CN108046298B - 浓缩镁同位素氧化物的纯化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浓缩镁同位素氧化物的纯化方法。该方法采用氢氧化铁共沉淀法及氨水沉淀法对浓缩镁同位素氧化物进行除杂和纯化，将待纯化的浓缩镁同位素氧化物用硝酸溶解，加入Fe(NO₃)₃溶液，用氨水调节pH值至生成氢氧化铁沉淀物，静置后过滤，用该pH值的氨水溶液洗涤沉淀；将滤液加热浓缩，冷却后再加入Fe(NO₃)₃溶液重复以上操作；如此反复2‑5次；过滤后的溶液加入氨水生成氢氧化镁沉淀，静置后用定量滤纸过滤，然后将沉淀置于烘箱中，烘干后将沉淀转移至铂金坩埚中，置于马弗炉中，加热灼烧，冷却后得到产品。该方法操作流程简单、实用，纯化后的高化学纯浓缩镁同位素氧化物纯度均达到4N5以上，产品回收率达90％。

Description

浓缩镁同位素氧化物的纯化方法

技术领域

本发明涉及一种浓缩镁同位素氧化物的纯化方法。

背景技术

在镁同位素标准物质的研制工作中，需要具有高化学纯的浓缩镁同位素氧化物，因此，制备高化学纯浓缩镁同位素氧化物的方法尤为重要。

浓缩镁同位素氧化物²⁴MgO、²⁵MgO、²⁶MgO中常见的杂质元素包括钼、铍、硅、锰、铜、铝、钡、铬、镉、钴、汞、铱、铌、镍、磷、铅、铂、锌、钐、锶、锆、铑、钾、钠等。

氢氧化物共沉淀法属于吸附共沉淀，新生成的氢氧化物是非晶形沉淀，比表面积大，具有良好的吸附和絮凝作用。氢氧化物表面首先吸附溶液中的构晶离子，构晶离子又吸引与其电荷相反的离子，从而产生共沉淀，挟带去除溶解性物质。

氨水沉淀法属于直接沉淀法的一种，该方法的原理是在可溶性的盐溶液中加上氨水，当溶液中的离子与OH^-的离子积超过沉淀化合物的溶度积时即有沉淀从溶液中析出。经陈化、过滤、洗涤、干燥、热处理后可得到反应产物。氨水沉淀法操作简单易行，对设备技术要求不高，产物纯度较高，不易引入其他杂质，生产成本较低。

本发明基于氢氧化铁共沉淀及氨水沉淀开发了一种镁除杂的纯化方法，实现了浓缩镁同位素中常见杂质元素的有效分离及镁同位素氧化物基体的纯化，制备出高化学纯的浓缩镁同位素氧化物。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有效去除浓缩镁同位素氧化物中杂质元素的纯化方法。本发明提出了一种浓缩镁同位素氧化物采用氢氧化铁共沉淀及氨水沉淀镁除杂的纯化方法，实现了浓缩²⁴MgO，²⁵MgO，²⁶MgO的纯化，制得的高化学纯浓缩镁同位素氧化物产品，纯度达4N5(99.995％)。

本发明中采用氢氧化铁共沉淀法，在适宜的酸度条件下，利用氢氧化铁作载体，将杂质元素与氢氧化铁共沉淀，而镁主体不沉淀，实现镁中可被氢氧化铁共沉淀的杂质元素的分离。

本发明中采用氨水沉淀法，利用氨水沉淀镁主体生成氢氧化镁沉淀时与在氨水中以可溶性离子存在的Ag⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺、K⁺、Na⁺、Rb⁺等杂质元素的分离。氢氧化铁共沉淀法作为微量杂质元素富集与分离的方法，氨水沉淀法用于生成氢氧化物沉淀与氨络离子元素的分离。

一种浓缩镁同位素氧化物的纯化方法，该方法采用氢氧化铁共沉淀法及氨水沉淀法对浓缩镁同位素氧化物进行除杂和纯化，包括以下步骤：

(1)氢氧化铁共沉淀法：将待纯化的浓缩镁同位素氧化物用硝酸溶解，加入Fe(NO₃)₃溶液，用氨水调节pH值至生成氢氧化铁沉淀物，静置后过滤，用具有该相同pH值的氨水溶液洗涤沉淀；将滤液加热浓缩，冷却后再加入Fe(NO₃)₃溶液重复以上操作；如此反复2-5次直至目标杂质去除达到要求为止；

(2)氨水沉淀法：过滤后的溶液，加入氨水生成氢氧化镁沉淀，静置后用定量滤纸过滤，然后将沉淀置于烘箱中，烘干后将沉淀转移至铂金坩埚中，盖上铂金坩埚盖后置于马弗炉中，加热灼烧，冷却后得到高化学纯浓缩镁同位素氧化物产品。

