CN116375060A - 一种碳酸铯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳酸铯的制备方法，属于碳酸铯制备和分离技术领域，具体涉及一种可用于碳酸铯制备的固相吸附材料，本发明通过蒙脱土、碳酸钙和其他物料经一系列处理制备得到固相吸附材料，其他物料包括石膏、植酸钙、硅酸钠和聚丙烯酰胺中至少1种，然后将固相吸附材料用于制备碳酸铯。本发明制备得到的固相吸附材料的阳离子交换量高，制备得到的碳酸铯的纯度高。
Description
技术领域
本发明属于碳酸铯制备和分离技术领域，具体涉及一种碳酸铯的制备方法。
背景技术
在现有的碳酸铯生产工艺中主要工艺有两种：一类采用碱法生产，将铯矿石研磨成粉过200目筛网后，与碳酸钠和氯化钠按照1:2.0:1.2的比例进行混合，在高温炉中900℃下灼烧6h，加水浸出后，浸出液使用T-BAMBP(4-叔丁基2(α-甲苄基)酚)进行萃取，后通过化学法得到产品湿品，干燥后得碳酸铯固体。第二种工艺路线是采用硫酸溶液在沸腾的状态下浸渍铯矿粉，冷却至室温后得铯钒，过滤后将铯钒进行水溶重结晶，加氢氧化钡除去硫酸根和镁离子，再通入二氧化碳至沉淀生成，过滤掉碳酸钡后，继续通入二氧化碳得到碳酸铯粗品，进行3次以上重结晶后得到纯度较高的碳酸铯固体；但以上两种工艺路线存在所需辅助试剂价格高，再处理方式麻烦，带来环境污染问题，或可能引入其他杂质等缺点。CN112479236A公开了一种碳酸铷和/或碳酸铯的制备方法，向填充有铵型天然沸石的吸附柱输入含铷和/或铯的盐溶液进行动态吸附；以碳酸铵溶液和/或碳酸氢铵溶液为洗脱液对动态吸附后的吸附柱进行洗脱处理，获得含铷和/或铯尾液，并经后处理制成碳酸铷和/或碳酸铯。但沸石的吸附与洗脱效果仍有待提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可用于碳酸铯制备的固相吸附材料，以及对碳酸铯制备纯化效果好的碳酸铯的制备方法。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：
一种碳酸铯的制备方法，包括：将固相吸附材料于含铵溶液中处理，然后将固相吸附材料装柱，通入含铯溶液进行吸附，最后经洗脱，干燥，煅烧得到碳酸铯；固相吸附材料的制备原料中包括蒙脱土和碳酸钙；制备原料还包括石膏、植酸钙和硅酸钠中至少1种。
优选地，蒙脱土的使用量为碳酸钙的4-12wt%。
优选地，含铵溶液为碳酸氢铵溶液，含铵溶液中碳酸氢铵的浓度为1-3mol/L。
优选地，含铯溶液为硫酸铯溶液、硝酸铯溶液和氯化铯溶液中任1种或其混合。
优选地，固相吸附材料制备中，由蒙脱土、碳酸钙和其他物料经球磨处理，然后热活化，制成溶液后陈化，水热合成制备得到固相吸附材料；其他物料为石膏、植酸钙和硅酸钠中至少1种。
优选地，硅酸钠的使用量为碳酸钙的1-3wt%。
优选地，热活化温度为800-1000℃。
一种固相吸附材料，包括：由蒙脱土、碳酸钙和其他物料制备得到固相吸附材料，其他物料为石膏、植酸钙和硅酸钠中至少1种。
优选地，其他物料为石膏、植酸钙和硅酸钠。
