CN111533102A - 一种光学级磷酸二氢铝的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明技术方案公开了一种光学级磷酸二氢铝的制备方法，包括如下步骤：按一定比例使铝源和磷酸在加热状态下逐步发生反应，得到粗磷酸二氢铝溶液，所述铝源为氧化铝或氢氧化铝；将一定浓度的粗磷酸二氢铝溶液经过离子交换树脂，以脱除有色金属和杂质离子；将离子交换后的粗磷酸二氢铝溶液提浓至浓度为30％以上，得到浓磷酸二氢铝溶液；使浓磷酸二氢铝溶液脱水，得到光学级磷酸二氢铝中间体粉体；干燥所述光学级磷酸二氢铝中间体粉体，获得光学级磷酸二氢铝成品。本发明技术方案制备的磷酸二氢铝的各项指标均符合光学玻璃和激光玻璃原材料的指标要求。
Description
技术领域
本发明涉及无机精细磷化工领域，具体涉及一种光学级磷酸二氢铝的制备方法。
背景技术
磷酸盐光学玻璃，相对于硅酸盐、硼酸盐玻璃具有更优良的物理及光学性能，如受激发射截面大，光吸收强度低，透光性能好，因而可用于制造高功率激光系统、高重复率激光器、精确制导导弹和巡航导弹的玻璃头罩、成像设备的镜头、高级摄像机及数码相机的镜头等。而过渡金属杂质(铁、铜、钴、铬、锰、镍、铅等)总含量不超过5ppm的高纯磷酸盐是制备高性能磷酸盐玻璃的基本原料，因而，高纯磷酸盐的制备对国防工业具有重要意义。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的现状，本发明需要解决的技术问题是提供一种光学级磷酸二氢铝的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明技术方案提供了一种光学级磷酸二氢铝的制备方法，包括如下步骤：
(1)按一定比例使铝源、磷酸和水在加热状态下逐步发生反应，得到粗磷酸二氢铝溶液，所述铝源为氧化铝或氢氧化铝；
(2)将一定浓度的粗磷酸二氢铝溶液经过离子交换树脂，以脱除有色金属和杂质离子；
(3)将离子交换后的粗磷酸二氢铝溶液提浓至浓度为30％以上，得到浓磷酸二氢铝溶液；
(4)使浓磷酸二氢铝溶液脱水，得到光学级磷酸二氢铝中间体粉体；
(5)干燥所述光学级磷酸二氢铝中间体粉体，获得光学级磷酸二氢铝成品。
优选地，步骤(1)中，铝源与磷酸的摩尔比例为1:(5.9～6.1)，磷酸与水的质量比为1:(0.6～1.5)，反应温度为105℃～125℃。进一步优选地，铝源与磷酸的摩尔比例为1:(5.95～6.05)，磷酸与水的质量比为1:(0.6～0.9)，反应温度为110℃～120℃。
优选地，步骤(2)中，所述粗磷酸二氢铝溶液的浓度为10％～20％。进一步优选地，为10％～16％。
优选地，步骤(2)中，所述粗磷酸二氢铝溶液经过离子交换树脂时的流速为1L/min～5L/min。进一步地，为2L/min～4L/min。
优选地，所述离子交换树脂包括阳离子交换树脂和阴离子交换树脂，所述阳离子交换树脂包括D401、D402、D403、D405、IONRESIN 35、IONRESIN 1600、IONRESIN 252中的一种或几种组合，所述阴离子交换树脂包括IONRESIN IRA400、IONRESIN IRA402、IONRESINIRA900、IONRESIN IRA456、D407中的一种或几种组合。
优选地，在步骤(3)中，将粗磷酸二氢铝溶液提浓至浓度为30％～40％。进一步优选地，为31％～36％。
优选地，在步骤(4)中，使浓磷酸二氢铝溶液进入喷雾干燥塔内脱水，所述喷雾干燥塔的进风温度为140℃～160℃、塔体温度为105℃～125℃、出风温度为95℃～110℃，提浓后磷酸二氢铝溶液泵入塔体流速为4L/min～10L/min。进一步优选地，使浓磷酸二氢铝溶液进入喷雾干燥塔内脱水，所述喷雾干燥塔的进风温度为145℃～155℃、塔体温度为110℃～120℃、出风温度为102℃～108℃，提浓后磷酸二氢铝溶液泵入塔体流速为6L/min～9L/min。
为了保证产品品质，喷雾干燥塔内物料接触部分采用纯铝或纯钛内衬，干燥机喷头采用纯钛材质制造。
优选地，采用高效沸腾干燥机对光学级磷酸二氢铝中间体粉体进行干燥，所述高效沸腾干燥机的进风温度为155℃～180℃、塔体温度为135℃～155℃、出风温度为120℃～135℃，干燥时间为1.5h～4h，单次投料量为100kg～300kg。进一步优选地，进风温度为160℃～170℃、塔体温度为140℃～150℃、出风温度为120℃～130℃，干燥时间为2h～3h，单次投料量为150kg～250kg。
