一种微晶铯榴石的制备方法

摘要

本发明公开了一种微晶铯榴石的制备方法，其特征是：将氢氧化铯溶于硅酸钾溶液中，冷却至室温，得到硅酸钾铯溶液；在硅酸钾铯溶液中加入偏高岭土，搅拌均匀，得到浆体；将浆体注入钢制模具中，室温密闭静置3～5h后脱模，得到块状固体；将块状固体置于蒸压反应釜中，置于温度180℃、压力0.8MPa的水蒸汽环境中晶化4～8h后，冷却，即制得微晶铯榴石。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、污染环境的危害；制备的微晶铯榴石可用于固化含铯放射性废物、也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。

权利要求

1.一种微晶铯榴石的制备方法，其特征是步骤为：

a、将氢氧化铯溶于硅酸钾溶液中，氢氧化铯与硅酸钾溶液的质量比为0.3～1.25:1，搅拌溶解，冷却至室温，得到硅酸钾铯溶液；

b、在硅酸钾铯溶液中加入偏高岭土，硅酸钾铯溶液与偏高岭土的质量比为1.2～2:1，搅拌均匀，得到浆体；

c、将浆体注入钢制模具中，室温密闭静置3～5h后脱模，得到块状固体；

d、将块状固体置于蒸压反应釜中，置于温度180℃、压力0.8MPa的水蒸汽环境中4～8h后，冷却，即制得微晶铯榴石。

2.按权利要求1所述微晶铯榴石的制备方法，其特征是：步骤a中所述的硅酸钾溶液为市售的工业钾水玻璃，硅酸钾溶液的化学成分和质量百分比例组成为SiO2 27.5%、K2O 

15.9%、H2O 56.6%。

3.按权利要求1所述微晶铯榴石的制备方法，其特征是：步骤b中所述的偏高岭土的主要化学成分和重量百分比例组成为SiO2 50～55 %、Al2O3 40～45%、其它微量组分3%～5%。

4.按权利要求1所述微晶铯榴石的制备方法，其特征是：步骤c中所述的钢制模具尺寸为Φ3cm×3cm。

说明书

一种微晶铯榴石的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于含铯的化合物的制备，涉及一种微晶铯榴石的制备方法。采用本发明制备的无机固体材料--微晶铯榴石适用于吸附催化、放射源源芯材料、含137Cs核废料固化材料，以及航空航天等领域的耐高温材料。

背景技术

[0002] 铯榴石(化学结构式CsAlSi2O6.nH2O)也称铯沸石，是铯(Cs)稳定存在的主要天然矿物形式，其晶体结构由共用桥氧的(Al,Si)O4四面体网络结构骨架和平行分布于<111>方向通道中的Cs离子构成，理论上可容纳超过40wt％的Cs。铯榴石具有高Cs含量、优良的水热137
稳定性和耐高温性能(熔点＞1900℃)等，可用于吸附催化、放射源源芯材料、含 Cs核废料固化以及航空航天等领域，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，现有技术方法需要的合成温度较高，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。随着人们对铯榴石认识的逐渐加深，对铯榴石材料需求量也不断增加，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

[0003] 本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种微晶铯榴石的制备方法；从而提供一种不需要添加其他有机模板剂或晶种，工艺简单，条件温和(180℃、0.8MPa水热环境)的铯榴石的低温合成方法。

[0004] 本发明的内容是：一种微晶铯榴石的制备方法，其特征是步骤为：

[0005] a、将氢氧化铯溶于硅酸钾溶液中，氢氧化铯与硅酸钾溶液的质量比为0.3～1.25:1，搅拌溶解，冷却至室温，得到硅酸钾铯溶液；

[0006] b、在硅酸钾铯溶液中加入偏高岭土，硅酸钾铯溶液与偏高岭土的质量比为1.2～2:1，搅拌均匀，得到浆体；

[0007] c、将浆体注入钢制模具中，室温密闭静置3～5h后脱模，得到块状固体；

[0008] d、将块状固体置于蒸压反应釜中，置于温度180℃、压力0.8MPa的水蒸汽环境中(晶化)4～8h后，冷却，即制得微晶铯榴石。

[0009] 本发明的内容中：步骤a中所述的硅酸钾溶液为市售的工业钾水玻璃，硅酸钾溶液的化学成分和质量百分比例组成为SiO2 27.5％、K2O 15.9％、H2O 56.6％。

