一种高纯硫酸铯的制备方法

摘要

本发明属于无机化合物硫酸铯的制备方法技术领域，具体公开了一种高纯硫酸铯的制备方法。将铯榴石经酸浸、沉矾、重结晶、氧化钙转化得到硫酸铯的转化液，再经草酸除杂得到硫酸铯的稀溶液，最后蒸发结晶以及烘干后得到硫酸铯成品。本方法生产工艺流程简单，适合工业化生产；原料铯榴石是生产铯盐的主要原料，市场来源广，原料易得；包含两步除杂使工艺控制更宽松，降低了操作要求，产品质量稳定性大大提高。

权利要求

1.一种高纯硫酸铯的制备方法，其步骤如下：

（1）、酸浸铯榴石：将铯榴石放入35wt%硫酸中酸浸，液固质量比为3：1，反应温度

130℃，反应时间4h，然后保持90℃以上过滤，得酸浸液；

所述铯榴石为美国标准200目的粉状，所述铯榴石含Cs：21～25 wt%；

（2）、将酸浸液自然冷却至室温沉矾，离心分离，分离母液中和处理后排放，分离的铯矾晶体加入纯水进行两次重结晶，每次重结晶加8倍质量的纯水溶解后，加热蒸发浓缩至温度为110-130℃、体积为原体积的三分之一，自然冷却至室温结晶；

（3）、将两次重结晶后的精制铯矾加2-3倍质量的纯水溶解，温度控制在95℃-110℃，得铯矾溶液，然后加入铯矾溶液中铝元素物质的量的3-5倍的石灰，石灰以8wt%-15wt%的石灰浆形式边搅拌边缓慢加入，加完后继续搅拌反应1h，过滤，滤渣用纯水淋洗两遍，每次用与滤渣等质量的纯水，淋洗液合并至滤液，得转化液；

（4）、所得转化液采用浓度为30wt%-50wt%的H2SO4调节pH值至7.0～8.0，搅拌下反应

10分钟后，复测溶液pH值至7.0～8.0，然后过滤除去不溶性杂质氢氧化铝，得到滤净液；

（5）、测滤净液中钙元素的物质的量，向滤净液中加入钙元素物质的量的5～20倍的草酸，所述草酸是以30wt%-40wt%的溶液形式加入，搅拌下反应30分钟后过滤除去不溶性杂质，得到硫酸铯净液；

（6）、将得到的硫酸铯净液加热蒸发浓缩至温度130-150℃、且有大量晶体析出为止，然后自然冷却至20℃～30℃后离心分离得硫酸铯晶体，分离出的母液返回到步骤（4）循环使用；

（7）、将步骤（6）分离的硫酸铯晶体在110～140℃下烘干4～8h，得产品。

说明书

一种高纯硫酸铯的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及无机化合物硫酸铯的制备方法技术领域，尤其涉及一种高纯硫酸铯的制备方法。

背景技术

[0002] 铯盐在当今工业生产中被广泛应用于医药、催化剂领域；闪烁晶体光电子产业以及高能物理行业，硫酸铯为无色斜方或白色针状晶体，易溶于水、不溶于醇和丙酮，作为制取各种铯盐的基础原料。主要用于分析试剂、微量分析铅、三价铬；特种玻璃；陶瓷；催化剂的助剂。硫酸铯在作为分析试剂和某些催化剂领域已应用多年。现有工艺一般采用碳酸铯与硫酸中和制取硫酸铯，但该工艺在使用中存在如下不足之处：1、原料使用碳酸铯，成本高；2、在中和制备过程中由于产物碳酸是二元弱酸，中和液为酸性，需加入氢氧化铯回调pH值，增大了成本，且碳酸易分解，逸出二氧化碳时，反应剧烈易造成安全事故。

[0003] 本发明工艺拟采用硫酸酸浸法制备铯矾然后将铯矾通过转化、除杂、浓缩、分离等工序转变成硫酸铯产品，所得产品纯度高，原料简单易得且无安全隐患，工艺流程简单，成本较低，适合工业化生产。

发明内容

[0004] 针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供了一种高纯硫酸铯的制备方法，该方法相对于现有工艺基础精简了合成工序，降低了成本，提高了产品的市场竞争力，操作安全简便，工艺流程简单，适合工业化生产。

