CN109055778A - 一种金属钠中去除金属钾的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属钠中去除金属钾的方法，将金属钠与基础溶剂混合熔融，然后加入除钾试剂继续搅拌升温至100～200℃，搅拌反应4～12小时，降温至100～110℃，停止搅拌并缓慢降温得到纯净的金属钠固体；所述基础溶剂是沸点高于金属钠熔点但不与金属钠反应的物质；所述除钾试剂是只与金属钾反应、或者与金属钠和金属钾同时反应生成有机金属化合物的物质。本发明方法去除金属钠中的金属钾，可以将金属钾含量降低到原来值的50％以下，效率较高，在去除金属钠中的金属钾上具有安全、廉价、高效等优点。

Description

一种金属钠中去除金属钾的方法
技术领域
本发明涉及化工分离提纯技术领域，具体涉及一种金属钠中去除金属钾的技术。
背景技术
金属钠采用电解氯化钠的方式来生产，而氯化钠中不可避免的掺杂有氯化钾，而且氯化钾与氯化钠的分离极为困难，因此采用电解氯化钠方式生产的金属钠中含有一定量的金属钾，而且金属钾的含量与氯化钠中的钾含量有直接关系。
新一代的快中子反应堆采用金属钠作为冷却介质，对金属钠的要求较高，不仅仅要求金属钠纯度和钙含量低，还要要求金属钠中氧含量要低，钾含量要低。由于在快堆直接与快中子发生接触的一回路金属钠会受到大量的中子轰击，而金属钠中的金属钾会发生核反应，正常钾中的同位素(39K，93.10％)会经过(n，p)反应生成39Ar，其半衰期为270y，β-衰变，能量为0.57MeV；同时同位素(41K，6.88％)会经过(n，p)反应生成41Ar，其半衰期为1.83h，β-衰变，能量为1.20MeV,随后会释放1.29MeV的γ射线。这两种氩的同位素都会增加氩气中放射性的含量，导致反应堆覆盖气的放射性水平增加，从而增加了操作人员和环境的辐射剂量。同时，钾的含量影响钠的传热性能，当钾的值大于1×10-3时，钠的导热率会明显下降(约1％)。因此控制钾含量是快中子反应堆中金属钠的一个重要指标。
但是金属钾和金属钠同属于碱金属主族，因此它们的化学性质及其接近，而且金属钠与金属钾完全互溶，因此金属钠中去除金属钾十分困难。目前国际上的核电站用金属钠对钾的要求为小于0.02％，而国内要求为小于0.03％，目前国内外生产核电站用金属钠主要去除钙氧等杂质，尚无法去除金属钠中的钾，国内外尚无成熟的除钾工艺。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种方法简单、除钾效率高、成本低的金属钠中去除金属钾的方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种金属钠中去除金属钾的方法，将金属钠与基础溶剂混合熔融，然后加入除钾试剂继续搅拌升温至100～200℃，搅拌反应4～12小时，降温至100～110℃，停止搅拌并缓慢降温得到纯净的金属钠固体；所述基础溶剂是沸点高于金属钠熔点但不与金属钠反应的物质；所述除钾试剂是只与金属钾反应、或者与金属钠和金属钾同时反应生成有机金属化合物的物质。
作为改进的一种技术方案，所述除钾试剂与金属钠和金属钾反应生成的有机金属化合物能够溶于所述基础溶剂。
作为优选的一种技术方案，所述基础溶剂包含醚类、烷烃、环烷烃、芳香烃有机物。
作为进一步优选的技术方案，所述基础溶剂包含石蜡油、二乙二醇二甲醚、1，4-二氧六环、甲苯、二甲苯、三乙二醇二甲醚或乙二醇二乙醚。
作为改进的一种技术方案，所述除钾试剂为一种可溶于基础溶剂的物质。
作为优选的一种技术方案，所述除钾试剂包含但并不限于通式为RX的卤代有机物、通式为R1HgR2的有机汞化合物、通式为MNH2的金属氨化物、通式为RH的具有活性氢的有机物、能与钠和钾反应的不饱和有机物。
作为进一步优选的技术方案，所述除钾试剂为卤代烷烃、卤代环烷烃、卤代芳香烃、烷基汞、芳香汞。
作为再进一步优选的技术方案，所述除钾试剂包含氯丁烷、氯苯、氨基钠、三苯基氢化锡、三苯基氢化锗、二茂铁、萘、蒽或苯乙烯。
作为改进的一种技术方案，所述方法在惰性环境中进行。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明金属钠中去除金属钾的方法，将金属钠与基础溶剂混合熔融，然后加入除钾试剂继续搅拌，停止搅拌并缓慢降温得到纯净的金属钠固体；所述基础溶剂是沸点高于金属钠熔点但不与金属钠反应的物质；所述除钾试剂是只与金属钾反应、或者与金属钠和金属钾同时反应生成有机金属化合物的物质。本发明方法去除金属钠中的金属钾，可以将金属钾含量降低到原来值的50％以下。
采用本发明方法去除金属钠中的金属钾，效率高，能够在12小时内完成去除过程，如果设计为工业流程，则整个工艺短于24小时。该方法在去除金属钠中的金属钾上具有安全、廉价、高效等优点。
具体实施方式
下面结合具体的实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
在氩气保护装置内加入除水除醇的石蜡油160mL，然后加入80g固体金属钠(钾含量为0.027wt％)；装置缓慢升温至金属钠熔融，开启搅拌，使金属钠成为明亮的液态小颗粒，然后缓慢滴加8mL氯丁烷，溶液变为蓝色，继续搅拌并升温，保持温度170℃，搅拌反应8小时；然后缓慢降温，同时减缓搅拌速度，当温度降低至105℃时，关闭搅拌缓慢降温，金属钠自然成团，过滤得到纯净的固体金属钠。取样分析，其中的钾含量降为0.013wt％。
实施例2
氩气保护装置内按照重量比1:1的比例加入除水除醇的二乙二醇二甲醚和石蜡油160mL，然后加入80g固体金属钠(钾含量为0.027wt％)；装置缓慢升温至金属钠熔融，开搅拌，使金属钠成为明亮的液态小颗粒，然后缓慢滴加8mL氯苯，溶液变为蓝色，继续搅拌并升温，保持温度172℃，当溶液出现回流的时候，保持此回流状态，搅拌反应10小时；然后缓慢降温，同时减缓搅拌速度，当温度降低至100℃时，关闭搅拌，金属钠自然成团，过滤得到纯净的固体金属钠。取样分析，其中的钾含量降为0.014wt％。
实施例3
氩气保护装置内加入甲苯160mL，然后加入80g固体金属钠(钾含量为0.027wt％)；装置缓慢升温至金属钠熔融，开搅拌，使金属钠成为明亮的液态小颗粒，然后缓慢滴加8mL氯苯，溶液变为蓝色，继续搅拌并升温，保持温度168℃，当溶液出现回流的时候，保持此回流状态，搅拌反应9小时；然后缓慢降温，同时减缓搅拌速度，当温度降低至102℃时，关闭搅拌，金属钠自然成团，过滤得到纯净的固体金属钠。取样分析，其中的钾含量降为0.011wt％。
实施例4
氩气保护装置内加入1，4-二氧六环160mL，然后加入80g固体金属钠(钾含量为0.027wt％)；装置缓慢升温至金属钠熔融，开搅拌，使金属钠成为明亮的液态小颗粒，然后缓慢滴加8mL氨基钠，溶液变为蓝色，继续搅拌并升温，保持温度170℃，当溶液出现回流的时候，保持此回流状态，搅拌反应8.5小时；然后缓慢降温，同时减缓搅拌速度，当温度降低至104℃时，关闭搅拌，金属钠自然成团，过滤得到纯净的固体金属钠。取样分析，其中的钾含量降为0.008wt％。