[0010] 本发明的内容中：步骤b中所述的偏高岭土的主要化学成分和重量百分比例组成为SiO2 50～55％、Al2O3 40～45％、(Fe2O3、K2O、Na2O等)其它微量组分3％～5％。

[0011] 本发明的内容中：步骤c中所述的钢制模具尺寸较好的为Φ3cm×3cm。

[0012] 本发明的内容中：步骤d中所述的蒸压反应釜可以为大连通产高压釜容器制造有限公司的FYX40高压釜(设计压力3MPa、设计温度200℃)。

[0013] 与现有技术相比，本发明具有下列特点和有益效果：

[0014] (1)采用本发明，在温和条件下(温度180℃、压力0.8MPa水热环境中)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；

[0015] (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；

[0016] (3)本发明制备的微晶铯榴石可用于固化含铯放射性废物、也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；

[0017] (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

[0018] 图1是实施例5产品的扫描电镜图谱，图1表明所制备的微晶铯榴石晶粒基本呈球形，尺寸大小约为60nm；

[0019] 图2是实施例5产品的X射线衍射图谱，图2表明实施例5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，且晶粒较小，即实施例5产品为微晶铯榴石；

[0020] 图3是实施例中偏高岭土的扫描电镜图谱，图3表明所用偏高岭土颗粒呈片状，且颗粒大小均在2μm以下；

[0021] 图4是实施例中偏高岭土的X射线衍射图谱，图4表明所用偏高岭土基本呈无定形态，存在少量石英晶体。

具体实施方式

[0022] 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。

[0023] 实施例1：

[0024] 按照氢氧化铯与硅酸钾溶液的质量比为0.3:1称量配比，将氢氧化铯溶于硅酸钾溶液中，搅拌溶解，冷却至室温形成硅酸钾铯溶液；硅酸钾铯溶液冷却后，按照硅酸钾铯溶液与偏高岭土的质量比为1.2:1加入偏高岭土，搅拌均匀形成浆体；将浆体注入钢制模具中，室温密闭静置3～5h后脱模成块状固体；块状固体置于蒸压反应釜中，在180℃、0.8MPa蒸汽环境中晶化4～8h后冷却，即制得微晶铯榴石块状固体。

[0025] 实施例2：

[0026] 按照氢氧化铯与硅酸钾溶液的质量比为0.47:1称量配比，将氢氧化铯溶于硅酸钾溶液中，搅拌溶解，冷却至室温形成硅酸钾铯溶液；硅酸钾铯溶液冷却后，按照硅酸钾铯溶液与偏高岭土的质量比为1.27:1加入偏高岭土，搅拌均匀形成浆体；将浆体注入钢制模具中，室温密闭静置3～5h后脱模成块状固体；块状固体置于蒸压反应釜中，在180℃、0.8MPa蒸汽环境中晶化4～8h后冷却，即制得微晶铯榴石块状固体。

[0027] 实施例3：

[0028] 按照氢氧化铯与硅酸钾溶液的质量比为0.67:1称量配比，将氢氧化铯溶于硅酸钾溶液中，搅拌溶解，冷却至室温形成硅酸钾铯溶液；硅酸钾铯溶液冷却后，按照硅酸钾铯溶液与偏高岭土的质量比为1.44:1加入偏高岭土，搅拌均匀形成浆体；将浆体注入钢制模具中，室温密闭静置3～5h后脱模成块状固体；块状固体置于蒸压反应釜中，在180℃、0.8MPa蒸汽环境中晶化4～8h后冷却，即制得微晶铯榴石块状固体。

[0029] 实施例4：

[0030] 按照氢氧化铯与硅酸钾溶液的质量比为0.84:1称量配比，将氢氧化铯溶于硅酸钾溶液中，搅拌溶解，冷却至室温形成硅酸钾铯溶液；硅酸钾铯溶液冷却后，按照硅酸钾铯溶液与偏高岭土的质量比为1.59:1加入偏高岭土，搅拌均匀形成浆体；将浆体注入钢制模具中，室温密闭静置3～5h后脱模成块状固体；块状固体置于蒸压反应釜中，在180℃、0.8MPa蒸汽环境中晶化4～8h后冷却，即制得微晶铯榴石块状固体。

