CN110655054B - 一种光学级磷酸二氢铝的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学级磷酸二氢铝的制备方法，以氢氧化铝、工业盐酸、蒸馏水和工业磷酸为原料形成酸性磷酸铝溶液；然后经过静置分层，将上层溶液转移至另外的反应釜进行提纯除杂；随后向提纯后的酸性磷酸铝溶液中加入定量电子级磷酸进行充分彻底的反应，并调控溶液中磷铝比，得到磷酸二氢铝溶液；将磷酸二氢铝溶液进行蒸发干燥，并经过研磨粉碎，然后过振动筛，即得白色粉末状光学级磷酸二氢铝。本发明中的制备方法操作简便，制备出的光学级磷酸二氢铝质量稳定，具有较高纯度，杂质铁含量小于2ppm，铜、钴、镍等杂质含量小于0.1ppm。

Description

一种光学级磷酸二氢铝的制备方法

技术领域

本发明涉及化学品制备领域，具体涉及一种制备光学级磷酸二氢铝的制备方法。

背景技术

根据国家重大工程建设及国际市场需求，同时随着强激光装置技术的不断进步和成熟，激光能量作为一种绿色能源，预计在2030年可替代现有能源，其市场价值潜力巨大。

激光钕玻璃是高功率激光装置的核心器件，起着激光能量放大作用。而制备激光钕玻璃的核心原料直接决定激光钕玻璃的品质，其品质的高低直接决定了强激光装置的激光能量增益的放大特性和能量输出水平。激光钕玻璃主要组成成分为R₂O-RO-(R₂O₃)-P₂O₅，其中核心原料R₂O₃质量百分比占比达到了30％以上，其由磷酸二氢铝引入。由于激光钕玻璃对激光光学性质要求极高，特别是在1053nm处的光吸收损耗指标是高功率激光装置的核心指标，因此要求核心原料磷酸二氢铝需要特殊的纯度，其中杂质铁含量小于2ppm，铜、钴、镍等杂质含量小于0.1ppm。

现有技术中制备出的分析级别的磷酸二氢铝中杂质铁的含量均在5ppm以上，而且该产品容易吸潮，颗粒度很难达到20-30目之间，无法满足激光钕玻璃生产过程中的需求。因此，研究出一种操作简便，成本低且能制备出具有较高纯度、杂质铁含量小于2ppm的光学级磷酸二氢铝的制备方法具有很重要的价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高纯低铁光学级磷酸二氢铝的制备方法，该方法操作简便，制备出的磷酸二氢铝纯度较高，其中杂质铁的含量稳定的控制在2ppm以内。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种光学级磷酸二氢铝的制备方法，包括以下步骤：

1)将蒸馏水和氢氧化铝分别加入1号反应釜中，搅拌溶解，然后边搅拌边加入31％的工业盐酸和85％的工业磷酸，继续搅拌反应30分钟或以上，停止搅拌并冷却，即得酸性磷酸铝溶液；

2)冷却后的酸性磷酸铝溶液分层，将上层溶液转移至2号反应釜中，并向2号反应釜中加入定量的萃取缔合剂进行提纯除杂，搅拌30分钟或以上，静置分层；

3)取下层溶液进行分析，将合格的下层溶液转移至3号反应釜中，加入电子级磷酸，控制溶液比重为1.40-1.44，搅拌均匀，测试并调控溶液中磷铝比例为3∶1，即得磷酸二氢铝溶液；

4)将上述磷酸二氢铝溶液进行蒸发干燥，并经过研磨粉碎，过振动筛，即得白色粉末状磷酸二氢铝。

优选地技术方案，所述合格的下层溶液中铁含量<2PPM，铜<1PPM，钴<1PPM，镍<1PPM。

优选地技术方案，所述萃取缔合剂为磷酸三丁酯和煤油，且所述萃取缔合剂的用量为0.6％。

优选地技术方案，采用微波加热对磷酸二氢铝溶液进行蒸发干燥。

优选地技术方案，所述蒸发干燥过程中加热温度控制在120-200℃之间。

优选地技术方案，采用辊破碎机进行研磨粉碎，且所述辊破碎机材质为聚四氟乙烯。

本发明提供一种光学级磷酸二氢铝的制备方法，具有以下优点：

(1)本发明中采用两步反应方法制备磷酸二氢铝，首先依次加入氢氧化铝、工业盐酸和工业磷酸，工业盐酸的加入一方面调控溶液PH值，另一方面会释放出热量，促进反应釜中氢氧化铝与工业磷酸的初步反应制备出酸性磷酸铝溶液；将酸性磷酸铝溶液经过提纯去除杂质之后，再加入电子级磷酸，并精确调控反应釜溶液中磷铝比，使得氢氧化铝与磷酸的反应更加彻底完全，进一步保证了最终制备的磷酸二氢铝的高纯度。

