CN103803589B - 一种高纯硫酸铯的制备方法 - Google Patents

一种高纯硫酸铯的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于无机化合物硫酸铯的制备方法技术领域,具体公开了一种高纯硫酸铯的制备方法。将铯榴石经酸浸、沉矾、重结晶、氧化钙转化得到硫酸铯的转化液,再经草酸除杂得到硫酸铯的稀溶液,最后蒸发结晶以及烘干后得到硫酸铯成品。本方法生产工艺流程简单,适合工业化生产;原料铯榴石是生产铯盐的主要原料,市场来源广,原料易得;包含两步除杂使工艺控制更宽松,降低了操作要求,产品质量稳定性大大提高。

Description

一种高纯硫酸铯的制备方法
技术领域
本发明涉及无机化合物硫酸铯的制备方法技术领域,尤其涉及一种高纯硫酸铯的制备方法。
背景技术
铯盐在当今工业生产中被广泛应用于医药、催化剂领域;闪烁晶体光电子产业以及高能物理行业,硫酸铯为无色斜方或白色针状晶体,易溶于水、不溶于醇和丙酮,作为制取各种铯盐的基础原料。主要用于分析试剂、微量分析铅、三价铬;特种玻璃;陶瓷;催化剂的助剂。硫酸铯在作为分析试剂和某些催化剂领域已应用多年。现有工艺一般采用碳酸铯与硫酸中和制取硫酸铯,但该工艺在使用中存在如下不足之处:1、原料使用碳酸铯,成本高;2、在中和制备过程中由于产物碳酸是二元弱酸,中和液为酸性,需加入氢氧化铯回调pH值,增大了成本,且碳酸易分解,逸出二氧化碳时,反应剧烈易造成安全事故。
本发明工艺拟采用硫酸酸浸法制备铯矾然后将铯矾通过转化、除杂、浓缩、分离等工序转变成硫酸铯产品,所得产品纯度高,原料简单易得且无安全隐患,工艺流程简单,成本较低,适合工业化生产。
发明内容
针对现有技术中存在的不足,本发明的目的在于提供了一种高纯硫酸铯的制备方法,该方法相对于现有工艺基础精简了合成工序,降低了成本,提高了产品的市场竞争力,操作安全简便,工艺流程简单,适合工业化生产。
为了实现上述目的,本发明的技术构思如下:
铯榴石经酸浸、沉矾、重结晶、氧化钙转化得到硫酸铯的转化液,再经草酸除杂得到硫酸铯的稀溶液,最后蒸发结晶以及烘干后得到硫酸铯成品。其主要反应原理为:
2CsAl(SO4)2+3CaO+3H2O=Cs2SO4+3CaSO4↓+2Al(OH)3↓   (1)
Ca2++H2C2O4=CaC2O4↓+2H+   (2)
进一步,本发明还对各工艺环节的具体条件参数进行了优化,将第3步得到的转化液采用硫酸调节pH值,由于前期加石灰不能彻底去除铝,加硫酸回调将进一步去除不溶性氢氧化铝,从而使得产品的杂质含量非常低;同时在第5步中草酸采用热水溶解,以溶液的形式缓慢加入第4步得到的滤净液中,使得溶液中的钙去除更加完全,从而得到的硫酸铯产品纯度更高。
具体为,一种高纯硫酸铯的制备方法,其步骤如下:
1、酸浸铯榴石:将铯榴石放入35wt%硫酸中酸浸,液固质量比为3︰1,反应温度130℃,反应时间4h,然后保持90℃以上过滤,得酸浸液;
2、将酸浸液自然冷却至室温沉矾,离心分离,分离母液中和处理后排放,分离的铯矾晶体加入纯水进行两次重结晶,每次重结晶的液固质量比为8︰1,每次加纯水溶解后,加热蒸发浓缩至温度为110-130℃、体积为原体积的三分之一后自然冷却至室温结晶,重结晶母液返回步骤1;
