CN107021519B - 一种高纯无水溴化镧粉末的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高纯无水溴化镧粉末的制备方法，本发明公开了一种选用质量百分比为99.999％的碳酸镧放入反应容器中；加入40％氢溴酸进行反应；过滤，去除杂质，形成纯净地溴化镧溶液；将所述的溴化镧溶液中，加入氢溴酸或碳酸镧或水合肼或氢氧化镧中的任意一种溶液，将PH值调节至7‑8之间；所得溴化镧溶液经浓缩、结晶、过滤，再将所得结晶体溶解于水中，随后较佳操作为再次过滤即得到溴化镧无色澄清水溶液将溴化镧水溶液脱水得到含有0.5‑1个结晶水的溴化镧粉末，然后真空高温脱水处理，得到高纯无水溴化镧粉末。

Description

一种高纯无水溴化镧粉末的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高纯无水溴化镧粉末的制备方法，属于稀土材料制备领域。
背景技术
闪烁晶体是指在射线(x射线、γ射线等)或高能粒子作用下能发出紫外或可见光的晶体，闪烁晶体可以做成探测器，在高能物理与核物理、影响核医学诊断(XCT、PET)地质勘探、天文空间物理学以及安全稽查等领域得到广泛应用。随着应用领域的不断拓宽，不同应用领域对无机闪烁体也提出了更高的要求，传统NaI(TI)闪烁晶体探测器已不能满足新领域的应用需求。
近年来，溴化镧晶体的出现，引起了闪烁晶体领域及核探测器领域的普遍关注。该晶体能具有良好的高光输出、能量分辨率和快衰减常数。通过伽马能谱测量与分析实现放射性核素识别，并有望全面取代传统NaI(TI)闪烁晶体而应用于多个领域，如医学成像、港口安检、工业无损检查等。但由于无水溴化镧原料极其昂贵，原料和晶体极易潮解，晶体加工和封装困难，限制了溴化镧晶体的实际应用。
随着溴化镧闪烁晶体的发展，对高纯无水溴化镧粉末的需求也日益迫切，高纯的无水溴化镧粉末对于制备高质量溴化镧晶体至关重要。
目前制备无水溴化镧的方法有以下几种：
(1)将碳酸镧用40％氢溴酸溶解，m碳酸镧：m氢溴酸＝1:1.6，经浓缩得到LaBr3·6H2O，按重量比为mLaBr3·6H2O：mNH4Br＝1:0.8混合，将混合物放入瓷钵中，利用水喷射泵抽真空，当升温炉中真空度达到0.08Pa时，设定升温程序加热脱水得到无水溴化镧。该方法对温度控制要求较苛刻，反应过程较复杂。
(2)将溴化铵与氧化镧均匀混合，在其混合物上放置覆盖物来实现一定的密闭环境，然后升温脱水得到无水溴化镧。该方法得到无水溴化镧易板结，反应过程中有溴化氢和氨气溢出，污染环境。
现有的溴化镧稀土闪烁材料的粉体也存在着极易潮解和处理的困难缺陷，其制备过程对制备环境要求较高，导致目前高纯无水溴化镧生产工艺较复杂，产品成本控制较高。因此如何高效制备高纯无水溴化镧粉末成为国内外科研人员致力研究并亟待解决的问题之一。
发明内容
基于上述在高纯无水溴化镧生产过程中的缺点，本发明提供了一种高纯无水溴化镧粉末的制备方法，该方法克服了现有无水溴化镧制备过程复杂、制备环境苛刻且还会产生环境污染的缺陷。本发明制备过程操作简单，无环境污染，不易氧化，易于规模化生产。得到的高纯无水溴化镧粉末含水量＜0.1％，可直接用于溴化镧闪烁晶体生长。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
S100:选用质量百分比为99.999％的碳酸镧放入反应容器中；
S101:加入40％氢溴酸进行反应，形成溶液；
S102:过滤S101步骤中形成的所述的溶液，去除杂质，形成滤液；
S103:将在S102步骤中形成滤渣进行收集处理，进行无害化处理；
S104:经过S101和S102步骤处理后；形成溴化镧溶液；
