一种高纯无水碘化铷的制备方法
阅读说明：本技术 一种高纯无水碘化铷的制备方法 (Preparation method of high-purity anhydrous rubidium iodide ) 是由 李良彬 叶明� 孙琦 廖萃 潘志芳 傅雨虹 乔琳菊 胡斌 宋青荣 于 2021-09-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高纯无水碘化铷的制备方法。所述高纯无水碘化铷的制备方法包括以下步骤：步骤A：在常温条件下,取400～600g碳酸铷放入反应容器中,边搅拌边缓慢加入质量液固比为2～4:1的纯水,搅拌10～30min,待碳酸铷完全溶解；步骤B：在常温下,将步骤A得到的溶液趁热过滤,过滤采用1～5um的砂芯漏斗,除去碱性不溶物及其他杂质,得到清澈透明的碳酸铷溶液；步骤C：在常温下,向步骤B得到的所述碳酸铷溶液在搅拌条件下缓慢倒入摩尔比Li:I为1:1的碘单质进行歧化反应,搅拌15～20min后,反应生成深褐色的溶液。本发明的高纯无水碘化铷的制备方法,工艺简单实用、设备投资少、生产成本低、收率高、经济价值高、对环境污染小、而且生产安全性高。(The invention discloses a preparation method of high-purity anhydrous rubidium iodide. The preparation method of the high-purity anhydrous rubidium iodide comprises the following steps: step A: under the condition of normal temperature, 400-600 g of rubidium carbonate is placed into a reaction vessel, pure water with the mass liquid-solid ratio of 2-4: 1 is slowly added while stirring, and the mixture is stirred for 10-30 min until the rubidium carbonate is completely dissolved; and B: at normal temperature, filtering the solution obtained in the step A while the solution is hot, and removing alkaline insoluble substances and other impurities by using a sand core funnel of 1-5 um to obtain a clear and transparent rubidium carbonate solution; and C: and C, slowly pouring an iodine simple substance with the molar ratio of Li to I being 1:1 into the rubidium carbonate solution obtained in the step B under the stirring condition at normal temperature for carrying out disproportionation reaction, and stirring for 15-20 min to generate a dark brown solution. The preparation method of the high-purity anhydrous rubidium iodide has the advantages of simple and practical process, less equipment investment, low production cost, high yield, high economic value, little environmental pollution and high production safety.)