[0005] 为了实现上述目的，本发明的技术构思如下：

[0006] 铯榴石经酸浸、沉矾、重结晶、氧化钙转化得到硫酸铯的转化液，再经草酸除杂得到硫酸铯的稀溶液，最后蒸发结晶以及烘干后得到硫酸铯成品。其主要反应原理为：

[0007] 2CsAl(SO4)2+3CaO+3H2O=Cs2SO4+3CaSO4↓+2Al(OH)3↓ (1)

[0008] Ca2++H2C2O4=CaC2O4↓+2H+ (2)

[0009] 进一步，本发明还对各工艺环节的具体条件参数进行了优化，将第3步得到的转化液采用硫酸调节pH值，由于前期加石灰不能彻底去除铝，加硫酸回调将进一步去除不溶性氢氧化铝，从而使得产品的杂质含量非常低；同时在第5步中草酸采用热水溶解，以溶液的形式缓慢加入第4步得到的滤净液中，使得溶液中的钙去除更加完全，从而得到的硫酸铯产品纯度更高。

[0010] 具体为，一种高纯硫酸铯的制备方法，其步骤如下：

[0011] 1、酸浸铯榴石：将铯榴石放入35wt%硫酸中酸浸，液固质量比为3︰1，反应温度130℃，反应时间4h，然后保持90℃以上过滤，得酸浸液；

[0012] 2、将酸浸液自然冷却至室温沉矾，离心分离，分离母液中和处理后排放，分离的铯矾晶体加入纯水进行两次重结晶，每次重结晶的液固质量比为8︰1，每次加纯水溶解后，加热蒸发浓缩至温度为110-130℃、体积为原体积的三分之一后自然冷却至室温结晶，重结晶母液返回步骤1；

[0013] 3、将两次重结晶后的精制铯矾加2-3倍质量的纯水溶解，温度控制在95℃-110℃，得铯矾溶液，然后加入铯矾溶液中铝元素物质的量的3-5倍的石灰（CaO），石灰以8wt%-15wt%（以CaO计量）的石灰浆形式边搅拌边缓慢加入，加完后继续搅拌反应1h，过滤，滤渣用纯水淋洗两遍，每次用与滤渣等质量的纯水，淋洗液合并至滤液，得转化液；

[0014] 4、所得转化液采用浓度为30wt%-50wt%的H2SO4调节pH值至7.0～8.0，搅拌下反应10分钟后，复测溶液pH值至7.0～8.0，然后过滤除去不溶性杂质氢氧化铝，得到滤净液；

[0015] 5、测滤净液中钙元素的物质的量，向滤净液中加入钙元素物质的量的5～20倍的草酸（所述草酸是以30wt%-40wt%的溶液形式加入，草酸用热水溶解），搅拌下反应30分钟后过滤除去不溶性杂质，得到硫酸铯净液；

[0016] 6、将得到的硫酸铯净液加热蒸发浓缩至温度130-150℃、且有大量晶体析出为止，然后自然冷却至20℃～30℃后离心分离得硫酸铯晶体，分离出的母液返回到步骤4循环使用；