S105:在S104步骤中所述的溴化镧溶液中，加入氢溴酸或碳酸镧或水合肼或氢氧化镧中的任意一种溶液，将PH值调节至7-8之间；所得溴化镧溶液经浓缩、结晶、过滤，再将所得结晶体溶解于水中，随后较佳操作为再次过滤即得到溴化镧无色澄清水溶液。
S106:经过S105步骤处理后形成中性或者偏碱性的溴化镧溶液；
S107:将S106步骤中所述的中性或者偏碱性的溴化镧溶液，浓缩结晶，再将所得的结晶体溶解于水中，进行二次过滤；
S108:将S107步骤后得到溴化镧水溶液；
S109:将S108步骤中的所述的溴化镧水溶液，置于钛制容器中，在钛制容器中，充入氩气，在氩气保护气氛中，将所述的溴化镧水溶液加热至400℃-500℃后，进行搅拌脱水处理；所述的反应容器较佳为钛制容器，如钛桶。
S110:经过S109步骤后，直至得到0.5-1个结晶水溴化镧粉末；
S111:将S110步骤中所述的0.5-1个结晶水溴化镧粉末，封装在石英玻璃管中，然后进行高温脱水处理；
S112：经过S111步骤后，得到无水溴化镧粉末，并将所述的无水溴化镧粉末脱水完成后，使用氢氧焰对脱水后的石英玻璃管口进行灼烧，使石英管口融化封住管口；使石英玻璃管内压力维持在1×10-3Pa，便于无水溴化镧粉末的保存。
较佳地，进一步所述的一种高纯无水溴化镧粉末的制备方法，其特征在于，在S109中所述的溴化镧水溶液加热，其加热速度为5-10℃/min，加热至温度400-500℃，边加热边搅拌直至所述的溴化镧水溶液变为粉体。
较佳地，进一步所述的一种高纯无水溴化镧粉末的制备方法，其特征在于，在S109中所述的溴化镧水溶液的搅拌为叶片式搅拌，转速为60转/分钟。
较佳地，进一步所述的一种高纯无水溴化镧粉末的制备方法，其特征在于，在S111步骤中所述的封装，封装时需在干燥房内，大颗粒用研钵研碎，干燥房内露点在-30℃-50℃。
较佳地，进一步所述的一种高纯无水溴化镧粉末的制备方法，其特征在于，在S111步骤中所述的高温脱水处理，其步骤是利用扩散泵使石英玻璃管内真空度达到1×10-3Pa以上；将所述的0.5-1个结晶水的溴化镧粉末的温度加热至500-600℃，加热速率为2℃/min，并保温40-50h；并在所述的高温脱水处理过程中，封装有所述的0.5-1个结晶水的溴化镧粉末的石英玻璃管上下震荡，有效防止溴化镧板结。
较佳地，进一步按权利要求1-5中所述的任意一种高纯无水溴化镧粉末的制备方法，其特征在于，生产的无水溴化镧粉末，其含水量＜0.1％。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：本发明涉及一种高纯无水溴化镧粉末的制备方法。所述的高纯无水溴化镧粉末制备方法操作简单，无环境污染，易于规模化生产，制得的产品纯度高，含水量少，其含水量＜0.1％；可长时间保存不易潮解氧化，可直接用于溴化镧闪烁晶体生长。
附图说明
图1是本发明的高纯无水溴化镧粉末的制备方法的工艺流程图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1，按照附图1工艺流程图所示的：
S100:选用质量百分比为99.999％的碳酸镧100g置于1000ml的烧杯中
S101:加入500mL的40％氢溴酸进行反应，搅拌使之充分反应，至溶液的pH值调至6并形成溶液；
S102:过滤S101步骤中形成的所述的溶液，去除杂质，形成滤液；
S103:将在S102步骤中形成滤渣进行收集处理，进行无害化处理；
S104:经过S101和S102步骤处理后；形成溴化镧溶液；
S105:在S104步骤中所述的溴化镧溶液中，加入水合肼溶液，将PH值调节至7；
S106:经过S105步骤处理后形成中性的溴化镧溶液；
S107:将S106步骤中所述的中性的溴化镧溶液，浓缩结晶，再将所得的结晶体溶解于水中，进行二次过滤；