技术领域
本发明涉及用于固态电池电解质制备技术领域，尤其涉及一种高纯无水碘化铷的制备方法。
背景技术
近年来碘化铷广泛应用于各个领域中。在医学领域，碘化铷有时可以代替碘化钾治疗甲状腺肿大。在电池材料领域，碘化铷可作为电池反应材料应用在微型高能电池中；还可以用于制备室温下超高电子导体RbAg4I5，常用作薄膜固体电池电解质。除此之外，在光电器件领域，以掺杂碘化铷晶体作为固态闪烁剂的中子探测器具有光产额高、俘获而积大、探测效率高等优点。另外，在化学有机合成领域，碘化铷还是一种重要的化学试剂，常用作催化剂或添加剂。
目前，无水碘化铷的制备方法主要有中和法和火法工艺法，其中中和法是以氢氧化铷为原料与氢碘酸进行反应，该法制备的碘化铷含水量较高＞200ppm且原料成本昂贵，其中氢碘酸具有强腐蚀性对工艺要求苛刻。火法工艺法是利用在高温下熔融的金属铷与碘单质进行合成反应，通过提纯可以制备得到高纯的无水碘化铷。含水量虽然可以得到100ppm以下，但对设备要求高、产率低、原料成本及能耗高、大规模生产难以实现。以上两种工艺方法得到的碘化铷各自有着缺陷，如：工艺条件苛刻、成本高、纯度低（≤99%）。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种高纯无水碘化铷的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高纯无水碘化铷的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤A：在常温条件下，取400～600g碳酸铷放入反应容器中，边搅拌边缓慢加入质量液固比为2～4:1的纯水，搅拌10～30min，待碳酸铷完全溶解；
步骤B：在常温下，将步骤A得到的溶液趁热过滤，过滤采用1～5um的砂芯漏斗，除去碱性不溶物及其他杂质，得到清澈透明的碳酸铷溶液；
步骤C：在常温下，向步骤B得到的所述碳酸铷溶液在搅拌条件下缓慢倒入摩尔比Li:I为1:1的碘单质进行歧化反应，搅拌15～20min后，反应生成深褐色的溶液；
步骤D：在常温下，将步骤C反应得到的所述深褐色溶液中缓慢加入质量分数为80%水合肼，所述水合肼的加入速率控制在0.3～0.5g/s，待溶液由深褐色变为无色且没有气泡生成，待溶液为中性时为反应结束，最后补加少量所述水合肼使得溶液PH在7～9范围内，搅拌反应1～2h；
步骤E：在常温下，将上述步骤D得到的PH为7～9的溶液趁热过滤，过滤采用1～5um的砂芯漏斗，除去碱性不溶物及其他杂质，得到清澈透明的碘化铷溶液；
步骤F：在常压下，向步骤E得到的所述碘化铷溶液进行蒸发浓缩，脱去一定量的水，浓缩至105～125℃得到碘化铷浆料；
步骤G:将步骤F得到的所述碘化铷浆料冷却至40～50℃，析出碘化铷晶料，然后进行过滤，得到碘化铷晶体；
步骤H:将步骤G得到的所述碘化铷晶体与纯水按1:1～2.5的固液比溶解，待所述碘化铷晶体完全溶解后进行过滤，重复步骤F和G得到碘化铷湿料；
步骤I:将H中得到的所述碘化铷湿料，放入鼓风干燥箱中，以150～180℃，真空干燥2～4h，得到高纯无水碘化铷。
进一步的，所述步骤A加入的所述纯水为所述碳酸铷的2～4倍，配成质量分数为20.0%～33.3%碳酸铷溶液，保证碳酸铷完全溶解，减少纯水用量以减少后续蒸发浓缩的能耗，节约成本。
进一步的，所述步骤C中所述碘单质的用量为Rb:I摩尔比1:1，15～20min完全反应，表现为碘粒的逐渐反应消失。
进一步的，所述步骤D的所述水合肼的加入要过量，把剩余少量的RbIO3缓慢还原成RbI,使溶液呈弱碱性，PH在7~9范围内，保证过滤时能够除去碱性不溶物，如Ca、Fe同时浓缩过程也能够起到抑制碘的析出。
进一步的，所述步骤B、所述步骤E中过滤除杂采用的所述砂芯漏斗的孔径为1～5um，保证能够除去溶液中的细小沉淀物，去除其中的杂质，得到高品质的碘化铷。