本发明步骤(1)中，浓缩镁同位素氧化物为浓缩²⁴MgO，²⁵MgO或²⁶MgO。

浓缩镁同位素氧化物样品用纯水润湿，加入略多于根据氧化镁与硝酸的化学反应方程式计算的硝酸量。

加入的Fe(NO₃)₃溶液应为纯的溶液，避免由此引入其它杂质。优选的，每1g待纯化的浓缩镁同位素氧化物中，Fe(NO₃)₃加入量为1-25mg；Fe(NO₃)₃的浓度可在1-5mg/mL之间；每1g待纯化的浓缩镁同位素氧化物中，Fe(NO₃)₃溶液加入量1-5mL。

用氨水调节pH值至生成氢氧化铁沉淀物，采用氨水的浓度为30-50vol％，所述的pH值在5-9之间，优选为7左右。

在氢氧化铁共沉淀除杂过程中需对滤液中目标元素(目标杂质)采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)进行监测，以了解分离除杂的效果，从而决定加入Fe(NO₃)₃溶液反复共沉淀的次数。

氢氧化铁共沉淀法中，以生成的氢氧化铁作载体，与钼、铍、硅、锰、铜、铝、钡、铬、镉、钴、汞、铱、铌、镍、磷、铅、铂、锌、钐等杂质生成共沉淀。

步骤(2)中，在过滤后的溶液中加入氨水，氨水在混合溶液中的浓度为30-50vol％时，氢氧化镁的沉淀率大于98％。本发明中采用氨水生成氢氧化镁过程中，实验表明，在一定的镁浓度条件下，氢氧化镁的沉淀率与加入的氨水量相关，选择沉淀后的溶液中氨水的浓度为30-50vol％之间的某浓度，可得到最佳的氢氧化镁沉淀率，沉淀率大于98％。

所述烘干的温度为85-95℃；优选在400-700℃下加热灼烧1-2h。

本发明中所使用的硝酸及氨水均为MOS级纯度，Fe(NO₃)₃溶液为优级纯。

本发明对于浓缩镁同位素氧化物中杂质元素的分离，一方面是基于氢氧化铁共沉淀法，即在适宜的酸度条件下，利用氢氧化铁作载体，将杂质元素与氢氧化铁共沉淀，而镁主体不沉淀，实现镁中可被氢氧化铁共沉淀的杂质元素的分离；另一方面，基于氨水沉淀法，即利用氨水沉淀镁主体生成氢氧化镁沉淀时与在氨水中以可溶性离子存在的Ag⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺、K⁺、Na⁺、Rb⁺等杂质元素的分离。

基于上述氢氧化铁共沉淀及氨水沉淀镁除杂的纯化方法，实现了浓缩镁同位素中常见杂质元素如钼、铍、硅、锰、铜、铝、钡、铬、镉、钴、汞、铱、铌、镍、磷、铅、铂、锌、钐、锶、锆、铑、钾、钠等的有效分离、镁同位素氧化物基体的纯化，制备出高化学纯的浓缩镁同位素氧化物。

本发明的优点：

本发明通过引入Fe(NO₃)₃溶液，实现了浓缩镁同位素氧化物的氢氧化铁共沉淀及氨水沉淀镁除杂的一种纯化方法，并通过热分解法制得纯度达4N5的浓缩镁同位素氧化物产品。本发明方法对于仅有很少量(如0.X-1.X克)，难以获得而又极其珍贵的浓缩镁同位素氧化物样品的纯化处理而言，操作流程简单、实用，纯化后的浓缩镁同位素氧化物纯度高。

该方法操作简单，实用性强，能有效地去除杂质元素，制得的高化学纯浓缩镁同位素氧化物产品，纯度达4N5(99.995％)。

具体实施方式

本发明浓缩镁同位素氧化物的氢氧化铁共沉淀及氨水沉淀镁除杂的纯化方法，该方法包括以下步骤：

(1)将待纯化的浓缩镁同位素用一定量的硝酸溶解，加入一定量的纯Fe(NO₃)₃溶液，用氨水逐渐调节pH值至生成氢氧化铁沉淀物，控制pH在5-9，以生成的氢氧化铁作载体，与钼、铍、硅、锰、铜、铝、钡、铬、镉、钴、汞、铱、铌、镍、磷、铅、铂、锌、钐等杂质生成共沉淀。静置后过滤，用相同pH值的氨水溶液洗涤沉淀。将滤液加热浓缩至一定体积，冷却后又加入一定量的纯Fe(NO₃)₃溶液重复以上操作。如此反复2-5次直至目标杂质去除至满足要求为止。其中，所使用的硝酸及氨水均为MOS级纯度，Fe(NO₃)₃溶液为优级纯。在氢氧化铁除杂过程中需对滤液中目标元素采用ICP-MS进行监测，以了解分离除杂的效果，从而决定加入Fe(NO₃)₃溶液反复共沉淀的次数。

