一种光学级偏磷酸锶的制备方法
阅读说明：本技术 一种光学级偏磷酸锶的制备方法 (Preparation method of optical-grade strontium metaphosphate ) 是由 蒋加富 于 2020-05-15 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锶的制备方法,包括如下步骤：按一定比例使锶源、磷酸和水在加热、加压条件下发生反应,得到粗磷酸二氢锶溶液,所述锶源为氧化锶或氢氧化锶；调节所述粗磷酸二氢锶溶液的浓度,并以一定流速经过离子交换树脂,以脱除有色金属和杂质离子；蒸发浓缩,获得含磷酸二氢锶浓度在24％以上的提浓液；脱除提浓液中的游离水和结构水,获得偏磷酸锶中间体粉体；经煅烧,获得光学级偏磷酸锶成品。本发明的制备方法对于原料氢氧化锶的适应性强,采用离子交换法除杂,间接加热洁净喷雾煅烧结合高温电炉洁净煅烧的方式,可制备出高纯度的偏磷酸锶,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 strontium metaphosphate, which comprises the following steps: reacting a strontium source, phosphoric acid and water in a certain proportion under the conditions of heating and pressurizing to obtain a crude strontium dihydrogen phosphate solution, wherein the strontium source is strontium oxide or strontium hydroxide; adjusting the concentration of the crude strontium dihydrogen phosphate solution, and passing through ion exchange resin at a certain flow rate to remove nonferrous metals and impurity ions; evaporating and concentrating to obtain concentrated solution containing strontium dihydrogen phosphate with concentration of more than 24%; removing free water and structural water in the concentrated solution to obtain strontium metaphosphate intermediate powder; and calcining to obtain the optical grade strontium metaphosphate finished product. The preparation method has strong adaptability to the raw material strontium hydroxide, adopts the mode of removing impurities by an ion exchange method, and combining indirect heating clean spray calcination with high-temperature electric furnace clean calcination, and can prepare high-purity strontium metaphosphate, and all indexes of the strontium metaphosphate 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锶的制备方法。
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。
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锶的方法。
为解决上述技术问题，本发明技术方案提供了一种光学级偏磷酸锶的制备方法，包括如下步骤：
(1)按一定比例使锶源、磷酸和水在加热、加压条件下发生反应，得到粗磷酸二氢锶溶液，所述锶源为氧化锶或氢氧化锶；
(2)调节所述粗磷酸二氢锶溶液的浓度，并以一定流速经过离子交换树脂，以脱除有色金属和杂质离子；
(3)蒸发浓缩，获得含磷酸二氢锶浓度在24％以上的提浓液；
(4)脱除提浓液中的游离水和结构水，获得偏磷酸锶中间体粉体；
(5)经煅烧，获得光学级偏磷酸锶成品。