进一步的，所述步骤F在常压下，浓缩终点的温度为105～125℃，浓缩终点温度过低，自由水去除不完全，析晶后收率偏低，温度过高则晶体析出过程中会与容器粘连，容易造成容器的结壁，影响产率，严重会导致容器无法使用。
进一步的，所述步骤G在室温下，过滤采用5～15um的砂芯漏斗进行过滤，进行固液分离，过滤至没有液体渗出为止，确保漏斗中的碘化铷晶料湿度较低，减少附液的携带量，减少杂质的同时，也可减少烘干时间，降低能耗。
进一步的，所述步骤H的烘干温度为160～170℃，在烘干的同时，也防止产品中的碘不会析出，提高产品品质。
相对于现有技术而言，本发明的高纯无水碘化铷的制备方法，能够有效解决现有碘化铷的纯度低、含水量高、且合成过程复杂、工艺条件苛刻、成本高、能耗高和环境污染等问题。本发明是为了解决现有技术中的不足而完成的，目的是提供一种简单实用、生产成本低、设备投资少的工艺，该工艺制得的无水碘化铷颜色为白色，碳酸铷和碘单质的纯度≥99%，所述方法采用联胺法制备，采用的还原剂为水合肼，生成副产物为氮气，保证了溶液中无多余杂质。
本发明的高纯无水碘化铷的制备方法，第一步碘化铷溶液的制备，既采用碳酸铷与碘单质进行歧化反应生成RbI和RbIO3，再使用水合肼把RbIO3还原成RbI得到碘化铷溶液。第二步碘化铷的浓缩析晶除杂，既先常压下通过加热浓缩至一定的温度去除碘化铷中的水，待析出结晶后过滤，然后再重结晶除杂，最后烘干得到颜色为白色的无水碘化铷，水分含量≤150ppm，主含量达到99.9%以上。整个过程中，工艺简单，对设备要求简单，对环境条件要求宽松 ，流程短。其主要反应方程式为：2Rb2CO3+2I2+N2H4·H2O=4RbI+N2↑+2CO2↑+3H2O。
本发明的高纯无水碘化铷的制备方法，首先，生产的产品纯度高，工艺流程简单方便，可适用工业化生产；其次，所得的碘化铷的纯度高可达到99.9%以上，水分含量在150ppm以下；再次，制备碘化铷过程中为无机化合反应，转化效率高，绿色环保，节约能耗与成本；最后，碘化铷的蒸发、浓缩、重结晶过程均在大气常压条件下进行，反应稳定，对工艺条件要求简单，影响因素少，操作方便。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照实施例对本发明进行更全面的描述，但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明提供一种高纯无水碘化铷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A碳酸铷的溶解：在常温条件下，取400～600g碳酸铷放入反应容器中，边搅拌边缓慢加入质量液固比为2～4:1的纯水，搅拌10～30min，待碳酸铷完全溶解；
步骤B过滤除杂：在常温下，将步骤A得到的溶液趁热过滤，过滤采用1～5um的砂芯漏斗，除去碱性不溶物及其他杂质，得到清澈透明的碳酸铷溶液；
步骤C歧化反应：在常温下，向步骤B得到的所述碳酸铷溶液在搅拌条件下缓慢倒入摩尔比Li:I为1:1的碘单质进行歧化反应，搅拌15～20min后，反应生成深褐色的溶液；
步骤D水合肼还原反应：在常温下，将步骤C反应得到的所述深褐色溶液中缓慢加入质量分数为80%水合肼，所述水合肼的加入速率控制在0.3～0.5g/s，待溶液由深褐色变为无色且没有气泡生成，待溶液为中性时为反应结束，最后补加少量所述水合肼使得溶液PH在7～9范围内，搅拌反应1～2h；
步骤E过滤除杂：在常温下，将上述步骤D得到的PH为7～9的溶液趁热过滤，过滤采用1～5um的砂芯漏斗，除去碱性不溶物及其他杂质，得到清澈透明的碘化铷溶液；
步骤F常压蒸发浓缩：在常压下，向步骤E得到的所述碘化铷溶液进行蒸发浓缩，脱去一定量的水，浓缩至105～125℃得到碘化铷浆料；
步骤G冷却析晶:将步骤F得到的所述碘化铷浆料冷却至40～50℃，析出碘化铷晶料，然后进行过滤，得到碘化铷晶体；
步骤H重结晶除杂:将步骤G得到的所述碘化铷晶体与纯水按1:1～2.5的固液比溶解，待所述碘化铷晶体完全溶解后进行过滤，重复步骤F和G得到碘化铷湿料；