为了保证产品品质，高效沸腾干燥机物料接触部分采用纯铝或纯钛内衬并表面高度抛光，进风需做多级净化处理。
本发明技术方案的光学级磷酸二氢铝的制备方法具备如下有益效果：对于原料氧化铝或氢氧化铝的适应性强，采用离子交换法并结合洁净喷雾干燥和洁净高效沸腾干燥的方式可制备出高纯度的磷酸二氢铝，各项指标均满足光学级原材料的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明技术方案的光学级磷酸二氢铝的制备方法流程图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
如图1所示，本发明技术方案的光学级磷酸二氢铝的制备方法，包括如下步骤：
(1)按一定比例使铝源、磷酸和水在加热状态下逐步发生反应(即图1中的加热逐步反应)，得到粗磷酸二氢铝溶液，所述铝源为氧化铝或氢氧化铝；
(2)将粗磷酸二氢铝溶液的浓度进行调整，将一定浓度的粗磷酸二氢铝溶液经过离子交换树脂，以脱除有色金属和杂质离子；
(3)将离子交换后的粗磷酸二氢铝溶液提浓至浓度为30％以上(即图1中的提浓步骤)，得到浓磷酸二氢铝溶液；
(4)使浓磷酸二氢铝溶液脱水(即图1中的洁净喷雾干燥)，可以采用喷雾干燥塔，得到光学级磷酸二氢铝中间体粉体；
(5)干燥所述光学级磷酸二氢铝中间体粉体(即图1中的洁净高效沸腾干燥步骤)，可以采用高效沸腾干燥机进行干燥，最终获得光学级磷酸二氢铝成品。
实施例1
本实施例的光学级磷酸二氢铝的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将100kg含量97％的氧化铝逐步加入到由657.6kg 85％的工业磷酸和460.4kg水勾兑而成的稀磷酸中，控制反应温度在110℃～115℃，反应得到粗磷酸二氢铝溶液；
(2)调节粗磷酸二氢铝溶液的浓度至15％，将浓度为15％的粗磷酸二氢铝溶液以4.3L/min的流速经过阳离子交换树脂和阴离子交换树脂，以脱除Fe、Mn、Pb、Cr、Cu、Ni、Co等有色金属和Cl－、硫酸根等杂质，其中阳离子交换树脂包括D403、D405、IONRESIN 35型阳离子交换树脂，阴离子交换树脂包括IONRESIN IRA402、IONRESIN IRA900型阴离子交换树脂；
(3)将离子交换后的粗磷酸二氢铝溶液提浓至浓度为35％，得到浓磷酸二氢铝溶液；
(4)提浓后浓磷酸二氢铝溶液通过工业蠕动泵控制，以8L/min流速进入喷雾干燥塔内，控制干燥塔进风温度为145℃～151℃、塔体温度为112℃～116℃、出风温度为103℃～107℃，得到高纯磷酸二氢铝中间体粉体589kg；
(5)磷酸二氢铝中间体粉体采用洁净高效沸腾干燥，在高效沸腾干燥机进风温度为160℃～165℃、塔体温度为140℃～145℃、出风温度为120℃～125℃，单次投料量200kg，干燥时间为2.5h条件下，得到560kg的光学级磷酸二氢铝成品，真空包装，收率92.6％。
实施例2
本实施例的光学级磷酸二氢铝的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将120kg含量96％的氧化铝逐步加入到由785.3kg 85％的工业磷酸和549.7kg水勾兑而成的稀磷酸中，控制反应温度在112℃～116℃，反应得到粗磷酸二氢铝溶液；
(2)调节粗磷酸二氢铝溶液的浓度至14％，将浓度为14％的粗磷酸二氢铝溶液以4.6L/min的流速经过阳离子交换树脂和阴离子交换树脂，以脱除Fe、Mn、Pb、Cr、Cu、Ni、Co等有色金属和Cl－、硫酸根等杂质，其中阳离子交换树脂包括D401型和D402型阳离子交换树脂，阴离子交换树脂包括IONRESIN IRA456型和D407型阴离子交换树脂；
(3)将离子交换后的粗磷酸二氢铝溶液提浓至浓度为33％，得到浓磷酸二氢铝溶液；
(4)提浓后浓磷酸二氢铝溶液通过工业蠕动泵控制，以7L/min流速进入喷雾干燥塔内，控制干燥塔进风温度为148℃～153℃、塔体温度为114℃～118℃、出风温度为105℃～109℃，得到高纯磷酸二氢铝中间体粉体692kg；