优选地，步骤(1)中，所述锶源与磷酸的摩尔比为1:(1.97～2.03)，磷酸与水的质量比为1:(2.0～3.6)，反应温度为125℃～145℃，反应压力为0.3MPa～0.55MPa，反应时间为3h～6h。进一步优选地，锶源与磷酸的摩尔比例为1:(0.985～2.015)，磷酸与水的质量比为1:(2.1～2.9)，反应温度为130℃～140℃，反应压力为0.38MPa～0.47MPa，反应时间为3.5h～5h。
优选地，步骤(2)中，调节所述粗磷酸二氢锶的浓度至7％～17％。进一步优选为，9％～15％。
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741、D001、IONRESIN IR1200F、IONRESIN 1600、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、201×7、D201、D406、D407中的一种或几种组合。
优选地，经过阳离子交换树脂和阴离子交换树脂的流速为1L/min～5L/min。进一步优选地，为2L/min～4L/min。
优选地，所述提浓液中磷酸二氢锶的浓度为24％～30％，进一步优选地，为26％～29％。
优选地，将提浓液送至喷雾煅烧塔进行脱水，其中喷雾煅烧塔的进风温度为710℃～800℃、塔体上段温度为680℃～760℃、塔体中段温度为650℃～730℃、塔体下段温度为620℃～700℃，出风温度为390℃～465℃，提浓液泵入塔体的流速为6L/min～13L/min。进一步地，进风温度为750℃～780℃，塔体上段温度为720℃～750℃，塔体中段温度为685℃～720℃，塔体下段温度为660℃～685℃，出风温度为420℃～455℃，提浓液泵入塔体的流速为7L/min～11L/min。
优选地，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，进风需做多级净化处理。
采用间接加热，随之而来的问题是喷雾煅烧塔进风温度最高只能达到780～800℃(塔体温度只能达到700-740℃)，在瞬时煅烧脱水的工况中，这个温度段对于偏磷酸锶的煅烧而言，是很难彻底脱水的，至多可以脱除96％的磷酸二氢锶结构水，需要更高的持久温度和进一步的煅烧设备脱除最终微量的结构水，还需进一步的进行煅烧。
优选地，采用电炉煅烧，炉膛采用高纯刚玉或高纯石英材料内衬，煅烧温度为780℃～860℃，煅烧时间为5h～12h。更进一步地，电炉煅烧温度为800℃～840℃，煅烧时间7h～10h。
本发明技术方案的光学级偏磷酸锶的制备方法具备如下有益效果：
对于原料氢氧化锶的适应性强，采用离子交换法除杂，间接加热洁净喷雾煅烧结合高温电炉洁净煅烧的方式，可制备出高纯度的偏磷酸锶，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锶的制备方法流程图。
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锶的制备方法包括如下步骤：
(1)按一定比例使锶源，例如氢氧化锶、磷酸和水在加热、加压条件下发生反应，得到粗磷酸二氢锶溶液；
(2)调节所述粗磷酸二氢锶溶液的浓度(即图1中的调整浓度步骤)，并以一定流速经过离子交换树脂，以脱除有色金属和杂质离子；
(3)蒸发浓缩，获得含磷酸二氢锶浓度在24％以上的提浓液；
(4)脱除提浓液中的游离水和结构水(即图1中的洁净喷雾煅烧步骤)，获得偏磷酸锶中间体粉末；
(5)经煅烧(即图1中的洁净电炉煅烧)，获得光学级偏磷酸锶成品。
以下通过具体实施例来详细说明本发明技术方案的光学级偏磷酸锶的制备方法。
实施例1
本实施例的光学级偏磷酸锶的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)200kg含量为97％的八水氢氧化锶加入到由170kg 85％的工业磷酸和408kg水勾兑而成的稀磷酸中，控制反应温度133℃～137℃，反应压力0.35MPa～0.4MPa，反应时间4h～5h，反应得到粗磷酸二氢锶溶液；
(2)调节粗磷酸二氢锶溶液浓度到12％，以4.4L/min的流速经过一组阳离子交换树脂和阴离子交换树脂，本发明实施例采用的阳离子交换树脂为D001、IONRESIN IR1200F型阳离子交换树脂，阴离子交换树脂为201×7、D406型阴离子交换树脂，以脱除Fe、Mn、Pb、Cr、Cu、Ni、Co等有色金属和Cl－、硫酸根等杂质；
(3)蒸发浓缩，获得含磷酸二氢锶浓度在28％的提浓液；
(4)将提浓液通过蠕动泵控制，以11L/min的流速喷雾煅烧塔内，控制煅烧塔进风温度为755℃～780℃、塔体上段温度为725℃～750℃、塔体中段温度为690℃～720℃、塔体下段温度为660℃～685℃，出风温度为420℃～445℃，得到光学级偏磷酸锶粉体186kg；
(5)将光学级偏磷酸锶中间体粉体在内衬高纯刚玉材料的电炉内，840℃下煅烧6h，得到光学级偏磷酸锶成品174kg，综合收率97.1％。