优选地，固相吸附材料的制备中，将蒙脱土、碳酸钙和硅酸钠混合，加入去离子水后进行湿法球磨处理0.5-2h，干燥得到混合样品，混合样品在800-1000℃处理0.5-2h进行热活化，得到活化混合样品；活化混合样品加入去离子水中得到陈化溶液，调节pH至1-3，在20-40℃下搅拌陈化8-24h，然后将陈化后的溶液转移至反应釜中，进行水热合成，水热合成后，过滤，洗涤至中性，干燥，磨碎，得到固相吸附材料。本发明将上述物料制成固相吸附材料时，热处理使蒙脱土中的二氧化硅、氧化铝进行部分活化，因为蒙脱土中二氧化硅、氧化铝的结构较为稳定，很难完全活化，在碳酸钙和硅酸钠的作用下，可以提高蒙脱土的活化量，碳酸钙在高温下生成的二氧化碳气体，可以使热活化处理后的混合物料具有较发达的孔隙结构，在后续水热处理下制备得到的阳离子交换量高的固相吸附材料，并在将其应用于碳酸铯的制备中后，具有好的效果。
更优选地，固相吸附材料的制备中，蒙脱土的使用量为碳酸钙的4-12wt%。
更优选地，固相吸附材料的制备中，硅酸钠的使用量为碳酸钙的1-3wt%。
更优选地，固相吸附材料的制备中，去离子水的使用量为碳酸钙的40-60wt%。
更优选地，固相吸附材料的制备中，陈化溶液中活化混合样品的量为8-12wt%。
更优选地，固相吸附材料的制备中可以加入石膏，石膏的使用量为碳酸钙的3-9wt%。本发明在制备固相吸附材料时，还可以加入石膏，得到由碳酸钙、石膏与蒙脱土混合制备得到的固相吸附材料。
更优选地，固相吸附材料的制备中可以加入植酸钙，植酸钙的使用量为碳酸钙的1-3wt%。本发明在制备固相吸附材料时，还可以加入植酸钙，得到由碳酸钙、植酸钙与蒙脱土混合制备得到的固相吸附材料。
更优选地，固相吸附材料的制备中，蒙脱土的使用量为8g，碳酸钙的使用量为100g，硅酸钠的使用量为2g，去离子水的使用量为50g，陈化溶液的使用量为100g，陈化溶液中活化混合样品的使用量为10g。
更优选地，固相吸附材料的制备中可以加入石膏，石膏的使用量为6g。
更优选地，固相吸附材料的制备中可以加入植酸钙，植酸钙的使用量为2g。
更优选地，陈化溶液中还可加入聚丙烯酰胺，陈化溶液中聚丙烯酰胺的使用量为0.05-0.5g。
优选地，碳酸铯的制备中，将固相吸附材料加入碳酸氢铵溶液中，在20-40℃下浸泡12-36h，得到铵改性固相吸附材料，然后将固相吸附材料装入吸附柱内，使含铯溶液通过吸附柱进行动态吸附，至检出有铯离子流出，然后通入淋洗液，至无铯离子流出，对收集到的洗脱液进行蒸发结晶，干燥，在300-400℃煅烧处理6-24h，得到碳酸铯。本发明制备得到的固相吸附材料可以降低杂质的洗脱，从而在得到高产量的碳酸铯的同时，使得到的碳酸铯的纯度提高。
更优选地，碳酸铯的制备中，碳酸氢铵溶液中碳酸氢铵的浓度为1-3mol/L。
更优选地，碳酸铯的制备中，固相吸附材料的使用量为碳酸氢铵溶液的50-200wt%。
更优选地，碳酸铯的制备中，含铯溶液为硫酸铯溶液、氯化铯溶液或硝酸铯溶液。
更优选地，碳酸铯的制备中，含铯溶液中铯离子的浓度为6-12mg/L。
更优选地，碳酸铯的制备中，淋洗液为碳酸氢铵溶液，淋洗液中碳酸氢铵的浓度为1-3mol/L。
更优选地，碳酸铯的制备中，固相吸附材料的使用量为1000g，碳酸氢铵溶液中碳酸氢铵的浓度为2mol/L，碳酸氢铵溶液的使用量为1000g，淋洗液为碳酸氢铵溶液，淋洗液中碳酸氢铵的浓度为2mol/L。
本发明公开了上述固相吸附材料在制备碳酸铯中的用途。