[0017] 7、将步骤6分离的硫酸铯晶体在110～140℃下烘干4～8h，得产品。

[0018] 本发明方法中所用的铯榴石含Cs：21～25wt%，粉状（粒度：美国标准200目左右）。

[0019] 与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：

[0020] 1、生产工艺流程简单，适合工业化生产；

[0021] 2、原料铯榴石是生产铯盐的主要原料，市场来源广，原料易得；

[0022] 3、包含两步除杂使工艺控制更宽松，降低了操作要求，产品质量稳定性大大提高。

具体实施方式

[0023] 下面申请人将结合具体的实施例对本发明方法做进一步的详细说明，应理解，以下实施例仅用于阐述本发明，但不在任何意义上解释为对本发明保护范围的限制。

[0024] 实施例1-4中所用的铯榴石含Cs：21～25wt%，粉状（粒度：美国标准200目左右）。

[0025] 实施例1：

[0026] 一种高纯硫酸铯的制备方法，其步骤如下：

[0027] 1、酸浸铯榴石：将铯榴石粉末放入35wt%硫酸中酸浸，液固质量比为3︰1，反应温度130℃，反应时间4h，然后保持90℃以上过滤，得酸浸液；

[0028] 2、将酸浸液自然冷却至室温沉矾，离心分离，分离母液中和处理后排放，分离的铯矾晶体加入纯水进行两次重结晶，每次重结晶的液固质量比为8︰1，每次加纯水溶解后，加热蒸发浓缩至温度为110℃、体积为原体积的三分之一后自然冷却至室温结晶，重结晶母液返回步骤1；

[0029] 3、将两次重结晶后的精制铯矾加2倍质量的纯水溶解，温度控制在95℃，得铯矾溶液，然后加入铯矾溶液中铝元素物质的量的3.8倍的石灰（CaO），石灰以10wt%（以CaO计量）的石灰浆形式边搅拌边缓慢加入，加完后继续搅拌反应1h，过滤，滤渣用纯水淋洗两遍，每次用与滤渣等质量的纯水，淋洗液合并至滤液，得转化液；

[0030] 4、所得转化液采用浓度为35wt%的H2SO4溶液调节pH值至7.5，搅拌下反应10分钟后，复测溶液pH值为7.5，然后过滤除去不溶性杂质氢氧化铝，得到滤净液；

[0031] 5、测滤净液中钙元素的量，向滤净液中加入钙元素物质的量的5倍的草酸，草酸是以30wt%的溶液形式加入，搅拌下反应30分钟后过滤除去不溶性杂质，得到硫酸铯净液；

[0032] 6、将得到的硫酸铯净液加热蒸发浓缩至温度135℃、同时有大量晶体析出为止，然后自然冷却至20℃后离心分离得硫酸铯晶体，分离出的母液返回到步骤4循环使用；

[0033] 7、将步骤6分离的硫酸铯晶体烘干，烘干温度110℃，烘干时间为8h。所得产品的检验结果见表1。

[0034] 实施例2：

[0035] 一种高纯硫酸铯的制备方法，其步骤如下：

[0036] 1、酸浸铯榴石：将铯榴石粉末放入35wt%硫酸中酸浸，液固质量比为3︰1，反应温度130℃，反应时间4h，然后保持90℃以上过滤，得酸浸液；

[0037] 2、将酸浸液自然冷却至室温沉矾，离心分离，分离母液中和处理后排放，分离的铯矾晶体加入纯水进行两次重结晶，每次重结晶的液固质量比为8︰1，每次加纯水溶解后，加热蒸发浓缩至温度为115℃、体积为原体积的三分之一后自然冷却至室温结晶，重结晶母液返回步骤1；

[0038] 3、将两次重结晶后的精制铯矾加2.5倍质量的纯水溶解，温度控制在100℃，得铯矾溶液，然后加入铯矾溶液中铝元素物质的量的4.1倍的石灰（CaO），石灰以9wt%（以CaO计量）的石灰浆形式边搅拌边缓慢加入，加完后继续搅拌反应1h，过滤，滤渣用纯水淋洗两遍，每次用与滤渣等质量的纯水，淋洗液合并至滤液，得转化液；

[0039] 4、所得转化液采用40wt%H2SO4溶液调节pH值至7.0，搅拌下反应10分钟后，复测溶液pH值为7.0，然后过滤除去不溶性杂质氢氧化铝，得到滤净液；

[0040] 5、测滤净液中钙元素的量，向滤净液中加入钙元素物质的量的10倍的草酸，草酸是以35wt%的溶液形式加入，搅拌下反应30分钟后过滤除去不溶性杂质，得到硫酸铯净液；

[0041] 6、将得到的硫酸铯净液加热蒸发浓缩至温度140℃、同时有大量晶体析出为止，然后自然冷却至25℃后离心分离得硫酸铯晶体，分离出的母液返回到步骤4循环使用；