Claims (9)

1.一种金属钠中去除金属钾的方法，其特征在于：将金属钠与基础溶剂混合熔融，然后加入除钾试剂继续搅拌升温至100～200℃，搅拌反应4～12小时，降温至100～110℃，停止搅拌并缓慢降温得到纯净的金属钠固体；所述基础溶剂是沸点高于金属钠熔点但不与金属钠反应的物质；所述除钾试剂是只与金属钾反应、或者与金属钠和金属钾同时反应生成有机金属化合物的物质。
2.如权利要求1所述的金属钠中去除金属钾的方法，其特征在于：所述除钾试剂与金属钠和金属钾反应生成的有机金属化合物能够溶于所述基础溶剂。
3.如权利要求1所述的金属钠中去除金属钾的方法，其特征在于：所述基础溶剂包含醚类、烷烃、环烷烃、芳香烃有机物。
4.如权利要求3所述的金属钠中去除金属钾的方法，其特征在于：所述基础溶剂包含石蜡油、二乙二醇二甲醚、1，4-二氧六环、甲苯、二甲苯、三乙二醇二甲醚或乙二醇二乙醚。
5.如权利要求1所述的金属钠中去除金属钾的方法，其特征在于：所述除钾试剂为一种可溶于基础溶剂的物质。
6.如权利要求5所述的金属钠中去除金属钾的方法，其特征在于：所述除钾试剂包含但并不限于通式为RX的卤代有机物、通式为R1HgR2的有机汞化合物、通式为MNH2的金属氨化物、通式为RH的具有活性氢的有机物、能与钠和钾反应的不饱和有机物。
7.如权利要求6所述的金属钠中去除金属钾的方法，其特征在于：所述除钾试剂包括但并不限于：卤代烷烃、卤代环烷烃、卤代芳香烃、烷基汞、芳香汞。
8.如权利要求7所述的金属钠中去除金属钾的方法，其特征在于：所述除钾试剂包含氯丁烷、氯苯、氨基钠、三苯基氢化锡、三苯基氢化锗、二茂铁、萘、蒽或苯乙烯。
9.如权利要求1所述的金属钠中去除金属钾的方法，其特征在于：所述方法在惰性环境中进行。
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