阅读说明：本技术 一种ktp晶体级磷酸二氢钾的制备方法 (Preparation method of KTP crystal-grade potassium dihydrogen phosphate ) 是由 蒋加富 于 2020-05-15 设计创作，主要内容包括：本发明技术方案公开了一种KTP晶体级磷酸二氢钾的制备方法,包括如下步骤：(1)按一定比例使氢氧化钾、磷酸和水发生反应,得到粗磷酸二氢钾溶液；(2)调节所述粗磷酸二氢钾溶液的浓度,并以一定流速经过阳离子交换树脂和阴离子交换树脂,以脱除有色金属和杂质离子；(3)蒸发浓缩,获得含磷酸二氢钾浓度在30％以上的提浓液；(4)在所述提浓液中加入适量乙醇,发生醇析过程；(5)将析出的固体分离出来并干燥所述固体,获得KTP晶体级磷酸二氢钾。本发明技术方案的制备方法获得的磷酸二氢钾主含量高、杂质含量很低、质量稳定、颗粒度均匀,各项指标均符合合成KTP晶体原材料的指标要求,且适于大规模生产。(The technical scheme of the invention discloses a preparation method of KTP crystal-grade monopotassium phosphate, which comprises the following steps: (1) reacting potassium hydroxide, phosphoric acid and water according to a certain proportion to obtain a crude potassium dihydrogen phosphate solution; (2) adjusting the concentration of the crude potassium dihydrogen phosphate solution, and passing through cation exchange resin and anion exchange resin at a certain flow rate to remove nonferrous metals and impurity ions; (3) evaporating and concentrating to obtain concentrated solution containing potassium dihydrogen phosphate with concentration of more than 30%; (4) adding a proper amount of ethanol into the concentrated solution to perform an alcohol precipitation process; (5) separating out the precipitated solid and drying the solid to obtain KTP crystal grade potassium dihydrogen phosphate. The monopotassium phosphate obtained by the preparation method of the technical scheme of the invention has high main content, low impurity content, stable quality and uniform granularity, each index meets the index requirement of a raw material for synthesizing KTP crystals, and the preparation method is suitable for large-scale production.)

一种KTP晶体级磷酸二氢钾的制备方法

技术领域

本发明涉及精细无机磷化工领域，具体涉及一种KTP晶体级磷酸二氢钾的制备方法。

背景技术

KTP(磷酸钛氧钾)晶体具有非线性系数大、容许温度和容许角度大、激光损伤阈值高、化学性质稳定、难以潮解、机械强度适中，及倍频转化效率高达70％以上等特性，是中小功率固体绿光激光器的最好倍频材料。KTP在商业和军用激光里被广泛使用，包括实验室和医学系统，射程探测器，激光雷达，光通信和工业激光系统。

KTP晶体最常用于倍频Nd:YAG及其他掺Nd晶体的激光，特别是在中低功率密度的激光器中。到目前为止，利用KTP进行腔内与腔外倍频的掺Nd晶体的激光器，在逐步取代可见光染料激光和可调蓝宝石激光器。在许多的工业研究中，该种激光器被广泛用做绿光光源。在KTP基底上进行离子交换处理，可得到低吸收的光波导器件，这项技术使得KTP在集成光路方面获得了更多的应用。

KTP晶体具有如此广泛而重要的应用，使得合成KTP晶体的关键材料-磷酸二氢钾的高纯化研究就显得尤为重要。

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KTP晶体级(即高纯度)磷酸二氢钾的方法。

为解决上述技术问题，本发明技术方案提供了一种KTP晶体级磷酸二氢钾的制备方法，包括如下步骤：

(1)按一定比例使氢氧化钾、磷酸和水发生反应，得到粗磷酸二氢钾溶液；

(2)调节所述粗磷酸二氢钾溶液的浓度，并以一定流速经过包括阳离子交换树脂和阴离子交换树脂的复合离子交换装置，以脱除有色金属和杂质离子；

(3)蒸发浓缩，获得含磷酸二氢钾浓度在30％以上的提浓液；

(4)在所述提浓液中加入适量乙醇，发生醇析过程；

(5)将析出的固体分离出来并干燥所述固体，获得KTP晶体级磷酸二氢钾。

优选地，步骤(1)中，所述氢氧化钾与磷酸的摩尔比为1:(0.98～1.02)，磷酸与水的质量比为1:(2.1～3.6)，反应温度为80℃～100℃。

进一步优选地，氢氧化钾与磷酸的摩尔比为1:(0.985～1.015)，磷酸与水的质量比为1:(2.1～3.0)，反应温度为80～90℃。

优选地，步骤(1)中，所述粗磷酸二氢钾的浓度为8％～18％，进一步优选地，为9％～15％。

优选地，步骤(2)中，调节所述粗磷酸二氢钾溶液的浓度至10％～15％。

优选地，所述阳离子交换树脂包括001×7、732、741、D001、IONRESIN IR1200、IONRESIN IR1200F中的一种或几种的组合，所述阴离子交换树脂包括D201、D202、D406、D407中的一种或几种组合。

