠是游离碱为0.1-0.5%的三水合试剂级锡酸钠晶体,该锡酸钠晶体采用如下方法制备:
(1)将锡花、氢氧化钠、纯水分别放入到反应釜中,升温至90~110℃,通入臭氧,反应至反应液中的游离氢氧化钠浓度为50~90g/L,得到含锡碱性溶液,其中锡花与氢氧化钠的投料质量比控制在1︰1-1.4,纯水的加入量控制在使氢氧化钠的浓度为100g/L~160g/L;
(2)在步骤(1)得到的含锡碱性溶液中加入试剂级水合氢氧化锡,调整溶液中游离氢氧化钠浓度至5~20g/L,再次通入臭氧至溶液为无色透明,过滤得锡酸钠原液;
(3)将步骤(2)得到的锡酸钠原液加入到浓缩反应釜中,在搅拌速度为10~30转/分钟的条件下,蒸发浓缩至溶液中有大部分结晶析出时,停止浓缩,下料至离心机,离心所得结晶为成品三水合锡酸钠晶体;
其中步骤(2)的水合氢氧化锡是将步骤(1)得到的含锡碱性溶液过滤掉未反应完全的锡渣,将滤液放入合成反应釜中,开启搅拌装置,通入二氧化碳气体,当反应液的pH值为9.0-10.0时,停止通入二氧化碳气体,将反应液过滤、洗涤、离心而制得。
4.根据权利要求1-3任一所述试剂级二氧化锡粉体的制备方法,其特征在于:所述二氧化锡的制备方法中,步骤(1)的醇类分散剂为乙醇、甲醇或乙二醇。
5. 根据权利要求4所述的试剂级二氧化锡粉体的制备方法,其特征在于:所述二氧化锡的制备方法中,步骤(2)的倾泻洗涤次数为3-5次,洗涤时的液固比为3:1 至 6:1。
6. 根据权利要求5所述的试剂级二氧化锡粉体的制备方法,其特征在于:所述二氧化锡的制备方法中,步骤(2)的洗涤为洗涤至偏锡酸固体中钠离子含量为20ppm以下。
7. 根据权利要求6所述的试剂级二氧化锡粉体的制备方法,其特征在于:所述二氧化锡的制备方法中,步骤(3)的偏锡酸固体煅烧温度为700-1000℃,煅烧时间为2-4小时。
8. 根据权利要求3所述的试剂级二氧化锡粉体的制备方法,其特征在于:所述游离碱为0.1-0.5%的三水合试剂级锡酸钠晶体的制备方法中,步骤(1)的锡花为0#锡,氢氧化钠为试剂级氢氧化钠。
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