[0031] 实施例5：

[0032] 按照氢氧化铯与硅酸钾溶液的质量比为1.09:1称量配比，将氢氧化铯溶于硅酸钾溶液中，搅拌溶解，冷却至室温形成硅酸钾铯溶液；硅酸钾铯溶液冷却后，按照硅酸钾铯溶液与偏高岭土的质量比为1.81:1加入偏高岭土，搅拌均匀形成浆体；将浆体注入钢制模具中，室温密闭静置3～5h后脱模成块状固体；块状固体置于蒸压反应釜中，在180℃、0.8MPa蒸汽环境中晶化4～8h后冷却，即制得微晶铯榴石块状固体。

[0033] 实施例6：

[0034] 按照氢氧化铯与硅酸钾溶液的质量比为1.25:1称量配比，将氢氧化铯溶于硅酸钾溶液中，搅拌溶解，冷却至室温形成硅酸钾铯溶液；硅酸钾铯溶液冷却后，按照硅酸钾铯溶液与偏高岭土的质量比为1.95:1加入偏高岭土，搅拌均匀形成浆体；将浆体注入钢制模具中，室温密闭静置3～5h后脱模成块状固体；块状固体置于蒸压反应釜中，在180℃、0.8MPa蒸汽环境中晶化4～8h后冷却，即制得微晶铯榴石块状固体。

[0035] 实施例7：

[0036] 按照氢氧化铯与硅酸钾溶液的质量比为1.09:1称量配比，将氢氧化铯溶于硅酸钾溶液中，搅拌溶解，冷却至室温形成硅酸钾铯溶液；硅酸钾铯溶液冷却后，按照硅酸钾铯溶液与偏高岭土的质量比为1.61:1加入偏高岭土，搅拌均匀形成浆体；将浆体注入钢制模具中，室温密闭静置3～5h后脱模成块状固体；块状固体置于蒸压反应釜中，在180℃、0.8MPa蒸汽环境中晶化4～8h后冷却，即制得微晶铯榴石块状固体。

[0037] 实施例8：

[0038] 按照氢氧化铯与硅酸钾溶液的质量比为1.09:1称量配比，将氢氧化铯溶于硅酸钾溶液中，搅拌溶解，冷却至室温形成硅酸钾铯溶液；硅酸钾铯溶液冷却后，按照硅酸钾铯溶液与偏高岭土的质量比为2:1加入偏高岭土，搅拌均匀形成浆体；将浆体注入钢制模具中，室温密闭静置3～5h后脱模成块状固体；块状固体置于蒸压反应釜中，在180℃、0.8MPa蒸汽环境中晶化4～8h后冷却，即制得微晶铯榴石块状固体。

