CN111514604B - 一种分段蒸发结晶制备高纯晶体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种分段蒸发结晶制备高纯晶体的方法。包括步骤：将不饱和溶液进行蒸发结晶；通过结晶在线监测装置，监测到溶液首批晶核出现时，停止蒸发结晶，得到晶浆1；将晶浆1进行固液分离，得到溶液1和晶体1；将溶液1进行蒸发结晶，直至蒸发结晶停止，得到晶浆2；将晶浆2进行固液分离，得到溶液2和晶体2；将晶体2洗涤，得到纯净晶体。本发明通过在线实时监测蒸发结晶过程的初级爆发成核，利用初级爆发成核富集钙离子等杂质的特性，实现杂质离子的去除。将初级爆发成核得到的晶浆1固液分离后，将分离得到的溶液1进行二次蒸发结晶，得到高纯晶体。利用该方法，可显著降低晶体中钙离子等杂质离子含量，实现高纯晶体的制备。

Description

一种分段蒸发结晶制备高纯晶体的方法
技术领域
本发明涉及蒸发结晶技术领域，尤其涉及一种分段蒸发结晶制备高纯晶体的方法。
背景技术
结晶是提纯固体常用的方法之一，通过晶体析出及杂质全部或大部分留在溶液中从而达到提纯目的。蒸发结晶借蒸发浓缩获得饱和溶液，进一步得到结晶产品，广泛应用于化工、冶金、制药等行业。在实际结晶生产过程中，杂质集中于晶体表面附近，可能导致表面层发生变化，进而影响结晶行为，或吸附于晶体表面并进入晶格，进而影响晶面的生长速率，导致晶习改变，造成晶粒细化、晶核分散等不良影响，甚至生成一些复盐夹杂在结晶中，使结晶不能很好地成长和长大析出，同时出现结晶细小、结块等问题。
常规的蒸发结晶得到的晶体，往往含有少量的钙离子杂质，无法得到高纯晶体。通过高纯原料制备高纯晶体，成本往往较高。通过添加药剂络合或掩蔽杂质离子，会使晶体增加新的杂质。
因此，现有技术仍有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种分段蒸发结晶制备高纯晶体的方法，旨在解决现有方法蒸发结晶得到的晶体，含有少量的钙离子杂质，无法得到高纯晶体的问题。
本发明的技术方案如下：
一种分段蒸发结晶制备高纯晶体的方法，其中，包括步骤：
将不饱和溶液送至蒸发结晶器，进行蒸发结晶；
通过结晶在线监测装置，监测到溶液首批晶核出现时，停止蒸发结晶，得到晶浆1；
将晶浆1进行固液分离，得到溶液1和晶体1；
将溶液1送至蒸发结晶器，进行蒸发结晶，直至蒸发结晶停止，得到晶浆2；
将晶浆2进行固液分离，得到溶液2和晶体2；
将晶体2洗涤，得到纯净晶体。
进一步地，将溶液2溶解晶体1，进行固液分离，得到溶晶液和沉淀；将溶晶液与不饱和溶液混合调配，送至蒸发结晶器。
进一步地，所述蒸发为常压蒸发或减压蒸发。
进一步地，所述蒸发结晶在蒸发结晶器同时进行，或者先蒸发、后结晶分步进行。
进一步地，所述固液分离的方法为静置沉降、离心过滤或压滤。
进一步地，采用目测法、Coulter计数器法、电导率法、浊度法、超声波技术、激光法或过程检测技术对溶液进行在线监测。
进一步地，所述不饱和溶液为不饱和的铝酸钠溶液、不饱和的铬酸钠溶液、不饱和的碳酸钠和硫酸钠组成的混合溶液。
进一步地，所述纯净晶体为碳酸钠、铬酸钠或碳酸钠钒。
有益效果：本发明通过晶体在线监测装置，实时监测蒸发结晶过程的初级爆发成核。利用初级爆发成核富集钙离子等杂质的特性，实现杂质离子的去除。将初级爆发成核得到的晶浆1固液分离后，将分离得到的溶液1进行二次蒸发结晶，可得到高纯的晶体。利用上述方法，可显著降低晶体中钙离子等杂质离子含量，实现高纯晶体的制备，较好地与现有蒸发结晶工艺衔接，且不会降低产品产率。