(2)将过滤后的溶液调整至适当体积，加入适量的氨水生成氢氧化镁沉淀，使沉淀后的溶液中氨水的浓度在30-50vol％之间，静置后用处理过的定量滤纸过滤，然后将沉淀置于烘箱中，85-90℃下烘干后将沉淀转移至铂金坩埚中，盖上铂金坩埚盖后置于马弗炉中，400-700℃之间的某温度下灼烧1-2h，冷却得到浓缩镁同位素氧化物产品。其中，采用氨水生成氢氧化镁过程中，实验表明，在镁量相同的情况下，氢氧化镁的沉淀率与加入的氨水量相关，选择沉淀后的溶液中氨水的浓度为30-50vol％之间的某浓度，可得到最佳的氢氧化镁沉淀率，沉淀率大于98％。

实施例1：氧化镁的氢氧化铁共沉淀及氨水沉淀镁除杂纯化模拟试验

综合考虑待纯化的²⁴MgO，²⁵MgO，²⁶MgO浓缩镁同位素氧化物样品中杂质较多的元素钼、铍、硅、锰、铜、铝、铁、钡、铬、镉、钴、汞、铱、铌、镍、磷、铅、铂、锌、钐、钠，采用加入杂质的方法进行模拟试验。

称取优级纯的氧化镁样品1.0克，按照下表计算量加入待分离的杂质元素及相应的加入体积及加入量，制成待处理的样品。

将待处理的样品用硝酸溶解，加入1-5mL的纯Fe(NO₃)₃溶液，Fe(NO₃)₃的浓度为1-5mg/mL，用氨水(浓度为30-50vol％)逐渐调节pH值至生成氢氧化铁沉淀物，控制pH值在7左右，静置后过滤，用pH值在7左右的氨水溶液洗涤沉淀。将滤液加热浓缩至一定体积，冷却后又加入1-5mL的纯Fe(NO₃)₃溶液，重复以上操作。如此反复2-5次直至目标杂质去除至满足要求为止。

将过滤后的溶液调整至适当体积，加入适量的氨水生成氢氧化镁沉淀，使沉淀后的溶液中氨水的浓度在30-50vol％之间，静置后用处理过的定量滤纸过滤，然后将沉淀置于烘箱中，85-95℃下烘干后将沉淀转移至铂金坩埚中，盖上铂金坩埚盖后置于马弗炉中，400-700℃之间的某温度下灼烧1-2h，冷却得到氧化镁产品。

分别取氧化镁原料及产品，采用ICP-MS进行分析相关杂质元素，计算杂质去除率。相关结果见表1。可以看出，表中所列杂质元素均得到了有效的去除。

表1氧化镁中杂质元素的氢氧化铁共沉淀及氨水沉淀镁除杂模拟试验及结果

实施例2：浓缩²⁴MgO的提纯

1)样品的溶解

将约0.7g纯度为2N6的²⁴MgO浓缩同位素氧化物样品置于洁净的4F烧杯中，用少量纯水润湿，加入略多于根据氧化镁与硝酸的化学反应方程式计算的HNO₃量，低温加热令其缓慢溶解。

2)氢氧化铁共沉淀除杂。

加入一定量的纯Fe(NO₃)₃溶液，Fe(NO₃)₃的浓度为1-5mg/mL，每1g待纯化的样品中，Fe(NO₃)₃溶液加入量1-5mL；用氨水逐渐调节pH值至生成氢氧化铁沉淀物，控制pH值在7左右。静置后过滤，用pH约7的弱氨水溶液洗涤沉淀。将滤液加热浓缩至一定体积，冷却后又加入一定量的纯Fe(NO₃)₃溶液(Fe(NO₃)₃的浓度为1-5mg/mL，每1g待纯化的样品中，Fe(NO₃)₃溶液加入量1-5mL)重复以上操作。如此反复2-5次，直至目标杂质去除至满足要求为止。

3)氨水除杂、主体镁的沉淀及氧化镁的制备。

将过滤后的溶液调整至适当体积，加入适量的氨水生成氢氧化镁沉淀，使沉淀后的溶液中氨水的浓度在30-50vol％之间，静置后用处理过的定量滤纸过滤，然后将沉淀连同漏斗置于烘箱中，85-95℃下烘干后将沉淀转移至铂金坩埚中，盖上铂金坩埚盖后置于马弗炉中，400-700℃之间的某温度下灼烧1-2h，冷却得到²⁴MgO产品。