[0039] 实施例9：

[0040] 一种微晶铯榴石的制备方法，步骤为：

[0041] a、将氢氧化铯溶于硅酸钾溶液中，氢氧化铯与硅酸钾溶液的质量比为0.3:1，搅拌溶解，冷却至室温，得到硅酸钾铯溶液；

[0042] b、在硅酸钾铯溶液中加入偏高岭土，硅酸钾铯溶液与偏高岭土的质量比为1.2:1，搅拌均匀，得到浆体；

[0043] c、将浆体注入钢制模具中，室温密闭静置4h后脱模，得到块状固体；

[0044] d、将块状固体置于蒸压反应釜中，置于温度180℃、压力0.8MPa的水蒸汽环境中(晶化)6h后，冷却，即制得微晶铯榴石。

[0045] 实施例10：

[0046] 一种微晶铯榴石的制备方法，步骤为：

[0047] a、将氢氧化铯溶于硅酸钾溶液中，氢氧化铯与硅酸钾溶液的质量比为1.25:1，搅拌溶解，冷却至室温，得到硅酸钾铯溶液；

[0048] b、在硅酸钾铯溶液中加入偏高岭土，硅酸钾铯溶液与偏高岭土的质量比为2:1，搅拌均匀，得到浆体；

[0049] c、将浆体注入钢制模具中，室温密闭静置4h后脱模，得到块状固体；

[0050] d、将块状固体置于蒸压反应釜中，置于温度180℃、压力0.8MPa的水蒸汽环境中(晶化)6h后，冷却，即制得微晶铯榴石。

[0051] 实施例11：

[0052] 一种微晶铯榴石的制备方法，步骤为：

[0053] a、将氢氧化铯溶于硅酸钾溶液中，氢氧化铯与硅酸钾溶液的质量比为0.78:1，搅拌溶解，冷却至室温，得到硅酸钾铯溶液；

[0054] b、在硅酸钾铯溶液中加入偏高岭土，硅酸钾铯溶液与偏高岭土的质量比为1.6:1，搅拌均匀，得到浆体；

[0055] c、将浆体注入钢制模具中，室温密闭静置4h后脱模，得到块状固体；

[0056] d、将块状固体置于蒸压反应釜中，置于温度180℃、压力0.8MPa的水蒸汽环境中(晶化)6h后，冷却，即制得微晶铯榴石。

[0057] 实施例12：

[0058] 一种微晶铯榴石的制备方法，步骤为：

[0059] a、将氢氧化铯溶于硅酸钾溶液中，氢氧化铯与硅酸钾溶液的质量比为0.75:1，搅拌溶解，冷却至室温，得到硅酸钾铯溶液；

[0060] b、在硅酸钾铯溶液中加入偏高岭土，硅酸钾铯溶液与偏高岭土的质量比为1.5:1，搅拌均匀，得到浆体；

[0061] c、将浆体注入钢制模具中，室温密闭静置5h后脱模，得到块状固体；

[0062] d、将块状固体置于蒸压反应釜中，置于温度180℃、压力0.8MPa的水蒸汽环境中(晶化)7h后，冷却，即制得微晶铯榴石。

[0063] 实施例13～19：

[0064] 一种微晶铯榴石的制备方法，步骤为：

[0065] a、将氢氧化铯溶于硅酸钾溶液中，氢氧化铯与硅酸钾溶液的质量比为0.3～1.25:1，搅拌溶解，冷却至室温，得到硅酸钾铯溶液；

[0066] b、在硅酸钾铯溶液中加入偏高岭土，硅酸钾铯溶液与偏高岭土的质量比为1.2～2:1，搅拌均匀，得到浆体；

[0067] c、将浆体注入钢制模具中，室温密闭静置3～5h后脱模，得到块状固体；

[0068] d、将块状固体置于蒸压反应釜中，置于温度180℃、压力0.8MPa的水蒸汽环境中(晶化)4～8h后，冷却，即制得微晶铯榴石；

[0069] 各实施例中各组分原料的具体质量比用量见下表：

[0070]

[0071] 上述实施例中：步骤a中所述的硅酸钾溶液为市售的工业钾水玻璃，该硅酸钾溶液的化学成分和质量百分比例组成为SiO2 27.5％、K2O 15.9％、H2O 56.6％。

[0072] 上述实施例中：步骤b中所述的偏高岭土的主要化学成分和重量百分比例组成为SiO2 50～55％、Al2O3 40～45％、(Fe2O3、K2O、Na2O等)其它微量组分3％～5％。

[0073] 上述实施例中：步骤c中所述的钢制模具尺寸可以为Φ3cm×3cm。

[0074] 上述实施例中：步骤d中所述的蒸压反应釜可以为大连通产高压釜容器制造有限公司的FYX40高压釜(设计压力3MPa、设计温度200℃)。

[0075] 上述实施例中：所采用的百分比例中，未特别注明的，均为质量(重量)百分比例(简称wt％)或本领域技术人员公知的百分比例；所述质量(重量)份可以均是克或千克。

[0076] 上述实施例中：各组分原料用量等数值等为范围的，任一点均可适用。

[0077] 本发明内容及上述实施例中未具体叙述的技术内容同现有技术。

[0078] 上述实施例只选择了不同氢氧化铯用量和不同比例的偏高岭土与硅酸钾铯比例，进行微晶铯榴石的制备，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。