一种光学级偏磷酸镁的制备方法
阅读说明：本技术 一种光学级偏磷酸镁的制备方法 (Preparation method of optical-grade magnesium metaphosphate ) 是由 蒋加富 于 2020-04-10 设计创作，主要内容包括：本发明技术方案提供了一种光学级偏磷酸镁的制备方法,包括如下步骤：将氢氧化镁或氧化镁与磷酸、水按一定比例发生反应,得到粗磷酸二氢镁溶液；调节粗磷酸二氢镁溶液的浓度,使其经过离子交换树脂,以脱除有色金属和杂质离子；将经过离子交换树脂后的溶液蒸发浓缩,获得浓度在30％以上的提浓液；洁净煅烧,以脱除游离水和结构水,得到光学级偏磷酸镁。本发明技术方案的制备方法对于原料氢氧化镁或氧化镁的适应性强,采用离子交换法并结合洁净喷雾煅烧可制备出高纯度的偏磷酸镁,各项指标均满足光学玻璃和激光玻璃原料的要求。(The technical scheme of the invention provides a preparation method of optical-grade magnesium metaphosphate, which comprises the following steps: reacting magnesium hydroxide or magnesium oxide with phosphoric acid and water according to a certain proportion to obtain a crude magnesium dihydrogen phosphate solution; adjusting the concentration of the crude magnesium dihydrogen phosphate solution, and passing the solution through ion exchange resin to remove nonferrous metals and impurity ions; evaporating and concentrating the solution after ion exchange resin to obtain concentrated solution with the concentration of more than 30%; and (4) clean calcining to remove free water and structural water to obtain the optical-grade magnesium metaphosphate. The preparation method of the technical scheme of the invention has strong adaptability to the raw material magnesium hydroxide or magnesium oxide, high-purity magnesium metaphosphate can be prepared by adopting an ion exchange method and combining clean spray calcination, and all indexes meet the requirements of optical glass and laser glass raw materials.)
技术领域
本发明涉及精细无机磷化工领域，具体涉及一种光学级偏磷酸镁的制备方法。
背景技术
偏磷酸盐是二元磷酸盐中最稳定的磷酸盐，是制造磷酸盐玻璃的基础原料。高纯偏磷酸盐由于具有优良的透光性能，不仅可用于大功率激光器(如国家大科学工程～神光计划)中激光玻璃的重要原料，还是一些高级光学器材如相机镜头、高清摄像头、智能手机镜头和手机面板基板的重要原料。由于过渡金属Fe、Co、Ni等的存在会导致偏磷酸盐玻璃在近紫外到红外区域产生强吸收，影响玻璃的光学性能。因此，高纯偏磷酸盐原料的制备成为制造高性能激光玻璃的关键。
虽然我国已是磷化工生产大国，但高附加的、精细的磷化工产品开发滞后，缺乏国际市场的竞争力。鉴于国际同行对我们实行技术封锁，我们只有自主创新，加强精细化磷化工产品的深度开发，提高产品的高科技含量，提高产品附加值，才能提高企业的经济效益。
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制备光学级偏磷酸镁的方法，其制备出的偏磷酸镁的主要指标均能够满足制造光学玻璃和激光玻璃的要求。
