CN109704351A - 一种铯榴石的低温免煅烧制备方法 - Google Patents

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侯莉
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Abstract

本发明公开了一种铯榴石的低温免煅烧制备方法，其特征是：取铝硅质原料和氢氧化铯，混合得到固体粉末，固体粉末中Cs：Al：Si的摩尔比=1：1：2；将固体粉末与不超过固体粉末质量10%的水混合，将含水的固体混合物在压片机中以3～5MPa压制成型，再将脱模后的试样干燥，干燥后置于蒸压反应釜中，在温度120～220℃的水蒸汽环境中晶化4～24h，冷却，制得铯榴石。本发明在温和条件下实现天然资源稀少的铯榴石的低温合成，避免了Cs高温挥发污染环境；同时，制备的铯榴石结晶好、纯度高，无其他结晶物不纯相；制备的铯榴石可作为铯放射源源芯材料、也可用于航空航天领域的耐高温材料。

Description

一种铯榴石的低温免煅烧制备方法
技术领域
本发明属于含铯的化合物的制备，涉及一种铯榴石的低温免煅烧制备方法。采用本发明制备的无机固体材料--铯榴石适用作放射源源芯材料以及航空航天等领域的耐高温材料。
背景技术
铯榴石理想化学结构式CsAlSi2O6，是铯稳定存在的主要天然矿物形式。铯榴石具有高Cs含量、优良的水热稳定性和耐高温性能(熔点＞1900℃)等，可用于放射源源芯材料、含137Cs核废料固化以及航空航天用耐高温陶瓷等领域，但天然铯榴石资源稀少，且多与其他硅酸盐矿物共生。现有技术中，铯榴石的制备方法主要有高温固相法、溶胶凝胶法、沸石前驱体法，采用现有技术方法需要的合成温度较高（＞1000℃），这不可避免的会造成Cs高温挥发，腐蚀设备，其所形成的Cs气载物也难以捕捉和搜集，带来二次污染。随着核能、核技术的发展以及人类对空间探索需求，具有高Cs容量/含量、耐高温的铯榴石材料需求量不断增加，急需寻找一种低温、工艺及设备简单的铯榴石合成方法。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种铯榴石的低温免煅烧制备方法。采用本发明，在水热条件下（温度120～220℃）实现天然资源稀少的铯榴石的低温合成，无需高温煅烧，避免了Cs高温挥发、污染环境的危害，能耗低。
本发明的内容是：一种铯榴石的低温免煅烧制备方法，其特征是步骤为：
a、称取铝硅质原料和氢氧化铯，混合得到固体粉末，使固体粉末中Cs：Al：Si的摩尔比= 1：1：2；
b、将固体粉末与不超过固体粉末质量10%（较好的可以5～10%）的水混合均匀，得到含水的固体混合物；
c、将含水的固体混合物在压片机中以3～5MPa压制成型，再将脱模后的试样置于温度103～106 ℃的鼓风干燥箱中干燥24 h，得到干燥后的试样；
d、干燥后的试样置于蒸压反应釜中，在温度120～220℃的水蒸汽环境中晶化4～24h后，冷却取出试样，即制得铯榴石。
本发明的内容中：步骤a中所述的硅铝质原料可以是偏高岭土、蒙脱石、硅藻土、纳米二氧化硅、纳米氧化铝、无定型二氧化硅、以及无定形氧化铝中的任意一种或两种以上的混合物。
本发明的内容中：步骤d中所述的蒸压反应釜为大连通产高压釜容器制造有限公司制造提供的FYX40高压釜。
与现有技术相比，本发明具有下列特点和有益效果：
（1）采用本发明，在水热条件下（温度120～220℃）实现天然资源稀少的铯榴石的低温合成，无需高温煅烧，避免了Cs高温挥发、污染环境的危害，能耗低，利于环境保护；所制备的铯榴石结晶好、纯度高，无其他结晶物不纯相；
（2）采用本发明，不需要添加其他有机模板剂或晶种，是一种满足可持续发展的绿色合成方法；
（3）本发明制备的铯榴石可作为放射源源芯材料、也可用于航空航天领域的耐高温材料，在国防军工领域应用前途广泛；
（4）采用本发明，制备工艺简单，工序简便，容易操作，实用性强。
附图说明
图1是实施例4制得铯榴石产品的X射线衍射图谱, 图1表明实施例4产品与X射线衍射数据库中铯榴石数据（Reference code:00-029-0407）相符合，即实施例4产品为微晶铯榴石，且不存在其他结晶物不纯相；
图2是实施例4制得铯榴石产品的扫描电镜图谱，图2表明所制备的铯榴石较为密实，由呈球形的小颗粒相互紧密连接堆积而成。
具体实施方式
下面给出的实施例拟对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1：