附图说明
图1为本发明的一种分段蒸发结晶制备高纯晶体方法的工艺流程图。
具体实施方式
本发明提供一种分段蒸发结晶制备高纯晶体的方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种分段蒸发结晶制备高纯晶体方法，如图1所示，包括步骤：
将不饱和溶液送至蒸发结晶器，进行蒸发结晶；
通过结晶在线监测装置，监测到溶液首批晶核出现时，停止蒸发结晶，得到晶浆1；
将晶浆1进行固液分离，得到溶液1和晶体1；
将溶液1送至蒸发结晶器，进行蒸发结晶，直至蒸发结晶停止，得到晶浆2；
将晶浆2进行固液分离，得到溶液2和晶体2；
将晶体2洗涤，得到纯净晶体。
本发明实施例中，借助结晶在线监测装置，监测到溶液首次出现大量晶核时，停止蒸发结晶，得到晶浆1。将晶浆1固液分离后得到的溶液1进行二次蒸发结晶，即可得到高纯晶体产品。通过检测发现，该方法中首次蒸发结晶得到的晶体(即晶体1)富集杂质，第二次蒸发结晶得到的晶体(即晶体2)中未检测出杂质，晶体为高纯晶体产品。首次蒸发结晶得到的晶体(即晶体1)富集杂质，可形成可溶晶(即溶晶液)再次循环蒸发结晶，或直接作为普通晶体产品。
本发明实施例侧重高纯晶体的蒸发结晶制备，通过晶体在线监测装置，实时监测蒸发结晶过程的初级爆发成核。利用初级爆发成核富集钙离子等杂质的特性，实现杂质离子的去除。将初级爆发成核得到的晶浆1固液分离后，将分离得到的溶液1进行二次蒸发结晶，即可得到高纯的晶体。利用上述方法，可显著降低晶体中钙离子等杂质离子含量，实现高纯晶体的制备，较好地与现有蒸发结晶工艺衔接，且不会降低产品产率。
本发明实施例中，所述不饱和溶液可以为氧化铝工业中的蒸发前液，例如铝酸钠溶液、铬酸钠溶液、碳酸钠和硫酸钠组成的混合溶液等可蒸发结晶得到钠盐晶体(如碳酸钠、铬酸钠或碳酸钠钒等)的溶液。
在一种实施方式中，所述的分段蒸发结晶制备高纯晶体方法，还包括：
将溶液2溶解晶体1，进行固液分离，得到溶晶液和沉淀；
将溶晶液与不饱和溶液混合调配，送至蒸发结晶器。
本发明实施例初级爆发成核得到的晶体1，可用二次蒸发结晶、固液分离得到的溶液2进行溶晶，溶晶液静置沉降/过滤后，与现有的不饱和溶液进行混合调配，从而将第一次蒸发结晶得到的晶体循环利用，提高最终高纯晶体的收率。
在一种实施方式中，所述蒸发可以为常压蒸发或减压蒸发等。
在一种实施方式中，所述蒸发结晶在蒸发结晶器同时进行，或者先蒸发、后结晶分步进行。
在一种实施方式中，所述固液分离的方法可以为静置沉降、离心过滤或压滤等不限于此。
在一种实施方式中，采用目测法、Coulter计数器法、电导率法、浊度法、超声波技术、激光法或过程检测技术等监测方法对溶液进行在线监测，监测溶液首次出现大量晶核的时机。具体地，可以利用浊度、粒径分布、粒径弦长、导电率或色度等物理或者化学性质的变化进行在线监测。上述方法均能够准确判定晶核出现的时机。其中过程检测技术是通过直接在线测量结晶物质浓度或晶体粒数的方法，来检测晶核出现时机，比如ATR-FTIR光谱、Raman光谱和FBRM(聚焦光束反射测量仪)等等。
进一步地在一种实施方式中，采用FBRM对溶液进行在线监测，监测溶液首次出现大量晶核的时机。FBRM是一种能够每2s直接测量粒度分布的在线仪器，过程中无需取出样品而是将探头直接插入被测系统中，就能够实时在线全程详细记录结晶过程的各方面信息，是一种非常有效在线监测工具。