3、将两次重结晶后的精制铯矾加2-3倍质量的纯水溶解,温度控制在95℃-110℃,得铯矾溶液,然后加入铯矾溶液中铝元素物质的量的3-5倍的石灰(CaO),石灰以8wt%-15wt%(以CaO计量)的石灰浆形式边搅拌边缓慢加入,加完后继续搅拌反应1h,过滤,滤渣用纯水淋洗两遍,每次用与滤渣等质量的纯水,淋洗液合并至滤液,得转化液;
4、所得转化液采用浓度为30wt%-50wt%的H2SO4调节pH值至7.0~8.0,搅拌下反应10分钟后,复测溶液pH值至7.0~8.0,然后过滤除去不溶性杂质氢氧化铝,得到滤净液;
5、测滤净液中钙元素的物质的量,向滤净液中加入钙元素物质的量的5~20倍的草酸(所述草酸是以30wt%-40wt%的溶液形式加入,草酸用热水溶解),搅拌下反应30分钟后过滤除去不溶性杂质,得到硫酸铯净液;
6、将得到的硫酸铯净液加热蒸发浓缩至温度130-150℃、且有大量晶体析出为止,然后自然冷却至20℃~30℃后离心分离得硫酸铯晶体,分离出的母液返回到步骤4循环使用;
7、将步骤6分离的硫酸铯晶体在110~140℃下烘干4~8h,得产品。
本发明方法中所用的铯榴石含Cs:21~25wt%,粉状(粒度:美国标准200目左右)。
与现有技术相比,本发明的优点和有益效果在于:
1、生产工艺流程简单,适合工业化生产;
2、原料铯榴石是生产铯盐的主要原料,市场来源广,原料易得;
3、包含两步除杂使工艺控制更宽松,降低了操作要求,产品质量稳定性大大提高。
具体实施方式
下面申请人将结合具体的实施例对本发明方法做进一步的详细说明,应理解,以下实施例仅用于阐述本发明,但不在任何意义上解释为对本发明保护范围的限制。
实施例1-4中所用的铯榴石含Cs:21~25wt%,粉状(粒度:美国标准200目左右)。
实施例1:
一种高纯硫酸铯的制备方法,其步骤如下:
1、酸浸铯榴石:将铯榴石粉末放入35wt%硫酸中酸浸,液固质量比为3︰1,反应温度130℃,反应时间4h,然后保持90℃以上过滤,得酸浸液;
2、将酸浸液自然冷却至室温沉矾,离心分离,分离母液中和处理后排放,分离的铯矾晶体加入纯水进行两次重结晶,每次重结晶的液固质量比为8︰1,每次加纯水溶解后,加热蒸发浓缩至温度为110℃、体积为原体积的三分之一后自然冷却至室温结晶,重结晶母液返回步骤1;
3、将两次重结晶后的精制铯矾加2倍质量的纯水溶解,温度控制在95℃,得铯矾溶液,然后加入铯矾溶液中铝元素物质的量的3.8倍的石灰(CaO),石灰以10wt%(以CaO计量)的石灰浆形式边搅拌边缓慢加入,加完后继续搅拌反应1h,过滤,滤渣用纯水淋洗两遍,每次用与滤渣等质量的纯水,淋洗液合并至滤液,得转化液;
4、所得转化液采用浓度为35wt%的H2SO4溶液调节pH值至7.5,搅拌下反应10分钟后,复测溶液pH值为7.5,然后过滤除去不溶性杂质氢氧化铝,得到滤净液;
5、测滤净液中钙元素的量,向滤净液中加入钙元素物质的量的5倍的草酸,草酸是以30wt%的溶液形式加入,搅拌下反应30分钟后过滤除去不溶性杂质,得到硫酸铯净液;
6、将得到的硫酸铯净液加热蒸发浓缩至温度135℃、同时有大量晶体析出为止,然后自然冷却至20℃后离心分离得硫酸铯晶体,分离出的母液返回到步骤4循环使用;
7、将步骤6分离的硫酸铯晶体烘干,烘干温度110℃,烘干时间为8h。所得产品的检验结果见表1。