步骤I干燥、粉碎、包装:将H中得到的所述碘化铷湿料，放入鼓风干燥箱中，以150～180℃，真空干燥2～4h，得到高纯无水碘化铷。
进一步的，所述步骤A加入的所述纯水为所述碳酸铷的2～4倍，配成质量分数为20.0%～33.3%碳酸铷溶液，保证碳酸铷完全溶解，减少纯水用量以减少后续蒸发浓缩的能耗，节约成本。
进一步的，进一步的，所述步骤C中所述碘单质的用量为Rb:I摩尔比1:1，15～20min完全反应，表现为碘粒的逐渐反应消失。
进一步的，所述步骤D的所述水合肼的加入要过量，把剩余少量的RbIO3缓慢还原成RbI,使溶液呈弱碱性，PH在7~9范围内，保证过滤时能够除去碱性不溶物，如Ca、Fe同时浓缩过程也能够起到抑制碘的析出。
进一步的，所述步骤B、所述步骤E中过滤除杂采用的所述砂芯漏斗的孔径为2～4um，保证能够除去溶液中的细小沉淀物，去除其中的杂质，得到高品质的碘化铷。
进一步的，所述步骤F在常压下，浓缩终点的温度为105～125℃，浓缩终点温度过低，自由水去除不完全，析晶后收率偏低，温度过高则晶体析出过程中会与容器粘连，容易造成容器的结壁，影响产率，严重会导致容器无法使用。
进一步的，所述步骤G在室温下，过滤采用5～15um的砂芯漏斗进行过滤，进行固液分离，过滤至没有液体渗出为止，确保漏斗中的碘化铷晶料湿度较低，减少附液的携带量，减少杂质的同时，也可减少烘干时间，降低能耗。
进一步的，所述步骤H的烘干温度为160～170℃，在烘干的同时，也防止产品中的碘不会析出，提高产品品质。
相对于现有技术而言，本发明的高纯无水碘化铷的制备方法，能够有效解决现有碘化铷的纯度低、含水量高、且合成过程复杂、工艺条件苛刻、成本高、能耗高和环境污染等问题。本发明是为了解决现有技术中的不足而完成的，目的是提供一种简单实用、生产成本低、设备投资少的工艺，该工艺制得的无水碘化铷颜色为白色，碳酸铷和碘单质的纯度≥99%，所述方法采用联胺法制备，采用的还原剂为水合肼，生成副产物为氮气，保证了溶液中无多余杂质。
本发明的高纯无水碘化铷的制备方法，第一步碘化铷溶液的制备，既采用碳酸铷与碘单质进行歧化反应生成RbI和RbIO3，再使用水合肼把RbIO3还原成RbI得到碘化铷溶液。第二步碘化铷的浓缩析晶除杂，既先常压下通过加热浓缩至一定的温度去除碘化铷中的水，待析出结晶后过滤，然后再重结晶除杂，最后烘干得到颜色为白色的无水碘化铷，水分含量≤150ppm，主含量达到99.9%以上。整个过程中，工艺简单，对设备要求简单，对环境条件要求宽松 ，流程短。其主要反应方程式为：2Rb2CO3+2I2+N2H4·H2O=4RbI+N2↑+2CO2↑+3H2O。
本发明的高纯无水碘化铷的制备方法，首先，生产的产品纯度高，工艺流程简单方便，可适用工业化生产；其次，所得的碘化铷的纯度高可达到99.9%以上，水分含量在150ppm以下；再次，制备碘化铷过程中为无机化合反应，转化效率高，绿色环保，节约能耗与成本；最后，碘化铷的蒸发、浓缩、重结晶过程均在大气常压条件下进行，反应稳定，对工艺条件要求简单，影响因素少，操作方便。
实施例1
步骤A．碳酸铷的溶解：在常温条件下，取400g碳酸铷放入反应容器中，边搅拌边缓慢加入800g的纯水，搅拌10min，待碳酸铷完全溶解。
步骤B．过滤除杂：在常温下，将上述步骤A得到的溶液趁热过滤，过滤采用3um的砂芯漏斗，除去碱性不溶物及其他杂质，得到清澈透明的碳酸铷溶液。
步骤C．歧化反应：在常温下，向步骤B得到的碳酸铷溶液在搅拌条件下缓慢倒入摩尔比Rb:I为1:1的碘单质439.6g进行歧化反应，搅拌15min后，反应生成深褐色的溶液。
步骤D．水合肼还原反应：在常温下，于步骤C反应得到的深褐色溶液中缓慢加入质量分数为80%水合肼54.2g，水合肼的加入速率控制在0.3g/s，待溶液由深褐色变为无色且没有气泡生成，待溶液为中性时为反应结束，最后补加少量水合肼使得溶液PH为7，搅拌反应1h。
步骤E．过滤除杂：在常温下，将上述步骤D得到PH为7的溶液趁热过滤，过滤采用1um的砂芯漏斗，除去碱性不溶物及其他杂质，得到清澈透明的碘化铷溶液。
步骤F．常压蒸发浓缩：在常压下，向步骤E得到的过滤溶液进行蒸发浓缩，浓缩至105℃得到碘化铷浆料。