(2)本发明制备方法中加入定量萃取缔合剂，并进行30-60分钟的搅拌，实现了对初步混合溶液的提纯，杂质的去除，保证了最终产品中杂质铁含量控制在2ppm以内，铜、钴、镍等杂质含量小于0.1ppm。

具体实施方式

本发明原理如下：

1.向1号反应釜中依次加入氢氧化铝、工业盐酸和工业磷酸，利用工业盐酸加入过程中产生的热量维持反应釜中溶液在一定温度范围，并调控反应釜中溶液的PH值，即得初步制备的酸性磷酸铝溶液；

2.向2号反应釜初步制备的酸性磷酸铝溶液中加入萃取缔合剂，用于去除溶液中的铁、铜、钴、镍等杂质。经过多次试验发现，萃取缔合剂选用煤油和磷酸三丁酯时，且萃取缔合剂的量为0.6％时，其除杂提纯效果达到最佳，又不会过多的使用造成浪费。磷酸三丁酯作为金属络合物的萃取剂可以去除溶液中的铁离子、铜、钴、镍等，煤油可与溶剂混溶，但对水的溶解度非常小，便于后期处理杂质之后萃取缔合剂与磷酸二氢铝溶液进行分层。经过试验反复测试，调整萃取缔合剂中磷酸三丁酯与煤油质量配比为8：10时，其提纯效果最佳，能保证酸性磷酸铝溶液中杂质铁含量<2PPM、铜<1PPM、钴<1PPM、镍<1PPM；

3.向提纯后的酸性磷酸铝溶液中加入电子级磷酸，通过控制溶液中的磷铝比例在3∶1，使得反应釜中氢氧化铝与磷酸的反应更加彻底完全，再经过干燥粉碎，即可制备出纯度较高，具有精确的磷铝比的白色粉末状光学级磷酸二氢铝。

本发明具体制备方法如下：

1)取定量蒸馏水和氢氧化铝分别加入1号反应釜中，打开搅拌机进行搅拌溶解，然后边搅拌边加入31％的工业盐酸和85％的工业磷酸，继续搅拌反应30分钟或以上，此时溶液温度在80-85℃之间，停止搅拌并冷却约2小时，即得酸性磷酸铝溶液；

2)冷却后的酸性磷酸铝溶液分层，放出下层沉淀物，将上层溶液转移至2号反应釜中，并向2号反应釜中加入质量比为0.6％的萃取缔合剂进行提纯除杂，搅拌30分钟或以上，静置分层；

3)取下层溶液进行分析，若下层溶液中铁含量<2PPM，铜<1PPM，钴<1PPM，镍<1PPM即为合格。将合格的下层溶液转移至3号反应釜中，加入电子级磷酸，控制溶液比重为1.40-1.44，搅拌均匀，并通过加入少量氢氧化铝或者电子级磷酸调控溶液中磷铝比例为3∶1，即得磷酸二氢铝溶液；

4)采用微波加热对上述磷酸二氢铝溶液进行蒸发干燥，并控制加热温度在120-200℃之间，采用微波加热实现了对产品的快速加热干燥，且不会对产品造成二次污染。将干燥后的成品经过辊破碎机进行研磨粉碎，辊破碎机材质为聚四氟乙烯，可以减少对所制备成品的金属污染且易清洗。然后过20目振动筛，即得颗粒度均匀的白色粉末状磷酸二氢铝。

实施例1：

1)取250公斤蒸馏水和200公斤氢氧化铝分别加入1号反应釜中，打开搅拌机进行搅拌溶解，然后边搅拌边加入600公斤31％的工业盐酸和350公斤85％的工业磷酸，继续搅拌反应30分钟，此时溶液温度在80-85℃之间，停止搅拌并冷却约2小时，溶液分层，放出下层沉淀物，将上层溶液转移至2号反应釜中；

2)向2号反应釜中加入12公斤萃取缔合剂进行提纯除杂，其中萃取底缔合剂中磷酸三丁酯和煤油的质量配比为8：10，然后搅拌30分钟，静置分层；

3)取下层溶液进行分析，若下层溶液中铁含量<2PPM，铜<1PPM，钴<1PPM，镍<1PPM即为合格。将合格的下层溶液转移至3号反应釜中，加入520公斤电子级磷酸，控制溶液比重为1.412，搅拌均匀，并通过加入少量氢氧化铝或者电子级磷酸调控溶液中磷铝比例为3∶1，即得磷酸二氢铝溶液；

4)采用微波加热对上述磷酸二氢铝溶液进行蒸发干燥，并控制加热温度在120-200℃之间。将干燥后的成品经过辊破碎机进行研磨粉碎，然后过20目振动筛，即得颗粒度均匀的白色粉末状磷酸二氢铝。

取样进行分析，分析结果显示：最终制备的磷酸二氢铝中各成分的质量分数，铁含量<2PPM，铜<1PPM，钴<1PPM，镍<1PPM，磷：67.09，铝：16.12，磷铝比：2.95。