下面通过具体的实施例对本发明作进一步地说明。
实施例1：
利用FBRM在线监测铝酸钠溶液中碳酸钠蒸发结晶过程。监测到初次爆发成核后，停止蒸发。初次爆发成核的碳酸钠晶体Ca2+含量为157ppm。二次蒸发结晶后得到的晶体，Ca2 +含量低于ICP-AES检出限。
实施例2：
利用FBRM在线监测铬酸钠溶液中铬酸钠蒸发结晶过程。监测到初次爆发成核后，停止蒸发。初次爆发成核的铬酸钠晶体Ca2+含量为146ppm。二次蒸发结晶后得到的晶体，Ca2 +含量低于ICP-AES检出限。
实施例3：
利用FBRM在线监测碳酸钠和硫酸钠混合液蒸发结晶过程。监测到初次爆发成核后，停止蒸发。初次爆发成核的碳酸钠钒晶体Ca2+含量为201ppm。二次蒸发结晶后得到的晶体，Ca2+含量低于ICP-AES检出限。
综上所述，本发明提供的一种分段蒸发结晶制备高纯晶体的方法，通过晶体在线监测装置，实时监测蒸发结晶过程的初级爆发成核。利用初级爆发成核富集钙离子等杂质的特性，实现杂质离子的去除。将初级爆发成核得到的晶浆1固液分离后，将分离得到的溶液1进行二次蒸发结晶，即可得到高纯的晶体。利用上述方法，可显著降低晶体中钙离子等杂质离子含量，实现高纯晶体的制备，较好地与现有蒸发结晶工艺衔接，且不会降低产品产率。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种分段蒸发结晶制备高纯晶体的方法，其特征在于，包括步骤：
将不饱和溶液送至蒸发结晶器，进行蒸发结晶；
通过结晶在线监测装置，监测到溶液首批晶核出现时，停止蒸发结晶，得到晶浆1；
将晶浆1进行固液分离，得到溶液1和晶体1；
将溶液1送至蒸发结晶器，进行蒸发结晶，直至蒸发结晶停止，得到晶浆2；
将晶浆2进行固液分离，得到溶液2和晶体2；
将晶体2洗涤，得到纯净晶体；
所述不饱和溶液中含有钙离子杂质；
所述不饱和溶液为不饱和的铝酸钠溶液、不饱和的铬酸钠溶液或不饱和的碳酸钠和硫酸钠组成的混合溶液；
当所述不饱和溶液为不饱和的铝酸钠溶液时，利用首批成核的碳酸钠晶体富集钙离子杂质，实现钙离子杂质的去除，得到的纯净晶体为碳酸钠；
当所述不饱和溶液为不饱和的铬酸钠溶液时，利用首批成核的铬酸钠晶体富集钙离子杂质，实现钙离子杂质的去除，得到的纯净晶体为铬酸钠；
当所述不饱和溶液为不饱和的碳酸钠和硫酸钠组成的混合溶液时，利用首批成核的碳酸钠钒晶体富集钙离子杂质，实现钙离子杂质的去除，得到的纯净晶体为碳酸钠钒。
2.根据权利要求1所述的分段蒸发结晶制备高纯晶体的方法，其特征在于，将溶液2溶解晶体1，进行固液分离，得到溶晶液和沉淀；
将溶晶液与不饱和溶液混合调配，送至蒸发结晶器。
3.根据权利要求1所述的分段蒸发结晶制备高纯晶体的方法，其特征在于，所述蒸发为常压蒸发或减压蒸发。
4.根据权利要求1所述的分段蒸发结晶制备高纯晶体的方法，其特征在于，所述蒸发结晶在蒸发结晶器同时进行，或者先蒸发、后结晶分步进行。
5.根据权利要求1所述的分段蒸发结晶制备高纯晶体的方法，其特征在于，所述固液分离的方法为静置沉降、离心过滤或压滤。
6.根据权利要求1所述的分段蒸发结晶制备高纯晶体的方法，其特征在于，采用目测法、Coulter计数器法、电导率法、浊度法、超声波技术、激光法或过程检测技术对溶液进行在线监测。
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