(5)磷酸二氢铝中间体粉体采用洁净高效沸腾干燥，在高效沸腾干燥机进风温度为163℃～167℃、塔体温度为143℃～146℃、出风温度为122℃～126℃，单次投料量220kg，干燥时间为3h条件下，得到659kg的光学级磷酸二氢铝成品，真空包装，收率91.7％。
实施例3
本实施例的光学级磷酸二氢铝的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将110kg含量98％的氧化铝逐步加入到由727.6kg 85％的工业磷酸和509.4kg水勾兑而成的稀磷酸中，控制反应温度在110℃～115℃，反应得到粗磷酸二氢铝溶液；
(2)调节粗磷酸二氢铝溶液的浓度至13％，将浓度为13％的粗磷酸二氢铝溶液以5L/min的流速经过阳离子交换树脂和阴离子交换树脂，以脱除Fe、Mn、Pb、Cr、Cu、Ni、Co等有色金属和Cl－、硫酸根等杂质，其中阳离子交换树脂包括D402、D403、D405型阳离子交换树脂，阴离子交换树脂包括IONRESIN IRA400、IONRESIN IRA402型阴离子交换树脂；
(3)将离子交换后的粗磷酸二氢铝溶液提浓至浓度为34％，得到浓磷酸二氢铝溶液；
(4)提浓后浓磷酸二氢铝溶液通过工业蠕动泵控制，以8.5L/min流速进入喷雾干燥塔内，控制干燥塔进风温度为149℃～153℃、塔体温度为115℃～118℃、出风温度为106℃～110℃，得到高纯磷酸二氢铝中间体粉体644kg；
(5)磷酸二氢铝中间体粉体采用洁净高效沸腾干燥，在高效沸腾干燥机进风温度为166℃～169℃、塔体温度为145℃～149℃、出风温度为124℃～128℃，单次投料量180kg，干燥时间为2.4h条件下，得到621kg的光学级磷酸二氢铝成品，真空包装，收率92.4％。
实施例4
本实施例的光学级磷酸二氢铝的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将90kg含量97.5％的氧化铝逐步加入到由596.5kg 85％的工业磷酸和417.5kg水勾兑而成的稀磷酸中，控制反应温度在112℃～115℃，反应得到粗磷酸二氢铝溶液；
(2)调节粗磷酸二氢铝溶液的浓度至12％，将浓度为12％的粗磷酸二氢铝溶液以5.2L/min的流速经过阳离子交换树脂和阴离子交换树脂，以脱除Fe、Mn、Pb、Cr、Cu、Ni、Co等有色金属和Cl－、硫酸根等杂质，其中阳离子交换树脂包括IONRESIN 35型和IONRESIN 1600型阳离子交换树脂，阴离子交换树脂包括IONRESIN IRA900型和IONRESIN IRA456型阴离子交换树脂；
(3)将离子交换后的粗磷酸二氢铝溶液提浓至浓度为36％，得到浓磷酸二氢铝溶液；
(4)提浓后浓磷酸二氢铝溶液通过工业蠕动泵控制，以9L/min流速进入喷雾干燥塔内，控制干燥塔进风温度为152℃～157℃、塔体温度为117℃～121℃、出风温度为108℃～111℃，得到高纯磷酸二氢铝中间体粉体526kg；
(5)磷酸二氢铝中间体粉体采用洁净高效沸腾干燥，在高效沸腾干燥机进风温度为168℃～172℃、塔体温度为148℃～151℃、出风温度为127℃～130℃，单次投料量180kg，干燥时间为2.3h条件下，得到501kg的光学级磷酸二氢铝成品，真空包装，收率91.6％。
实施例5
本实施例的光学级磷酸二氢铝的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将140kg含量95％的氧化铝逐步加入到由903.5kg 85％的工业磷酸和632.5kg水勾兑而成的稀磷酸中，控制反应温度在115℃～119℃，反应得到粗磷酸二氢铝溶液；
(2)调节粗磷酸二氢铝溶液的浓度至11％，将浓度为11％的粗磷酸二氢铝溶液以5.5L/min的流速经过阳离子交换树脂和阴离子交换树脂，以脱除Fe、Mn、Pb、Cr、Cu、Ni、Co等有色金属和Cl－、硫酸根等杂质，其中阳离子交换树脂包括D405、IONRESIN 1600、IONRESIN252型阳离子交换树脂，阴离子交换树脂包括IONRESIN IRA400、IONRESIN IRA402、IONRESIN IRA900型阴离子交换树脂；
(3)将离子交换后的粗磷酸二氢铝溶液提浓至浓度为37％，得到浓磷酸二氢铝溶液；
(4)提浓后浓磷酸二氢铝溶液通过工业蠕动泵控制，以9L/min流速进入喷雾干燥塔内，控制干燥塔进风温度为155℃～160℃、塔体温度为119℃～122℃、出风温度为109℃～112℃，得到高纯磷酸二氢铝中间体粉体808kg；