本发明通过蒙脱土、碳酸钙和其他物料经一系列处理制备得到固相吸附材料，其他物料包括石膏、植酸钙、硅酸钠和聚丙烯酰胺中至少1种，然后将固相吸附材料用于制备碳酸铯，因而具有如下有益效果：固相吸附材料的阳离子交换量高，制备得到的碳酸铯的纯度高。因此，本发明是一种可用于碳酸铯制备的固相吸附材料，以及对碳酸铯制备纯化效果好的碳酸铯的制备方法。
附图说明
图1为固相吸附材料电镜图；
图2为固相吸附材料的阳离子交换量图；
图3为碳酸铯的纯度图。
具体实施方式
以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：
实施例1：
一种碳酸铯的制备方法，
固相吸附材料的制备：将蒙脱土、碳酸钙和硅酸钠混合，加入去离子水后进行湿法球磨处理1h，干燥得到混合样品，混合样品在900℃处理1h进行热活化，得到活化混合样品；活化混合样品加入去离子水中得到陈化溶液，调节pH至2，在30℃下搅拌陈化12h，然后将陈化后的溶液转移至反应釜中，进行水热合成，水热合成后，过滤，洗涤至中性，干燥，磨碎，得到固相吸附材料。蒙脱土的使用量为8g，碳酸钙的使用量为100g，硅酸钠的使用量为2g，去离子水的使用量为50g，陈化溶液的使用量为100g，陈化溶液中活化混合样品的使用量为10g。
碳酸铯的制备：将固相吸附材料加入碳酸氢铵溶液中，在30℃下浸泡24h，得到铵改性固相吸附材料，然后将固相吸附材料装入吸附柱内，使含铯溶液通过吸附柱进行动态吸附，至检出有铯离子流出，然后通入淋洗液，至无铯离子流出，对收集到的洗脱液进行蒸发结晶，干燥，在350℃煅烧处理10h，得到碳酸铯。固相吸附材料的使用量为1000g，碳酸氢铵溶液中碳酸氢铵的浓度为2mol/L，碳酸氢铵溶液的使用量为1000g，淋洗液为碳酸氢铵溶液，淋洗液中碳酸氢铵的浓度为2mol/L。
实施例2：
一种碳酸铯的制备方法，本实施例与实施例1相比，不同之处在于固相吸附材料的制备。
固相吸附材料的制备：将蒙脱土、碳酸钙、石膏和硅酸钠混合，加入去离子水后进行湿法球磨处理1h，干燥得到混合样品，混合样品在900℃处理1h进行热活化，得到活化混合样品；活化混合样品加入去离子水中得到陈化溶液，调节pH至2，在30℃下搅拌陈化12h，然后将陈化后的溶液转移至反应釜中，进行水热合成，水热合成后，过滤，洗涤至中性，干燥，磨碎，得到固相吸附材料。蒙脱土的使用量为8g，碳酸钙的使用量为100g，石膏的使用量为6g，硅酸钠的使用量为2g，去离子水的使用量为50g，陈化溶液的使用量为100g，陈化溶液中活化混合样品的使用量为10g。
实施例3：
一种碳酸铯的制备方法，本实施例与实施例1相比，不同之处在于固相吸附材料的制备。
固相吸附材料的制备：将蒙脱土、碳酸钙和植酸钙混合，加入去离子水后进行湿法球磨处理1h，干燥得到混合样品，混合样品在900℃处理1h进行热活化，得到活化混合样品；活化混合样品加入去离子水中得到陈化溶液，调节pH至2，在30℃下搅拌陈化12h，然后将陈化后的溶液转移至反应釜中，进行水热合成，水热合成后，过滤，洗涤至中性，干燥，磨碎，得到固相吸附材料。蒙脱土的使用量为8g，碳酸钙的使用量为100g，植酸钙的使用量为2g，去离子水的使用量为50g，陈化溶液的使用量为100g，陈化溶液中活化混合样品的使用量为10g。
实施例4：