优选地，所述粗磷酸二氢钾的流速为1L/min～4L/min，进一步优选地，为1.5L/min～3L/min。

优选地，所述有色金属包括Fe、Mn、Pb、Cr、Cu、Ni及Co，所述杂质离子包括Cl^－、SO₄ ^2-等杂质。

优选地，所述提浓液中磷酸二氢钾的浓度为30％～40％，进一步优选地，为31％～45％。

优选地，醇析过程中，乙醇与提浓液的体积比值为5～10，更优选地，乙醇与提浓液的体积比值为7～9。

优选地，所述制备方法还包括如下步骤：采用减压蒸馏法回收分离固体后剩余液体中的乙醇。

进一步优选地，在减压蒸馏时，真空度为-0.05MPa～-0.08MPa，蒸馏温度为60℃～75℃，乙醇回收率为93％以上。更进一步地，减压蒸馏真空度为-0.06MPa～-0.075MPa，蒸馏温度为65℃～74℃，乙醇回收率为97％以上。乙醇循环使用，用于醇析过程，蒸馏残液返回步骤(3)。

优选地，在步骤(5)中，采用高效沸腾干燥机对固体进行干燥，其中进风温度为140℃～170℃、塔体温度为120℃～150℃、出风温度为95℃～120℃，单次投料量100kg～400kg，干燥时间1.5h～4h。

更进一步地，高效沸腾干燥机进风温度为150℃～160℃、塔体温度为130℃～140℃、出风温度为105℃～115℃，单次投料量150kg～250kg，干燥时间2h～3h。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KTP晶体级磷酸二氢钾的制备方法具备如下有益效果：采用深度离子交换法提纯粗磷酸二氢钾反应液、醇析磷酸二氢钾晶体并结合洁净高效沸腾干燥的方式，获得高纯磷酸二氢钾粉体，主要技术指标均满足合成KTP晶体的要求，为KTP晶体的合成提供一种关键高纯原材料。

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KTP晶体级磷酸二氢钾的制备方法流程图。

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KTP晶体级磷酸二氢钾的制备方法包括如下步骤：

(1)按一定比例使氢氧化钾、磷酸和水发生反应(即图1中的酸碱反应)，得到粗磷酸二氢钾溶液，其中氢氧化钾和磷酸均可以为工业级。

(2)调节所述粗磷酸二氢钾溶液的浓度，优选为10％～15％，并以一定流速经过包括阳离子交换树脂和阴离子交换树脂，以脱除有色金属和杂质离子；

(3)蒸发浓缩，获得含磷酸二氢钾浓度在30％以上的提浓液(即图1中的提浓)；

(4)在所述提浓液中加入适量乙醇，发生醇析过程；

(5)将析出的固体分离出来并干燥所述固体，获得KTP晶体级磷酸二氢钾，分离析出的固体可以采用离心操作。

除了上述步骤外，增加对离心后的液体的减压蒸馏操作，以回收乙醇，重复用于醇析操作中，其余蒸馏残液返回步骤(3)，最大程度做到所有产物重复利用，大幅度降低了制备成本。

以下通过具体实施例来详细说明本发明技术方案的KTP晶体级磷酸二氢钾的制备方法。

实施例1

本实施例的KTP晶体级磷酸二氢钾的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)100kg含量为98％的工业氢氧化钾加入到由203.5kg 85％的工业磷酸和488.5kg水勾兑而成的稀磷酸中，控制反应温度85℃～90℃，反应得到粗磷酸二氢钾溶液；

(2)调节粗磷酸二氢钾溶液浓度到14％，以3L/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型阳离子交换树脂，阴离子交换树脂为D202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，获得含磷酸二氢钾浓度在35％的提浓液；

(4)在提浓液中加入9倍体积的高纯乙醇，发生醇析过程；

(5)离心分离固液，得到高纯磷酸二氢钾；

(6)将析出的固体离心分离出来，并在高效沸腾干燥机中进行干燥，其中进风温度为150℃～155℃、塔体温度为130℃～135℃、出风温度为105℃～110℃，单次投料量不超过150kg，干燥时间2h条件下，得到高纯磷酸二氢钾粉体223kg，真空包装，收率93.7％。

此外，采用减压蒸馏回收醇析液中的乙醇，其真空度为-0.065MPa～-0.07MPa，蒸馏温度为65℃～70℃条件下，乙醇回收率97％，循环使用，蒸馏残液返回步骤(3)。

实施例2

本实施例的KTP晶体级磷酸二氢钾的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)120kg含量为96％的工业氢氧化钾加入到由238.2kg 85％的工业磷酸和571.8kg水勾兑而成的稀磷酸中，控制反应温度85℃～90℃，反应得到粗磷酸二氢钾溶液，本实施例中所用工业磷酸由实施例1的返回蒸馏残液和定量的浓磷酸配制；