实施例2
本实施例的光学级偏磷酸锶的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)250kg含量为98％的八水氢氧化锶加入到由215.6kg 85％的工业磷酸和517.4kg水勾兑而成的稀磷酸中，控制反应温度135℃～139℃，反应压力0.37MPa～0.42MPa，反应时间4h～5h，反应得到粗磷酸二氢锶溶液；
(2)调节粗磷酸二氢锶溶液浓度到13％，以4.2L/min的流速经过一组阳离子交换树脂和阴离子交换树脂，本发明实施例采用的阳离子交换树脂为IONRESIN 1600、IONRESIN252型阳离子交换树脂，阴离子交换树脂为201×4、201×7、D201型阴离子交换树脂，以脱除Fe、Mn、Pb、Cr、Cu、Ni、Co等有色金属和Cl－、硫酸根等杂质；
(3)蒸发浓缩，获得含磷酸二氢锶浓度在27％的提浓液；
(4)将提浓液通过蠕动泵控制，以12L/min的流速喷雾煅烧塔内，控制煅烧塔进风温度为760℃～785℃、塔体上段温度为733℃～752℃、塔体中段温度为697℃～725℃、塔体下段温度为668℃～690℃，出风温度为424℃～447℃，得到光学级偏磷酸锶粉体234kg；
(5)将光学级偏磷酸锶中间体粉体在内衬高纯刚玉材料的电炉内，840℃下煅烧6h，得到光学级偏磷酸锶成品219kg，综合收率96.5％。
实施例3
本实施例的光学级偏磷酸锶的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)300kg含量为96.5％的八水氢氧化锶加入到由253.2kg 85％的工业磷酸和607.8kg水勾兑而成的稀磷酸中，控制反应温度138℃～142℃，反应压力0.4MPa～0.45MPa，反应时间4h～5h，反应得到粗磷酸二氢锶溶液；
(2)调节粗磷酸二氢锶溶液浓度到14％，以4L/min的流速经过一组阳离子交换树脂和阴离子交换树脂，本发明实施例采用的阳离子交换树脂为741、D001、IONRESIN 252型阳离子交换树脂，阴离子交换树脂为D406、D407型阴离子交换树脂，以脱除Fe、Mn、Pb、Cr、Cu、Ni、Co等有色金属和Cl－、硫酸根等杂质；
(3)蒸发浓缩，获得含磷酸二氢锶浓度在26％的提浓液；
(4)将提浓液通过蠕动泵控制，以10L/min的流速喷雾煅烧塔内，控制煅烧塔进风温度为746℃～770℃、塔体上段温度为717℃～735℃、塔体中段温度为679℃～706℃、塔体下段温度为648℃～673℃，出风温度为405℃～428℃，得到光学级偏磷酸锶粉体276kg；
(5)将光学级偏磷酸锶中间体粉体在内衬高纯刚玉材料的电炉内，840℃下煅烧6h，得到光学级偏磷酸锶成品257g，综合收率96.1％。
实施例4
本实施例的光学级偏磷酸锶的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)340kg含量为97.5％的八水氢氧化锶加入到由282.6kg 85％的工业磷酸和678.4kg水勾兑而成的稀磷酸中，控制反应温度135℃～140℃，反应压力0.37MPa～0.42MPa，反应时间4h～5h，反应得到粗磷酸二氢锶溶液；
(2)调节粗磷酸二氢锶溶液浓度到10％，以4.8L/min的流速经过一组阳离子交换树脂和阴离子交换树脂，本发明实施例采用的阳离子交换树脂为IONRESIN IR1200F、IONRESIN1600型阳离子交换树脂，阴离子交换树脂为201×4、D406型阴离子交换树脂，以脱除Fe、Mn、Pb、Cr、Cu、Ni、Co等有色金属和Cl－、硫酸根等杂质；
(3)蒸发浓缩，获得含磷酸二氢锶浓度在25％的提浓液；
(4)将提浓液通过蠕动泵控制，以9L/min的流速喷雾煅烧塔内，控制煅烧塔进风温度为740℃～760℃、塔体上段温度为715℃～730℃、塔体中段温度为685℃～705℃、塔体下段温度为655℃～673℃，出风温度为403℃～422℃，得到光学级偏磷酸锶粉体315kg；
(5)将光学级偏磷酸锶中间体粉体在内衬高纯刚玉材料的电炉内，840℃下煅烧6h，得到光学级偏磷酸锶成品298kg，综合收率97.4％。
将实施例1～4制得的偏磷酸锶样品进行分析，结果如表1所示：
表1偏磷酸锶样品分析
从表1中可看出，实施例1～4制备的偏磷酸锶包含杂质，如Fe2O3、Cu、Co、Cr、Mn、Ni、Pb等10个关键杂质指标的含量总和不超过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120ppm，SrO含量42±0.5％、P2O5含量58±0.5％。
综上所述，采用本发明技术方案的制备方法制备出的偏磷酸锶主含量高、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锶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。