实施例2:
一种高纯硫酸铯的制备方法,其步骤如下:
1、酸浸铯榴石:将铯榴石粉末放入35wt%硫酸中酸浸,液固质量比为3︰1,反应温度130℃,反应时间4h,然后保持90℃以上过滤,得酸浸液;
2、将酸浸液自然冷却至室温沉矾,离心分离,分离母液中和处理后排放,分离的铯矾晶体加入纯水进行两次重结晶,每次重结晶的液固质量比为8︰1,每次加纯水溶解后,加热蒸发浓缩至温度为115℃、体积为原体积的三分之一后自然冷却至室温结晶,重结晶母液返回步骤1;
3、将两次重结晶后的精制铯矾加2.5倍质量的纯水溶解,温度控制在100℃,得铯矾溶液,然后加入铯矾溶液中铝元素物质的量的4.1倍的石灰(CaO),石灰以9wt%(以CaO计量)的石灰浆形式边搅拌边缓慢加入,加完后继续搅拌反应1h,过滤,滤渣用纯水淋洗两遍,每次用与滤渣等质量的纯水,淋洗液合并至滤液,得转化液;
4、所得转化液采用40wt%H2SO4溶液调节pH值至7.0,搅拌下反应10分钟后,复测溶液pH值为7.0,然后过滤除去不溶性杂质氢氧化铝,得到滤净液;
5、测滤净液中钙元素的量,向滤净液中加入钙元素物质的量的10倍的草酸,草酸是以35wt%的溶液形式加入,搅拌下反应30分钟后过滤除去不溶性杂质,得到硫酸铯净液;
6、将得到的硫酸铯净液加热蒸发浓缩至温度140℃、同时有大量晶体析出为止,然后自然冷却至25℃后离心分离得硫酸铯晶体,分离出的母液返回到步骤4循环使用;
7、将步骤6分离的硫酸铯晶体烘干,烘干温度120℃,烘干时间为7h。所得产品的检验结果见表1。
实施例3:
一种高纯硫酸铯的制备方法,其步骤如下:
1、酸浸铯榴石:将铯榴石粉末放入35wt%硫酸中酸浸,液固质量比为3︰1,反应温度130℃,反应时间4h,然后保持90℃以上过滤,得酸浸液;
2、将酸浸液自然冷却至室温沉矾,离心分离,分离母液中和处理后排放,分离的铯矾晶体加入纯水进行两次重结晶,每次重结晶的液固质量比为8︰1,每次加纯水溶解后,加热蒸发浓缩至温度为120℃、体积为原体积的三分之一后自然冷却至室温结晶,重结晶母液返回步骤1;
3、将两次重结晶后的精制铯矾加2.8倍质量的纯水溶解,温度控制在110℃,得铯矾溶液,然后加入铯矾溶液中铝元素物质的量的4.5倍的石灰(CaO),石灰以10wt%(以CaO计量)的石灰浆形式边搅拌边缓慢加入,加完后继续搅拌反应1h,过滤,滤渣用纯水淋洗两遍,每次用与滤渣等质量的纯水,淋洗液合并至滤液,得转化液液;
4、所得转化液采用30wt%H2SO4溶液调节pH值至7.0,搅拌下反应10分钟后,复测溶液pH值为7.5,然后过滤除去不溶性杂质氢氧化铝,得到滤净液;
5、测滤净液中钙元素的量,向滤净液中加入钙元素物质的量的15倍的草酸,草酸是以40wt%的溶液形式加入,搅拌下反应30分钟后过滤除去不溶性杂质,得到硫酸铯净液;
6、将得到的硫酸铯净液加热蒸发浓缩至温度144℃,同时有大量晶体析出为止,然后自然冷却至27℃后离心分离得硫酸铯晶体,分离出的母液返回到步骤4循环使用;
7、将步骤6分离的硫酸铯晶体烘干,烘干温度130℃,烘干时间为5h。所得产品的检验结果见表1。
实施例4:
一种高纯硫酸铯的制备方法,其步骤如下:
1、酸浸铯榴石:将铯榴石粉末放入35wt%硫酸中酸浸,液固质量比为3︰1,反应温度130℃,反应时间4h,然后保持90℃以上过滤,得酸浸液;