一种碳酸铯的制备方法，本实施例与实施例1相比，不同之处在于固相吸附材料的制备。
固相吸附材料的制备：将蒙脱土、碳酸钙、石膏和植酸钙混合，加入去离子水后进行湿法球磨处理1h，干燥得到混合样品，混合样品在900℃处理1h进行热活化，得到活化混合样品；活化混合样品加入去离子水中得到陈化溶液，调节pH至2，在30℃下搅拌陈化12h，然后将陈化后的溶液转移至反应釜中，进行水热合成，水热合成后，过滤，洗涤至中性，干燥，磨碎，得到固相吸附材料。蒙脱土的使用量为8g，碳酸钙的使用量为100g，石膏的使用量为6g，植酸钙的使用量为2g，去离子水的使用量为50g，陈化溶液的使用量为100g，陈化溶液中活化混合样品的使用量为10g。
实施例5：
一种碳酸铯的制备方法，本实施例与实施例1相比，不同之处在于固相吸附材料的制备。
固相吸附材料的制备：将蒙脱土、碳酸钙、石膏、植酸钙和硅酸钠混合，加入去离子水后进行湿法球磨处理1h，干燥得到混合样品，混合样品在900℃处理1h进行热活化，得到活化混合样品；活化混合样品加入去离子水中得到陈化溶液，调节pH至2，在30℃下搅拌陈化12h，然后将陈化后的溶液转移至反应釜中，进行水热合成，水热合成后，过滤，洗涤至中性，干燥，磨碎，得到固相吸附材料。蒙脱土的使用量为8g，碳酸钙的使用量为100g，石膏的使用量为6g，植酸钙的使用量为2g，硅酸钠的使用量为2g，去离子水的使用量为50g，陈化溶液的使用量为100g，陈化溶液中活化混合样品的使用量为10g。
实施例6：
一种碳酸铯的制备方法，本实施例与实施例1相比，不同之处在于固相吸附材料的制备。
固相吸附材料的制备：将蒙脱土、碳酸钙和硅酸钠混合，加入去离子水后进行湿法球磨处理1h，干燥得到混合样品，混合样品在900℃处理1h进行热活化，得到活化混合样品；活化混合样品和聚丙烯酰胺加入去离子水中得到陈化溶液，调节pH至2，在30℃下搅拌陈化12h，然后将陈化后的溶液转移至反应釜中，进行水热合成，水热合成后，过滤，洗涤至中性，干燥，磨碎，得到固相吸附材料。蒙脱土的使用量为8g，碳酸钙的使用量为100g，硅酸钠的使用量为2g，去离子水的使用量为50g，陈化溶液的使用量为100g，陈化溶液中活化混合样品的使用量为10g，陈化溶液中聚丙烯酰胺的使用量为0.2g。
实施例7：
一种碳酸铯的制备方法，本实施例与实施例2相比，不同之处在于固相吸附材料的制备。
固相吸附材料的制备：将蒙脱土、碳酸钙、石膏和硅酸钠混合，加入去离子水后进行湿法球磨处理1h，干燥得到混合样品，混合样品在900℃处理1h进行热活化，得到活化混合样品；活化混合样品和聚丙烯酰胺加入去离子水中得到陈化溶液，调节pH至2，在30℃下搅拌陈化12h，然后将陈化后的溶液转移至反应釜中，进行水热合成，水热合成后，过滤，洗涤至中性，干燥，磨碎，得到固相吸附材料。蒙脱土的使用量为8g，碳酸钙的使用量为100g，石膏的使用量为6g，硅酸钠的使用量为2g，去离子水的使用量为50g，陈化溶液的使用量为100g，陈化溶液中活化混合样品的使用量为10g，陈化溶液中聚丙烯酰胺的使用量为0.2g。
实施例8：
一种碳酸铯的制备方法，本实施例与实施例3相比，不同之处在于固相吸附材料的制备。