步骤G．冷却析晶：将步骤F得到的碘化铷浆料冷却至40℃，析出碘化铷晶料，然后进行过滤，得到碘化铷晶体。
步骤H．重结晶除杂：将步骤G得到的碘化铷晶体与纯水按1:1的固液比溶解，待碳酸铷晶体完全溶解后进行过滤，重复步骤F和G得到碘化铷湿料。
步骤I．干燥、粉碎、包装：将H中得到的碘化铷湿料，放入鼓风干燥箱中，以160℃，真空干燥4h，得到高纯无水碘化铷。经检测，主含量为99.92%，水份含量109ppm。
实施例2：
步骤A．碳酸铷的溶解：在常温条件下，取500g碳酸铷放入反应容器中，边搅拌边缓慢加入1500g的纯水，搅拌20min，待碳酸铷完全溶解。
步骤B．过滤除杂：在常温下，将上述步骤A得到的溶液趁热过滤，过滤采用4um的砂芯漏斗，除去碱性不溶物及其他杂质，得到清澈透明的碳酸铷溶液。
步骤C．歧化反应：在常温下，向步骤B得到的碳酸铷溶液在搅拌条件下缓慢倒入摩尔比Rb:I为1:1的碘单质549.5g进行歧化反应，搅拌18min后，反应生成深褐色的溶液。
步骤D．水合肼还原反应：在常温下，于步骤C反应得到的深褐色溶液中缓慢加入质量分数为80%水合肼68.5g，水合肼的加入速率控制在0.4g/s，待溶液由深褐色变为无色且没有气泡生成，待溶液为中性时为反应结束，最后补加少量水合肼使得溶液PH为9，搅拌反应1.5h。
步骤E．过滤除杂：在常温下，将上述步骤D得到PH为9的溶液趁热过滤，过滤采用4um的砂芯漏斗，除去碱性不溶物及其他杂质，得到清澈透明的碘化铷溶液。
步骤F．常压蒸发浓缩：在常压下，向步骤E得到的过滤溶液进行蒸发浓缩，浓缩至115℃得到碘化铷浆料。
步骤G．冷却析晶：将步骤F得到的碘化铷浆料冷却至45℃，析出碘化铷晶料，然后进行过滤，得到碘化铷晶体。
步骤H．重结晶除杂：将步骤G得到的碘化铷晶体与纯水按1:2的固液比溶解，待碳酸铷晶体完全溶解后进行过滤，重复步骤F和G得到碘化铷湿料。
步骤I．干燥、粉碎、包装：将H中得到的碘化铷湿料，放入鼓风干燥箱中，以170℃，真空干燥3h，得到高纯无水碘化铷。经检测，主含量为99.98%，水份含量120ppm。
实施例3：
步骤A．碳酸铷的溶解：在常温条件下，取600g碳酸铷放入反应容器中，边搅拌边缓慢加入2400g的纯水，搅拌30min，待碳酸铷完全溶解。
步骤B．过滤除杂：在常温下，将上述步骤A得到的溶液趁热过滤，过滤采用5um的砂芯漏斗，除去碱性不溶物及其他杂质，得到清澈透明的碳酸铷溶液。
步骤C．歧化反应：在常温下，向步骤B得到的碳酸铷溶液在搅拌条件下缓慢倒入摩尔比Rb:I为1:1的碘单质659.4g进行歧化反应，搅拌20min后，反应生成深褐色的溶液。
步骤D．水合肼还原反应：在常温下，于步骤C反应得到的深褐色溶液中缓慢加入质量分数为80%水合肼81.3g，水合肼的加入速率控制在0.5g/s，待溶液由深褐色变为无色且没有气泡生成，待溶液为中性时为反应结束，最后补加少量水合肼使得溶液PH为8，搅拌反应2h。
步骤E．过滤除杂：在常温下，将上述步骤D得到PH为8的溶液趁热过滤，过滤采用5um的砂芯漏斗，除去碱性不溶物及其他杂质，得到清澈透明的碘化铷溶液。
步骤F．常压蒸发浓缩：在常压下，向步骤E得到的过滤溶液进行蒸发浓缩，浓缩至120℃得到碘化铷浆料。
步骤G．冷却析晶：将步骤F得到的碘化铷浆料冷却至50℃，析出碘化铷晶料，然后进行过滤，得到碘化铷晶体。
步骤H．重结晶除杂：将步骤G得到的碘化铷晶体与纯水按1:2.5的固液比溶解，待碳酸铷晶体完全溶解后进行过滤，重复步骤F和G得到碘化铷湿料。
步骤I．干燥、粉碎、包装：将H中得到的碘化铷湿料，放入鼓风干燥箱中，以180℃，真空干燥2h，得到高纯无水碘化铷。经检测，主含量为99.97%，水份含量140ppm。
上述实施例的高纯无水碘化铷产品的技术指标见表(1)
表（1）高纯无水碘化铷产品品质分析结果
由上述实施例及产品成分分析结果可以看出本发明的制备高纯无水碘化铷方法简单、操作容易、生产成本低，所得产品纯度高质量稳定。
上述仅对本发明中的具体实施例加以说明，但并不能作为本发明的保护范围，凡是依据本发明中的设计精神所作出的等效变化或修饰，均应认为落入本发明的保护范围。