为解决上述技术问题，本发明技术方案提供了一种光学级偏磷酸镁的制备方法，包括如下步骤：
1)将氢氧化镁或氧化镁与磷酸、水按一定比例发生反应，得到粗磷酸二氢镁溶液；
2)调节粗磷酸二氢镁溶液的浓度，使其经过离子交换树脂，以脱除有色金属和杂质离子；
3)将经过离子交换树脂后的溶液蒸发浓缩，获得浓度在30％以上的提浓液；
4)洁净煅烧，以脱除游离水和结构水，得到光学级偏磷酸镁。
氢氧化镁、氧化镁和磷酸均可以选自工业级原料。
优选地，步骤1)中，氢氧化镁或氧化镁与所述磷酸的摩尔比为1:(1.97～2.05)，磷酸与水的质量比为1:(1.5～3.0)。优选地，氢氧化镁或氧化镁与磷酸的摩尔比为1:(1.99～2.02)，磷酸与水的质量比为1:(1.8～2.5)。
优选地，步骤1)中，反应温度为125℃～145℃，反应压力0.3MPa～0.55MPa，反应时间为3h～7h。进一步优选地，反应温度为130℃～140℃，反应压力0.35MPa～0.48MPa，反应时间为4.5h～6h。
优选地，调节粗磷酸二氢镁溶液的浓度为8％～18％，经过离子交换树脂的流速为1.5L/min～5L/min。进一步优选地，调节粗磷酸二氢镁溶液的浓度为8％～13％，经过离子交换树脂的流速为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732、741、001×7、D403、IONRESIN 1200、IONRESIN 252中的一种或几种的组合，所述阴离子交换树脂包括201×4、D202、D406、IONRESIN IRA402、IONRESIN IRA900中的一种或几种组合。
优选地，步骤3)中，采用减压蒸发浓缩的方式获得提浓液，提浓液的浓度为30％～40％，减压浓缩的温度为105℃～125℃，真空度为-0.05MPa～-0.08MPa。更优选地，提浓至30％～35％，减压浓缩的温度为105℃～115℃，真空度为-0.04MPa～-0.07MPa。
优选地，提浓后的磷酸二氢镁溶液以6L/min～13L/min的流速进入喷雾煅烧塔进行洁净煅烧，其中进风温度为600℃～700℃，塔体上段温度为560℃～650℃，塔体中段温度为520℃～630℃，塔体下段温度为500℃～590℃，出风温度为340℃～420℃。
更进一步地，提浓后的磷酸二氢镁溶液以8L/min～12L/min的流速进入喷雾煅烧塔进行洁净煅烧，其中进风温度为650℃～680℃，塔体上段温度为620℃～650℃，塔体中段温度为590℃～615℃，塔体下段温度为550℃～590℃，出风温度为350℃～380℃。为了保证产品品质，煅烧塔物料接触部分采用高纯氧化铝内衬，喷头采用钛钯合金制造，加热方式采用间接加热。
本发明技术方案的光学级偏磷酸镁的制备方法具有如下有益效果：对于原料氢氧化镁或氧化镁的适应性强，采用离子交换法除杂，采用离子交换法并结合洁净喷雾煅烧可制备出高纯度的偏磷酸镁，各项指标均满足光学玻璃和激光玻璃原料的要求。
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偏磷酸镁的制备方法流程图。
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偏磷酸镁的制备方法，包括如下步骤：
1)将氢氧化镁或氧化镁与磷酸、水按一定比例发生反应，得到粗磷酸二氢镁溶液；
2)调节粗磷酸二氢镁溶液的浓度，使其经过离子交换树脂，以脱除有色金属和杂质离子；
3)将经过离子交换树脂后的溶液蒸发浓缩，获得浓度在30％以上的提浓液；
4)洁净煅烧，以脱除游离水和结构水，得到光学级偏磷酸镁。
实施例1
本发明实施例的光学级偏磷酸镁的制备方法，包括以下步骤：
1)120kg含量为97％的工业级氢氧化镁加入至由471.5kg 85％的工业磷酸和864.5kg水勾兑而成的稀磷酸中，控制反应温度为130℃～133℃，反应压力为0.39MPa～0.42MPa，反应时间为5h～6h，得到粗磷酸二氢镁溶液；
2)调节粗磷酸二氢镁溶液的浓度到12％，以4L/min的流速经过一组填充了镁盐改性的001×7、D403型阳离子交换树脂和特别甄选的D202、D406型阴离子交换树脂的复合离子交换装置，以脱除Fe、Mn、Pb、Cr、Cu、Ni、Co等有色金属和Cl－、硫酸根等杂质；
3)将经过离子交换树脂后的溶液蒸发浓缩，在真空度为-0.05MPa～-0.06MPa，蒸发温度为110℃的条件下，减压浓缩至32％；
4)提浓后的磷酸二氢镁溶液通过工业蠕动泵控制，以9L/min的流速进入喷雾煅烧塔进行洁净煅烧，其中进风温度为670℃～690℃，塔体上段温度为640℃～665℃，塔体中段温度为620℃～640℃，塔体下段温度为590℃～610℃，出风温度为370℃～390℃，获得光学级偏磷酸镁粉体348kg，收率为95.2％。