一种铯榴石的低温免煅烧制备方法，步骤为：称取铝硅质原料和氢氧化铯，混合得到固体粉末，使Cs：Al：Si的摩尔比=1：1：2；将固体粉末与不超过固体粉末质量10%的水混合均匀，得到含水的固体混合物；含水的固体混合物在压片机中以3～5MPa压制成型，脱模后的试样置于105 ℃的鼓风干燥箱中干燥24 h；干燥后的试样置于蒸压反应釜中，在温度120℃的水蒸汽环境中晶化24 h后，冷却取出试样，即制得铯榴石。
实施例2：
一种铯榴石的低温免煅烧制备方法，步骤为：称取铝硅质原料和氢氧化铯，混合得到固体粉末，使Cs：Al：Si的摩尔比=1：1：2；将固体粉末与不超过固体粉末质量10%的水混合均匀，得到含水的固体混合物；含水的固体混合物在压片机中以3～5MPa压制成型，脱模后的试样置于105 ℃的鼓风干燥箱中干燥24 h；干燥后的试样置于蒸压反应釜中，在温度140℃的水蒸汽环境中晶化20 h后，冷却取出试样，即制得铯榴石。
实施例3：
一种铯榴石的低温免煅烧制备方法，步骤为：称取铝硅质原料和氢氧化铯，混合得到固体粉末，使Cs：Al：Si的摩尔比=1：1：2；将固体粉末与不超过固体粉末质量10%的水混合均匀，得到含水的固体混合物；含水的固体混合物在压片机中以3～5MPa压制成型，脱模后的试样置于105 ℃的鼓风干燥箱中干燥24 h；干燥后的试样置于蒸压反应釜中，在温度160℃的水蒸汽环境中晶化16 h后，冷却取出试样，即制得铯榴石。
实施例4：
一种铯榴石的低温免煅烧制备方法，步骤为：称取铝硅质原料和氢氧化铯，混合得到固体粉末，使Cs：Al：Si的摩尔比=1：1：2；将固体粉末与不超过固体粉末质量10%的水混合均匀，得到含水的固体混合物；含水的固体混合物在压片机中以3～5MPa压制成型，脱模后的试样置于105 ℃的鼓风干燥箱中干燥24 h；干燥后的试样置于蒸压反应釜中，在温度180℃的水蒸汽环境中晶化10 h后，冷却取出试样，即制得铯榴石。
实施例5：
一种铯榴石的低温免煅烧制备方法，步骤为：称取铝硅质原料和氢氧化铯，混合得到固体粉末，使Cs：Al：Si的摩尔比=1：1：2；将固体粉末与不超过固体粉末质量10%的水混合均匀，得到含水的固体混合物；含水的固体混合物在压片机中以3～5MPa压制成型，脱模后的试样置于105 ℃的鼓风干燥箱中干燥24 h；干燥后的试样置于蒸压反应釜中，在温度200℃的水蒸汽环境中晶化8 h后，冷却取出试样，即制得铯榴石。
实施例6：
一种铯榴石的低温免煅烧制备方法，步骤为：称取铝硅质原料和氢氧化铯，混合得到固体粉末，使Cs：Al：Si的摩尔比=1：1：2；将固体粉末与不超过固体粉末质量10%的水混合均匀，得到含水的固体混合物；含水的固体混合物在压片机中以3～5MPa压制成型，脱模后的试样置于105 ℃的鼓风干燥箱中干燥24 h；干燥后的试样置于蒸压反应釜中，在温度220℃的水蒸汽环境中晶化4 h后，冷却取出试样，即制得铯榴石。
实施例7：
一种铯榴石的低温免煅烧制备方法，步骤为：称取铝硅质原料和氢氧化铯，混合得到固体粉末，使Cs：Al：Si的摩尔比=1：1：2；将固体粉末与不超过固体粉末质量10%的水混合均匀，得到含水的固体混合物；含水的固体混合物在压片机中以3～5MPa压制成型，脱模后的试样置于105 ℃的鼓风干燥箱中干燥24 h；干燥后的试样置于蒸压反应釜中，在温度180℃的水蒸汽环境中晶化4 h后，冷却取出试样，即制得铯榴石。
实施例8：
一种铯榴石的低温免煅烧制备方法，步骤为：称取铝硅质原料和氢氧化铯，混合得到固体粉末，使Cs：Al：Si的摩尔比=1：1：2；将固体粉末与不超过固体粉末质量10%的水混合均匀，得到含水的固体混合物；含水的固体混合物在压片机中以3～5MPa压制成型，脱模后的试样置于105 ℃的鼓风干燥箱中干燥24 h；干燥后的试样置于蒸压反应釜中，在温度180℃的水蒸汽环境中晶化8 h后，冷却取出试样，即制得铯榴石。
实施例9：
一种铯榴石的低温免煅烧制备方法，步骤为：称取铝硅质原料和氢氧化铯，混合得到固体粉末，使Cs：Al：Si的摩尔比=1：1：2；将固体粉末与不超过固体粉末质量10%的水混合均匀，得到含水的固体混合物；含水的固体混合物在压片机中以3～5MPa压制成型，脱模后的试样置于105 ℃的鼓风干燥箱中干燥24 h；干燥后的试样置于蒸压反应釜中，在温度180℃的水蒸汽环境中晶化16 h后，冷却取出试样，即制得铯榴石。
实施例10：