(5)磷酸二氢铝中间体粉体采用洁净高效沸腾干燥，在高效沸腾干燥机进风温度为170℃～174℃、塔体温度为150℃～154℃、出风温度为129℃～133℃，单次投料量250kg，干燥时间3h的条件下，得到761kg的光学级磷酸二氢铝成品，真空包装，收率为91.8％。
将实施例1～5制得的光学级磷酸二氢铝样品进行分析，结果如表1所示：
表1光学级磷酸二氢铝样品分析
从表1中可看出，实施例1～5制得的磷酸二氢铝，其包括的Fe2O3、Cu、Co、Cr、Mn、Ni、Pb等10个关键杂质指标，含量总和不超过5ppm，其中Co、Cr、Mn、Ni、Pb等含量总和不超过1ppm，Cu含量不超过0.2ppm，Fe2O3含量不超过2ppm，Cl－、硫酸根含量总和不超过200ppm，Al2O3含量16±0.5％、P2O5含量70±0.5％，水含量<0.5％，且易溶于水。
综上所述，采用本发明的制备方法制备的磷酸二氢铝主含量高、杂质含量很低、质量稳定、颗粒度均匀，各项指标均符合光学玻璃和激光玻璃原材料的指标要求。且整个制备过程高效而简便、生产成本低。
以上详细描述了本发明的具体实施例，应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种光学级磷酸二氢铝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按一定比例使铝源、磷酸和水在加热状态下逐步发生反应，得到粗磷酸二氢铝溶液，所述铝源为氧化铝或氢氧化铝；
(2)将一定浓度的粗磷酸二氢铝溶液经过离子交换树脂，以脱除有色金属和杂质离子；
(3)将离子交换后的粗磷酸二氢铝溶液提浓至浓度为30％以上，得到浓磷酸二氢铝溶液；
(4)使浓磷酸二氢铝溶液脱水，得到光学级磷酸二氢铝中间体粉体；
(5)干燥所述光学级磷酸二氢铝中间体粉体，获得光学级磷酸二氢铝成品。
2.如权利要求1所述的光学级磷酸二氢铝的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，铝源与磷酸的摩尔比例为1:(5.9～6.1)，磷酸与水的质量比为1:(0.6～1.5)，反应温度为105℃～125℃。
3.如权利要求1所述的光学级磷酸二氢铝的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述粗磷酸二氢铝溶液的浓度为10％～20％。
4.如权利要求1所述的光学级磷酸二氢铝的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述粗磷酸二氢铝溶液经过离子交换树脂时的流速为1L/min～5L/min。
5.如权利要求1所述的光学级磷酸二氢铝的制备方法，其特征在于，所述离子交换树脂包括阳离子交换树脂和阴离子交换树脂，所述阳离子交换树脂包括D401、D402、D403、D405、IONRESIN 35、IONRESIN 1600、IONRESIN 252中的一种或几种组合，所述阴离子交换树脂包括IONRESIN IRA400、IONRESIN IRA402、IONRESIN IRA900、IONRESIN IRA456、D407中的一种或几种组合。
6.如权利要求1所述的光学级磷酸二氢铝的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，将粗磷酸二氢铝溶液提浓至浓度为30％～40％。
7.如权利要求1所述的光学级磷酸二氢铝的制备方法，其特征在于，在步骤(4)中，使浓磷酸二氢铝溶液进入喷雾干燥塔内脱水，所述喷雾干燥塔的进风温度为140℃～160℃、塔体温度为105℃～125℃、出风温度为95℃～110℃，提浓后磷酸二氢铝溶液泵入塔体流速为4L/min～10L/min。
8.如权利要求1所述的光学级磷酸二氢铝的制备方法，其特征在于，采用高效沸腾干燥机对光学级磷酸二氢铝中间体粉体进行干燥，所述高效沸腾干燥机的进风温度为155℃～180℃、塔体温度为135℃～155℃、出风温度为120℃～135℃，干燥时间为1.5h～4h。
9.如权利要求8所述的光学级磷酸二氢铝的制备方法，其特征在于，所述高效沸腾干燥机的物料接触部分采用纯铝或纯钛内衬并表面高度抛光，进风需做多级净化处理。
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