[0042] 7、将步骤6分离的硫酸铯晶体烘干，烘干温度120℃，烘干时间为7h。所得产品的检验结果见表1。

[0043] 实施例3：

[0044] 一种高纯硫酸铯的制备方法，其步骤如下：

[0045] 1、酸浸铯榴石：将铯榴石粉末放入35wt%硫酸中酸浸，液固质量比为3︰1，反应温度130℃，反应时间4h，然后保持90℃以上过滤，得酸浸液；

[0046] 2、将酸浸液自然冷却至室温沉矾，离心分离，分离母液中和处理后排放，分离的铯矾晶体加入纯水进行两次重结晶，每次重结晶的液固质量比为8︰1，每次加纯水溶解后，加热蒸发浓缩至温度为120℃、体积为原体积的三分之一后自然冷却至室温结晶，重结晶母液返回步骤1；

[0047] 3、将两次重结晶后的精制铯矾加2.8倍质量的纯水溶解，温度控制在110℃，得铯矾溶液，然后加入铯矾溶液中铝元素物质的量的4.5倍的石灰（CaO），石灰以10wt%（以CaO计量）的石灰浆形式边搅拌边缓慢加入，加完后继续搅拌反应1h，过滤，滤渣用纯水淋洗两遍，每次用与滤渣等质量的纯水，淋洗液合并至滤液，得转化液液；

[0048] 4、所得转化液采用30wt%H2SO4溶液调节pH值至7.0，搅拌下反应10分钟后，复测溶液pH值为7.5，然后过滤除去不溶性杂质氢氧化铝，得到滤净液；

[0049] 5、测滤净液中钙元素的量，向滤净液中加入钙元素物质的量的15倍的草酸，草酸是以40wt%的溶液形式加入，搅拌下反应30分钟后过滤除去不溶性杂质，得到硫酸铯净液；

[0050] 6、将得到的硫酸铯净液加热蒸发浓缩至温度144℃，同时有大量晶体析出为止，然后自然冷却至27℃后离心分离得硫酸铯晶体，分离出的母液返回到步骤4循环使用；

[0051] 7、将步骤6分离的硫酸铯晶体烘干，烘干温度130℃，烘干时间为5h。所得产品的检验结果见表1。

[0052] 实施例4：

[0053] 一种高纯硫酸铯的制备方法，其步骤如下：

[0054] 1、酸浸铯榴石：将铯榴石粉末放入35wt%硫酸中酸浸，液固质量比为3︰1，反应温度130℃，反应时间4h，然后保持90℃以上过滤，得酸浸液；

[0055] 2、将酸浸液自然冷却至室温沉矾，离心分离，分离母液中和处理后排放，分离的铯矾晶体加入纯水进行两次重结晶，每次重结晶的液固质量比为8︰1，每次加纯水溶解后，加热蒸发浓缩至温度为130℃、体积为原体积的三分之一后自然冷却至室温结晶，重结晶母液返回步骤1；

[0056] 3、将两次重结晶后的精制铯矾加2.3倍质量的纯水溶解，温度控制在110℃，得铯矾溶液，然后加入铯矾溶液中铝元素物质的量的4.8倍的石灰（CaO），石灰以13wt%（以CaO计量）的石灰浆形式边搅拌边缓慢加入，加完后继续搅拌反应1h，过滤，滤渣用纯水淋洗两遍，每次用与滤渣等质量的纯水，淋洗液合并至滤液，得转化液；

[0057] 4、所得转化液采用35wt%H2SO4溶液调节pH值至7.5，搅拌下反应10分钟后，复测溶液pH值为8.0，然后过滤除去不溶性杂质氢氧化铝，得到滤净液；

[0058] 5、测滤净液中钙元素的量，向滤净液中加入钙元素物质的量的20倍的草酸，草酸是以35wt%的溶液形式加入，搅拌下反应30分钟后过滤除去不溶性杂质，得到硫酸铯净液；

[0059] 6、将得到的硫酸铯净液加热蒸发浓缩至温度138℃、同时有大量晶体析出为止，然后自然冷却至24℃后离心分离得硫酸铯晶体，分离出的母液返回到步骤4循环使用；

[0060] 7、将步骤6分离的硫酸铯晶体烘干，烘干温度140℃，烘干时间为4h。所得产品的检验结果见表1。

[0061] 表1实施例1-4所得硫酸铯产品的检验结果

[0062]