一种铯榴石的低温免煅烧制备方法，步骤为：称取铝硅质原料和氢氧化铯，混合得到固体粉末，使Cs：Al：Si的摩尔比=1：1：2；将固体粉末与不超过固体粉末质量10%的水混合均匀，得到含水的固体混合物；含水的固体混合物在压片机中以3～5MPa压制成型，脱模后的试样置于105 ℃的鼓风干燥箱中干燥24 h；干燥后的试样置于蒸压反应釜中，在温度180℃的水蒸汽环境中晶化24 h后，冷却取出试样，即制得铯榴石。
实施例11：
一种铯榴石的低温免煅烧制备方法，步骤为：
a、称取铝硅质原料和氢氧化铯，混合得到固体粉末，使固体粉末中Cs：Al：Si的摩尔比= 1：1：2；
b、将固体粉末与固体粉末质量5%，得到含水的固体混合物；
c、将含水的固体混合物在压片机中以5MPa压制成型，再将脱模后的试样置于温度103℃的鼓风干燥箱中干燥24 h，得到干燥后的试样；
d、干燥后的试样置于蒸压反应釜中，在温度120℃的水蒸汽环境中晶化24h后，冷却取出试样，即制得铯榴石。
实施例12：
一种铯榴石的低温免煅烧制备方法，步骤为：
a、称取铝硅质原料和氢氧化铯，混合得到固体粉末，使固体粉末中Cs：Al：Si的摩尔比= 1：1：2；
b、将固体粉末与固体粉末质量10%的水混合均匀，得到含水的固体混合物；
c、将含水的固体混合物在压片机中以3MPa压制成型，再将脱模后的试样置于温度106℃的鼓风干燥箱中干燥24 h，得到干燥后的试样；
d、干燥后的试样置于蒸压反应釜中，在温度220℃的水蒸汽环境中晶化4h后，冷却取出试样，即制得铯榴石。
实施例13：
一种铯榴石的低温免煅烧制备方法，步骤为：
a、称取铝硅质原料和氢氧化铯，混合得到固体粉末，使固体粉末中Cs：Al：Si的摩尔比= 1：1：2；
b、将固体粉末与固体粉末质量8%的水混合均匀，得到含水的固体混合物；
c、将含水的固体混合物在压片机中以4MPa压制成型，再将脱模后的试样置于温度105℃的鼓风干燥箱中干燥24 h，得到干燥后的试样；
d、干燥后的试样置于蒸压反应釜中，在温度170℃的水蒸汽环境中晶化14h后，冷却取出试样，即制得铯榴石。
实施例14：
一种铯榴石的低温免煅烧制备方法，步骤为：
a、称取铝硅质原料和氢氧化铯，混合得到固体粉末，使固体粉末中Cs：Al：Si的摩尔比= 1：1：2；
b、将固体粉末与不超过固体粉末质量10%的水混合均匀，得到含水的固体混合物；
c、将含水的固体混合物在压片机中以3～5MPa压制成型，再将脱模后的试样置于温度103～106 ℃的鼓风干燥箱中干燥24 h，得到干燥后的试样；
d、干燥后的试样置于蒸压反应釜中，在温度120～220℃的水蒸汽环境中晶化4～24h后，冷却取出试样，即制得铯榴石。
上述实施例中：步骤a中所述的硅铝质原料可以是偏高岭土、蒙脱石、硅藻土、纳米二氧化硅、纳米氧化铝、无定型二氧化硅、以及无定形氧化铝中的任意一种或两种以上的混合物。
上述实施例中：步骤d中所述的蒸压反应釜为大连通产高压釜容器制造有限公司制造提供的FYX40高压釜。
上述实施例只选择了不同种类配比的一种或两种以上铝硅质原料、不同反应温度和不同反应时间，进行铯榴石的制备，对于本技术领域的技术人员可以轻易的在这些实施例基础上做出不同的修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中不必经过创造性的劳动，因此，本发明不限于上述实施例；本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内，本发明内容所述均可实施并具有所述良好效果。

Claims (3)

1.一种铯榴石的低温免煅烧制备方法，其特征是步骤为：
a、称取铝硅质原料和氢氧化铯，混合得到固体粉末，使固体粉末中Cs：Al：Si的摩尔比= 1：1：2；
b、将固体粉末与不超过固体粉末质量10%的水混合均匀，得到含水的固体混合物；
c、将含水的固体混合物在压片机中以3～5MPa压制成型，再将脱模后的试样置于温度103～106 ℃的鼓风干燥箱中干燥24 h，得到干燥后的试样；
d、干燥后的试样置于蒸压反应釜中，在温度120～220℃的水蒸汽环境中晶化4～24h后，冷却取出试样，即制得铯榴石。
2.按权利要求1所述铯榴石的低温免烧制备方法，其特征是：步骤a中所述的硅铝质原料是偏高岭土、蒙脱石、硅藻土、纳米二氧化硅、纳米氧化铝、无定型二氧化硅、以及无定形氧化铝中的任意一种或两种以上的混合物。
3.按权利要求1或2所述铯榴石的低温免煅烧制备方法，其特征是：步骤d中所述的蒸压反应釜为大连通产高压釜容器制造有限公司制造提供的FYX40高压釜。
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