2、将酸浸液自然冷却至室温沉矾,离心分离,分离母液中和处理后排放,分离的铯矾晶体加入纯水进行两次重结晶,每次重结晶的液固质量比为8︰1,每次加纯水溶解后,加热蒸发浓缩至温度为130℃、体积为原体积的三分之一后自然冷却至室温结晶,重结晶母液返回步骤1;
3、将两次重结晶后的精制铯矾加2.3倍质量的纯水溶解,温度控制在110℃,得铯矾溶液,然后加入铯矾溶液中铝元素物质的量的4.8倍的石灰(CaO),石灰以13wt%(以CaO计量)的石灰浆形式边搅拌边缓慢加入,加完后继续搅拌反应1h,过滤,滤渣用纯水淋洗两遍,每次用与滤渣等质量的纯水,淋洗液合并至滤液,得转化液;
4、所得转化液采用35wt%H2SO4溶液调节pH值至7.5,搅拌下反应10分钟后,复测溶液pH值为8.0,然后过滤除去不溶性杂质氢氧化铝,得到滤净液;
5、测滤净液中钙元素的量,向滤净液中加入钙元素物质的量的20倍的草酸,草酸是以35wt%的溶液形式加入,搅拌下反应30分钟后过滤除去不溶性杂质,得到硫酸铯净液;
6、将得到的硫酸铯净液加热蒸发浓缩至温度138℃、同时有大量晶体析出为止,然后自然冷却至24℃后离心分离得硫酸铯晶体,分离出的母液返回到步骤4循环使用;
7、将步骤6分离的硫酸铯晶体烘干,烘干温度140℃,烘干时间为4h。所得产品的检验结果见表1。
表1实施例1-4所得硫酸铯产品的检验结果

Claims (1)

1.一种高纯硫酸铯的制备方法,其步骤如下:
(1)、酸浸铯榴石:将铯榴石放入35wt%硫酸中酸浸,液固质量比为3:1,反应温度130℃,反应时间4h,然后保持90℃以上过滤,得酸浸液;
所述铯榴石为美国标准200目的粉状,所述铯榴石含Cs:21~25 wt%;
(2)、将酸浸液自然冷却至室温沉矾,离心分离,分离母液中和处理后排放,分离的铯矾晶体加入纯水进行两次重结晶,每次重结晶加8倍质量的纯水溶解后,加热蒸发浓缩至温度为110-130℃、体积为原体积的三分之一,自然冷却至室温结晶;
(3)、将两次重结晶后的精制铯矾加2-3倍质量的纯水溶解,温度控制在95℃-110℃,得铯矾溶液,然后加入铯矾溶液中铝元素物质的量的3-5倍的石灰,石灰以8wt%-15wt%的石灰浆形式边搅拌边缓慢加入,加完后继续搅拌反应1h,过滤,滤渣用纯水淋洗两遍,每次用与滤渣等质量的纯水,淋洗液合并至滤液,得转化液;
(4)、所得转化液采用浓度为30wt%-50wt%的H2SO4调节pH值至7.0~8.0,搅拌下反应10分钟后,复测溶液pH值至7.0~8.0,然后过滤除去不溶性杂质氢氧化铝,得到滤净液;
(5)、测滤净液中钙元素的物质的量,向滤净液中加入钙元素物质的量的5~20倍的草酸,所述草酸是以30wt%-40wt%的溶液形式加入,搅拌下反应30分钟后过滤除去不溶性杂质,得到硫酸铯净液;
(6)、将得到的硫酸铯净液加热蒸发浓缩至温度130-150℃、且有大量晶体析出为止,然后自然冷却至20℃~30℃后离心分离得硫酸铯晶体,分离出的母液返回到步骤(4)循环使用;
(7)、将步骤(6)分离的硫酸铯晶体在110~140℃下烘干4~8h,得产品。
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