实施例2

1)取300公斤蒸馏水和240公斤氢氧化铝分别加入1号反应釜中，打开搅拌机进行搅拌溶解，然后边搅拌边加入800公斤31％的工业盐酸和420公斤85％的工业磷酸，继续搅拌反应30分钟，此时溶液温度在80-85℃之间，停止搅拌并冷却约2小时，溶液分层，放出下层沉淀物，将上层溶液转移至2号反应釜中；

2)向2号反应釜中加入15公斤萃取缔合剂进行提纯除杂，其中萃取底缔合剂中磷酸三丁酯和煤油的质量配比为8：10，然后搅拌30分钟，静置分层；

3)取下层溶液进行分析，若下层溶液中铁含量<2PPM，铜<1PPM，钴<1PPM，镍<1PPM即为合格。将合格的下层溶液转移至3号反应釜中，加入630公斤电子级磷酸，控制溶液比重为1.436，搅拌均匀，并通过加入少量氢氧化铝或者电子级磷酸调控溶液中磷铝比例为3∶1，即得磷酸二氢铝溶液；

4)采用微波加热对上述磷酸二氢铝溶液进行蒸发干燥，并控制加热温度在120-200℃之间。将干燥后的成品经过辊破碎机进行研磨粉碎，然后过20目振动筛，即得颗粒度均匀的白色粉末状磷酸二氢铝。

取样进行分析，分析结果显示：最终制备的磷酸二氢铝中各成分的质量分数，铁含量<2PPM，铜<1PPM，钴<1PPM，镍<1PPM，磷：67.01，铝：16.02，磷铝比：3.0。

实施例3

1)取380公斤蒸馏水和300公斤氢氧化铝分别加入1号反应釜中，打开搅拌机进行搅拌溶解，然后边搅拌边加入1000公斤31％的工业盐酸和520公斤85％的工业磷酸，继续搅拌反应30分钟，此时溶液温度在80-85℃之间，停止搅拌并冷却约2小时，溶液分层，放出下层沉淀物，将上层溶液转移至2号反应釜中；

2)向2号反应釜中加入18公斤萃取缔合剂进行提纯除杂，其中萃取底缔合剂中磷酸三丁酯和煤油的质量配比为8：10，然后搅拌30分钟，静置分层；

3)取下层溶液进行分析，若下层溶液中铁含量<2PPM，铜<1PPM，钴<1PPM，镍<1PPM即为合格。将合格的下层溶液转移至3号反应釜中，加入790公斤电子级磷酸，控制溶液比重为1.424，搅拌均匀，并通过加入少量氢氧化铝或者电子级磷酸调控溶液中磷铝比例为3∶1，即得磷酸二氢铝溶液；

4)采用微波加热对上述磷酸二氢铝溶液进行蒸发干燥，并控制加热温度在120-200℃之间。将干燥后的成品经过辊破碎机进行研磨粉碎，然后过20目振动筛，即得颗粒度均匀的白色粉末状磷酸二氢铝。

取样进行分析，分析结果显示：最终制备的磷酸二氢铝中各成分的质量分数，铁含量<2PPM，铜<1PPM，钴<1PPM，镍<1PPM，磷：67.18，铝：16.07，磷铝比：3.0。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (1)

1.一种光学级磷酸二氢铝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）取380公斤蒸馏水和300公斤氢氧化铝分别加入1号反应釜中，打开搅拌机进行搅拌溶解，然后边搅拌边加入1000公斤31%的工业盐酸和520公斤85%的工业磷酸，继续搅拌反应30分钟，此时溶液温度在80-85℃之间，停止搅拌并冷却2小时，溶液分层，放出下层沉淀物，将上层溶液转移至2号反应釜中；

2）向2号反应釜中加入18公斤萃取缔合剂进行提纯除杂，其中萃取底缔合剂中磷酸三丁酯和煤油的质量配比为8：10，然后搅拌30分钟，静置分层；

3）取下层溶液进行分析，若下层溶液中铁含量<2PPM，铜<1PPM，钴<1PPM，镍<1PPM即为合格，将合格的下层溶液转移至3号反应釜中，加入790公斤电子级磷酸，控制溶液比重为1.424，搅拌均匀，并通过加入少量氢氧化铝或者电子级磷酸调控溶液中磷铝比例为3:1，即得磷酸二氢铝溶液；

4）采用微波加热对上述磷酸二氢铝溶液进行蒸发干燥，并控制加热温度在120-200℃之间，将干燥后的成品经过辊破碎机进行研磨粉碎，然后过20目振动筛，即得颗粒度均匀的白色粉末状磷酸二氢铝；

取样进行分析，分析结果显示：最终制备的磷酸二氢铝中各成分的质量分数，铁含量<2PPM，铜<1PPM，钴<1PPM，镍<1PPM，磷：67.18，铝：16.07，磷铝比：3.0。