S108:将S107步骤后得到溴化镧水溶液；
S109:将S108步骤中的所述的溴化镧水溶液，置于钛制容器中，在钛制容器中，冲入氩气，在氩气保护气氛中，以60转/分钟的搅拌速度，加热速度为5℃/min，将所述的溴化镧水溶液加热至400℃后，进行以搅拌脱水处理；搅拌为叶片式搅拌。
S110:经过S109步骤后，直至得到0.5-1个结晶水溴化镧粉末；
S111:将S110步骤中所述的0.5-1个结晶水溴化镧粉末，封装在石英玻璃管中，然后进行高温脱水处理；高温脱水处理步骤是利用扩散泵将石英玻璃管中压力控制在1×10- 3Pa，加热至500℃，加热速率为2℃/min，保温40h。
S112：经过S111步骤后，得到无水溴化镧粉末，并将所述的无水溴化镧粉末脱水完成后，使用氢氧焰对脱水后的石英玻璃管口进行灼烧，使石英管口融化封住管口；使石英玻璃管内压力维持在1×10-3Pa。
实施例2，按照附图1工艺流程图所示的，
S100:选用质量百分比为99.999％的碳酸镧100g置于1000ml的烧杯中
S101:加入500mL的40％氢溴酸进行反应，搅拌使之充分反应，至溶液的pH值调至7并形成溶液；
S102:过滤S101步骤中形成的所述的溶液，去除杂质，形成滤液；
S103:将在S102步骤中形成滤渣进行收集处理，进行无害化处理；
S104:经过S101和S102步骤处理后；形成溴化镧溶液；
S105:在S104步骤中所述的溴化镧溶液中，加入水合肼溶液，将PH值调节至8；
S106:经过S105步骤处理后形成碱性的溴化镧溶液；
S107:将S106步骤中所述的碱性的溴化镧溶液，浓缩结晶，再将所得的结晶体溶解于水中，进行二次过滤；
S108:将S107步骤后得到溴化镧水溶液；
S109:将S108步骤中的所述的溴化镧水溶液，置于钛制容器中，在钛制容器中，冲入氩气，在氩气保护气氛中，以60转/分钟的搅拌速度，加热速度为10℃/min，将所述的溴化镧水溶液加热至450℃后，进行以搅拌脱水处理；搅拌为叶片式搅拌。
S110:经过S109步骤后，直至得到0.5-1个结晶水溴化镧粉末；
S111:将S110步骤中所述的0.5-1个结晶水溴化镧粉末，封装在石英玻璃管中，然后进行高温脱水处理；高温脱水处理步骤是利用扩散泵将石英玻璃管中压力控制在1×10- 3Pa，加热至550℃，加热速率为2℃/min，保温45h。
S112：经过S111步骤后，得到无水溴化镧粉末，并将所述的无水溴化镧粉末脱水完成后，使用氢氧焰对脱水后的石英玻璃管口进行灼烧，使石英管口融化封住管口；使石英玻璃管内压力维持在1×10-3Pa。
实施例3，按照附图1工艺流程图所示的，
S100:选用质量百分比为99.999％的碳酸镧100g置于1000ml的烧杯中
S101:加入500mL的40％氢溴酸进行反应，搅拌使之充分反应，至溶液的pH值调至7并形成溶液；
S102:过滤S101步骤中形成的所述的溶液，去除杂质，形成滤液；
S103:将在S102步骤中形成滤渣进行收集处理，进行无害化处理；
S104:经过S101和S102步骤处理后；形成溴化镧溶液；
S105:在S104步骤中所述的溴化镧溶液中，加入氢氧化镧溶液，将PH值调节至8；
S106:经过S105步骤处理后形成碱性的溴化镧溶液；
S107:将S106步骤中所述的碱性的溴化镧溶液，浓缩结晶，再将所得的结晶体溶解于水中，进行二次过滤；
S108:将S107步骤后得到溴化镧水溶液；
S109:将S108步骤中的所述的溴化镧水溶液，置于钛制容器中，在钛制容器中，冲入氩气，在氩气保护气氛中，以60转/分钟的搅拌速度，加热速度为5℃-10℃/min，将所述的溴化镧水溶液加热至500℃后，进行以搅拌脱水处理；搅拌为叶片式搅拌。