实施例2
本发明实施例的光学级偏磷酸镁的制备方法，包括以下步骤：
1)140kg含量为96％的工业级氢氧化镁加入至由539.3kg 85％的工业磷酸和988.7kg水勾兑而成的稀磷酸中，控制反应温度为132℃～135℃，反应压力0.42MPa～0.45MPa，反应时间为5h～6h，得到粗磷酸二氢镁溶液；
2)调节粗磷酸二氢镁溶液的浓度到10％，以4L/min的流速经过一组填充了镁盐改性的732、741、001×7型阳离子交换树脂和特别甄选的D406、IONRESIN IRA402型阴离子交换树脂的复合离子交换装置，以脱除Fe、Mn、Pb、Cr、Cu、Ni、Co等有色金属和Cl－、硫酸根等杂质；
3)将经过离子交换树脂后的溶液蒸发浓缩，在真空度为-0.05MPa～-0.06MPa，蒸发温度为115℃的条件下，减压浓缩至30％；
4)提浓后的磷酸二氢镁溶液通过工业蠕动泵控制，以10L/min的流速进入喷雾煅烧塔进行洁净煅烧，其中进风温度为675℃～690℃，塔体上段温度为645℃～665℃，塔体中段温度为625℃～640℃，塔体下段温度为595℃～610℃，出风温度为375℃～390℃，获得光学级偏磷酸镁粉体399kg，收率为94.7％。
实施例3
本发明实施例的光学级偏磷酸镁的制备方法，包括以下步骤：
1)90kg含量为95％的活性氧化镁加入至由499.8kg 85％的工业磷酸和916.2kg水勾兑而成的稀磷酸中，控制反应温度为135℃～138℃，反应压力为0.45MPa～0.48MPa，反应时间为5h～6h，得到粗磷酸二氢镁溶液；
2)调节粗磷酸二氢镁溶液的浓度到9.5％，以4L/min的流速经过一组填充了镁盐改性的IONRESIN 1200、IONRESIN 252型阳离子交换树脂和特别甄选的IONRESIN IRA402、IONRESIN IRA900型阴离子交换树脂的复合离子交换装置，以脱除Fe、Mn、Pb、Cr、Cu、Ni、Co等有色金属和Cl－、硫酸根等杂质；
3)将经过离子交换树脂后的溶液蒸发浓缩，在真空度为-0.055MPa～-0.06MPa，蒸发温度为110℃的条件下，减压浓缩至33％；
4)提浓后的磷酸二氢镁溶液通过工业蠕动泵控制，以10.5L/min的流速进入喷雾煅烧塔进行洁净煅烧，其中进风温度为680℃～695℃，塔体上段温度为650℃～665℃，塔体中段温度为630℃～645℃，塔体下段温度为600℃～615℃，出风温度为385℃～395℃，获得光学级偏磷酸镁粉体371kg，收率为95.4％。
实施例4
本发明实施例的光学级偏磷酸镁的制备方法，包括以下步骤：
1)110kg含量为96.5％的活性氧化镁加入至由621.2kg 85％的工业磷酸和1138.8kg水勾兑而成的稀磷酸中，控制反应温度为134℃～137℃，反应压力为0.43MPa～0.46MPa，反应时间为5h～6h，得到粗磷酸二氢镁溶液；
2)调节粗磷酸二氢镁溶液的浓度到11.5％，以3.8L/min的流速经过一组填充了镁盐改性的D403、IONRESIN 252型阳离子交换树脂和特别甄选的D202、IONRESIN IRA900型阴离子交换树脂的复合离子交换装置，以脱除Fe、Mn、Pb、Cr、Cu、Ni、Co等有色金属和Cl－、硫酸根等杂质；
3)将经过离子交换树脂后的溶液蒸发浓缩，在真空度为-0.06MPa～-0.065MPa，蒸发温度为115℃的条件下，减压浓缩至34％；
4)提浓后的磷酸二氢镁溶液通过工业蠕动泵控制，以11L/min的流速进入喷雾煅烧塔进行洁净煅烧，其中进风温度为680℃～695℃，塔体上段温度为650℃～670℃，塔体中段温度为630℃～650℃，塔体下段温度为600℃～615℃，出风温度为385℃～400℃，获得光学级偏磷酸镁粉体463kg，收率为95.9％。
将实施例1～4制得的偏磷酸镁样品进行分析，结果如表1所示：
表1偏磷酸镁样品分析
从表1中可看出，实施例1～4制备的偏磷酸镁中，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0.1ppm，Fe2O3含量不超过2ppm，Cl-、硫酸根含量总和不超过100ppm，MgO含量为22±0.5％、P2O5含量为78±0.5％。
综上可知，本发明制备的光学级偏磷酸镁主含量高、杂质含量很低、质量稳定、颗粒度均匀，各项指标均符合激光玻璃和光学玻璃原料的指标要求，且本发明的光学级偏磷酸镁的制备方法高效且简便、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。