(2)调节粗磷酸二氢钾溶液浓度到12％，以3L/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型和732型阳离子交换树脂，阴离子交换树脂为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，获得含磷酸二氢钾浓度在32％的提浓液；

(4)在提浓液中加入10倍体积的高纯乙醇，发生醇析过程；

(5)离心分离固液，得到高纯磷酸二氢钾；

(6)将析出的固体离心分离出来，并在高效沸腾干燥机中进行干燥，其中进风温度为155℃～160℃、塔体温度为135℃～139℃、出风温度为108℃～112℃，单次投料量不超过170kg，干燥时间2h条件下，得到高纯磷酸二氢钾粉体272kg，真空包装，收率97.2％。

此外，采用减压蒸馏回收醇析液中的乙醇，其真空度为-0.06MPa～-0.065MPa，蒸馏温度为68℃～72℃条件下，乙醇回收率98％，循环使用，蒸馏残液返回步骤(3)。

实施例3

本实施例的KTP晶体级磷酸二氢钾的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)110kg含量为97％的工业氢氧化钾加入到由220.6kg 85％的工业磷酸和529.4kg水勾兑而成的稀磷酸中，控制反应温度88℃～92℃，反应得到粗磷酸二氢钾溶液，本实施例中所用工业磷酸由实施例2的返回蒸馏残液和定量的浓磷酸配制；

(2)调节粗磷酸二氢钾溶液浓度到11％，以3.5L/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 IR1200型阳离子交换树脂，阴离子交换树脂为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，获得含磷酸二氢钾浓度在34％的提浓液；

(4)在提浓液中加入9.5倍体积的高纯乙醇(实施例2回收乙醇)，发生醇析过程；

(5)离心分离固液，得到高纯磷酸二氢钾；

(6)将析出的固体离心分离出来，并在高效沸腾干燥机中进行干燥，其中进风温度为153℃～157℃、塔体温度为133℃～137℃、出风温度为107℃～111℃，单次投料量不超过160kg，干燥时间2.5h条件下，得到高纯磷酸二氢钾粉体252kg，真空包装，收率97.1％。

此外，采用减压蒸馏回收醇析液中的乙醇，其真空度为-0.07MPa～-0.075MPa，蒸馏温度为69℃～73℃条件下，乙醇回收率97.5％，循环使用，蒸馏残液返回步骤(3)。

实施例4

本实施例的KTP晶体级磷酸二氢钾的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)115kg含量为96.5％的工业氢氧化钾加入到由229.4kg 85％的工业磷酸和550.6kg水勾兑而成的稀磷酸中，控制反应温度90℃～94℃，反应得到粗磷酸二氢钾溶液，本实施例中所用工业磷酸由实施例3的返回蒸馏残液和定量的浓磷酸配制；

(2)调节粗磷酸二氢钾溶液浓度到13％，以3.2L/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 IR1200F型阳离子交换树脂，阴离子交换树脂为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，获得含磷酸二氢钾浓度在35％的提浓液；

(4)在提浓液中加入10倍体积的高纯乙醇(实施例3回收乙醇补加少量新鲜乙醇)，发生醇析过程；

(5)离心分离固液，得到高纯磷酸二氢钾；

(6)将析出的固体离心分离出来，并在高效沸腾干燥机中进行干燥，其中进风温度为157℃～161℃、塔体温度为136℃～139℃、出风温度为110℃～114℃，单次投料量不超过180kg，干燥时间3h条件下，得到高纯磷酸二氢钾粉体264kg，真空包装，收率97.8％。

此外，采用减压蒸馏回收醇析液中的乙醇，其真空度为-0.068MPa～-0.072MPa，蒸馏温度为70℃～74℃条件下，乙醇回收率97.8％，循环使用，蒸馏残液返回步骤(3)。

将实施例1～4制得的磷酸二氢钾样品进行分析，结果如表1所示：

表1磷酸二氢钾样品分析

从表1中可看出，实施例1～4制备的磷酸二氢钾包括Fe₂O₃、Cu、Co、Cr、Mn、Ni、Pb等10个关键杂质指标，其含量总和不超过1.5ppm，其中Co、Cr、Mn、Ni、Pb等含量总和不超过0.8ppm，Cu含量不超过0.1ppm，Fe₂O₃含量不超过0.2ppm，Cl^－、硫酸根含量总和不超过60ppm，K₂O含量34.5±0.3％、P₂O₅含量52.2±0.3％，各项指标均符合合成KTP晶体原材料的指标要求。

因此，采用本发明技术方案的制备方法制备的磷酸二氢钾具有主含量高、杂质含量很低、质量稳定、颗粒度均匀等优点，且整个制备方法流程短、能耗低、过程稳定，产品质量易于控制，适于大规模生产。

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。