S110:经过S109步骤后，直至得到0.5-1个结晶水溴化镧粉末；
S111:将S110步骤中所述的0.5-1个结晶水溴化镧粉末，封装在石英玻璃管中，然后进行高温脱水处理；高温脱水处理步骤是利用扩散泵将石英玻璃管中压力控制在1×10- 3Pa，加热至600℃，加热速率为2℃/min，保温50h。
S112：经过S111步骤后，得到无水溴化镧粉末，并将所述的无水溴化镧粉末脱水完成后，使用氢氧焰对脱水后的石英玻璃管口进行灼烧，使石英管口融化封住管口；使石英玻璃管内压力维持在1×10-3Pa。
按照实施例1-实施例3中，在S111步骤中所述的封装，封装时需在干燥房内，大颗粒用研钵研碎，干燥房内露点在-30℃-50℃。
按实施例1-实施例3中的生产流程，采用高纯无水溴化镧粉末的制备方法，生产的无水溴化镧粉末，其含水量＜0.1％。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种高纯无水溴化镧粉末的制备方法，其特征在于，其操作步骤如下：
S100:选用质量百分比为99.999％的碳酸镧放入反应容器中；
S101:加入40％氢溴酸进行反应，形成溶液；
S102:过滤S101步骤中形成的所述的溶液，去除杂质，形成滤液；
S103:将在S102步骤中形成滤渣进行收集处理，进行无害化处理；
S104:经过S101和S102步骤处理后，形成溴化镧溶液；
S105:在S104步骤中所述的溴化镧溶液中，加入氢溴酸或碳酸镧或水合肼或氢氧化镧中的任意一种溶液，将PH值调节至7-8之间；
S106:经过S105步骤处理后形成中性或者偏碱性的溴化镧溶液；
S107:将S106步骤中所述的中性或者偏碱性的溴化镧溶液，浓缩结晶，再将所得的结晶体溶解于水中，进行二次过滤；
S108:将S107步骤后得到溴化镧水溶液；
S109:将S108步骤中的所述的溴化镧水溶液，置于钛制容器中，在钛制容器中，充入氩气，在氩气保护气氛中，将所述的溴化镧水溶液加热至400℃-500℃后，进行搅拌脱水处理；
S110:经过S109步骤后，直至得到0.5-1个结晶水溴化镧粉末；
S111:将S110步骤中所述的0.5-1个结晶水溴化镧粉末，封装在石英玻璃管中，然后进行高温脱水处理；
S112：经过S111步骤后，得到无水溴化镧粉末，并将所述的无水溴化镧粉末脱水完成后，使用氢氧焰对脱水后的石英玻璃管口进行灼烧，使石英管口融化封住管口；使石英玻璃管内压力维持在1×10-3Pa。
2.如权利要求1所述的一种高纯无水溴化镧粉末的制备方法，其特征在于，在S109中所述的溴化镧水溶液加热，其加热速度为5-10℃/min，加热至温度400-500℃，边加热边搅拌直至所述的溴化镧水溶液变为粉体。
3.如权利要求1所述的一种高纯无水溴化镧粉末的制备方法，其特征在于，在S109中所述的溴化镧水溶液的搅拌为叶片式搅拌，转速为60转/分钟。
4.如权利要求1所述的一种高纯无水溴化镧粉末的制备方法，其特征在于，在S111步骤中所述的封装，封装时需在干燥房内，大颗粒用研钵研碎，干燥房内露点在-30℃-50℃。
5.如权利要求1所述的一种高纯无水溴化镧粉末的制备方法，其特征在于，在S111步骤中所述的高温脱水处理，其步骤是利用扩散泵使石英玻璃管内真空度达到1×10-3Pa以上；将所述的0.5-1个结晶水的溴化镧粉末的温度加热至500-600℃，加热速率为2℃/min，并保温40-50h；并在所述的高温脱水处理过程中，封装有所述的0.5-1个结晶水的溴化镧粉末的石英玻璃管上下震荡。
6.按权利要求1-5中所述的任意一种高纯无水溴化镧粉末的制备方法，其特征在于，采用其方法生产的无水溴化镧粉末，其含水量＜0.1％。
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