4)产品纯度及回收率

用ICP-MS法对提纯后的产品进行分析，并与提纯前原材料中杂质含量进行对比。相关数据如表2所示。提纯后的²⁴MgO产品纯度达4N5，回收率为92％。

表2浓缩²⁴MgO提纯前后分析结果(单位：μg/g)

实施例3：浓缩²⁵MgO的提纯

称取约0.5g纯度为3N7的浓缩²⁵MgO样品，按照实施例2中的步骤1)～3)进行提纯。用ICP-MS法对提纯后的产品进行分析，并与提纯前原材料中杂质含量进行对比。相关数据如表3所示。提纯后的²⁵MgO产品纯度达4N5，回收率为93％。

表3浓缩²⁵MgO提纯前后分析结果(单位：μg/g)

实施例4：浓缩²⁶MgO的提纯

称取约0.5g纯度为3N6的浓缩²⁶MgO样品，按照实施例2中的步骤1)～3)进行提纯。用ICP-MS法对提纯后的产品进行分析，并与提纯前原材料中杂质含量进行对比。相关数据如表4所示。提纯后的²⁶MgO产品纯度达4N5，回收率为89％。

表4浓缩²⁶MgO提纯前后分析结果对比(单位：μg/g)

本发明基于氢氧化铁共沉淀以及氨水沉淀镁除杂的纯化方法，实现了浓缩镁同位素中常见杂质元素如钼、铍、硅、锰、铜、铝、钡、铬、镉、钴、汞、铱、铌、镍、磷、铅、铂、锌、钐、锶、锆、铑、钾、钠等的有效分离、镁同位素氧化物基体的纯化。方法操作流程简单、实用，纯化后的高化学纯的浓缩²⁴MgO，²⁵MgO，²⁶MgO纯度均达到4N5以上，产品回收率在90％左右。

Claims (7)

1.一种浓缩镁同位素氧化物的纯化方法，其特征在于：采用氢氧化铁共沉淀法及氨水沉淀法对浓缩镁同位素氧化物进行除杂和纯化，包括以下步骤：

(1)将待纯化的浓缩镁同位素氧化物用硝酸溶解，加入浓度为1-5mg/mL的Fe(NO₃)₃溶液，每1g待纯化的浓缩镁同位素氧化物中，Fe(NO₃)₃加入量为1-25mg，用浓度为30-50vol％的氨水调节pH值至生成氢氧化铁沉淀物，pH值为5-9，静置后过滤，用具有相同pH值的氨水溶液洗涤沉淀；将滤液加热浓缩，冷却后再加入Fe(NO₃)₃溶液重复以上操作；如此反复2-5次直至目标杂质去除达到要求为止；

(2)过滤后的溶液，加入氨水生成氢氧化镁沉淀，静置后用定量滤纸过滤，然后将沉淀置于烘箱中，烘干后将沉淀转移至铂金坩埚中，盖上铂金坩埚盖后置于马弗炉中，加热灼烧，冷却后得到高化学纯浓缩镁同位素氧化物产品。

2.根据权利要求1所述的浓缩镁同位素氧化物的纯化方法，其特征在于：所述的浓缩镁同位素氧化物为浓缩²⁴MgO，²⁵MgO或²⁶MgO。

3.根据权利要求1所述的浓缩镁同位素氧化物的纯化方法，其特征在于：每1g待纯化的浓缩镁同位素氧化物中，Fe(NO₃)₃溶液的加入量为1-5mL。

4.根据权利要求1所述的浓缩镁同位素氧化物的纯化方法，其特征在于：在氢氧化铁共沉淀除杂过程中对滤液中目标杂质采用电感耦合等离子体质谱进行监测，从而决定加入Fe(NO₃)₃溶液反复共沉淀的次数。

5.根据权利要求1所述的浓缩镁同位素氧化物的纯化方法，其特征在于：在过滤后的溶液中加入氨水，氨水在混合溶液中的浓度为30-50vol％时，氢氧化镁的沉淀率大于98％。

6.根据权利要求1所述的浓缩镁同位素氧化物的纯化方法，其特征在于：所述烘干的温度为85-95℃；在400-700℃下加热灼烧1-2h。

7.根据权利要求1所述的浓缩镁同位素氧化物的纯化方法，其特征在于：所述的硝酸及氨水均为MOS级纯度，Fe(NO₃)₃溶液为优级纯。