固相吸附材料的制备：将蒙脱土、碳酸钙和植酸钙混合，加入去离子水后进行湿法球磨处理1h，干燥得到混合样品，混合样品在900℃处理1h进行热活化，得到活化混合样品；活化混合样品和聚丙烯酰胺加入去离子水中得到陈化溶液，调节pH至2，在30℃下搅拌陈化12h，然后将陈化后的溶液转移至反应釜中，进行水热合成，水热合成后，过滤，洗涤至中性，干燥，磨碎，得到固相吸附材料。蒙脱土的使用量为8g，碳酸钙的使用量为100g，植酸钙的使用量为2g，去离子水的使用量为50g，陈化溶液的使用量为100g，陈化溶液中活化混合样品的使用量为10g，陈化溶液中聚丙烯酰胺的使用量为0.2g。
实施例9：
一种碳酸铯的制备方法，本实施例与实施例1相比，不同之处在于固相吸附材料的制备。
固相吸附材料的制备：将蒙脱土、碳酸钙、石膏和植酸钙混合，加入去离子水后进行湿法球磨处理1h，干燥得到混合样品，混合样品在900℃处理1h进行热活化，得到活化混合样品；活化混合样品和聚丙烯酰胺加入去离子水中得到陈化溶液，调节pH至2，在30℃下搅拌陈化12h，然后将陈化后的溶液转移至反应釜中，进行水热合成，水热合成后，过滤，洗涤至中性，干燥，磨碎，得到固相吸附材料。蒙脱土的使用量为8g，碳酸钙的使用量为100g，石膏的使用量为6g，植酸钙的使用量为2g，去离子水的使用量为50g，陈化溶液的使用量为100g，陈化溶液中活化混合样品的使用量为10g，陈化溶液中聚丙烯酰胺的使用量为0.2g。
实施例10：
一种碳酸铯的制备方法，本实施例与实施例1相比，不同之处在于固相吸附材料的制备。
固相吸附材料的制备：将蒙脱土、碳酸钙、石膏、植酸钙和硅酸钠混合，加入去离子水后进行湿法球磨处理1h，干燥得到混合样品，混合样品在900℃处理1h进行热活化，得到活化混合样品；活化混合样品和聚丙烯酰胺加入去离子水中得到陈化溶液，调节pH至2，在30℃下搅拌陈化12h，然后将陈化后的溶液转移至反应釜中，进行水热合成，水热合成后，过滤，洗涤至中性，干燥，磨碎，得到固相吸附材料。蒙脱土的使用量为8g，碳酸钙的使用量为100g，石膏的使用量为6g，植酸钙的使用量为2g，硅酸钠的使用量为2g，去离子水的使用量为50g，陈化溶液的使用量为100g，陈化溶液中活化混合样品的使用量为10g，陈化溶液中聚丙烯酰胺的使用量为0.2g。
试验例
1.形貌表征
对实施例1制备得到的固相吸附材料的电镜图如图1所示，固相吸附材料表面存在孔穴和孔隙，孔结构发达，比表面积大。
2.阳离子交换量测试
采用纳氏分光光度法对各实施例制备得到的固相吸附材料的阳离子交换容量进行测试分析，测试结果如图2所示，其中，S1为实施例1，S2为实施例2，S3为实施例3，S4为实施例4，S5为实施例5，S6为实施例6，S7为实施例7，S8为实施例8，S9为实施例9，S10为实施例10，本发明通过蒙脱土、碳酸钙和其他物料经一系列处理制备得到固相吸附材料，其他物料包括石膏、植酸钙、硅酸钠和聚丙烯酰胺中至少1种，制备得到的固相吸附材料具有高了阳离子交换量，在蒙脱土和碳酸钙的存在下，植酸钙的使用效果优于硅酸钠的使用效果，而在使用了植酸钙或硅酸钠之后，进一步使用石膏，在硫酸钙的作用下，可以进一步提高得到的固相吸附材料的阳离子交换量，而在将石膏、植酸钙和硅酸钠共同使用后，得到的固相吸附材料的阳离子交换量提高；在使用了上述组分后，还可以进一步在制备体系中使用聚丙烯酰胺，聚丙烯酰胺的使用对得到的固相吸附材料的阳离子交换量具有更好的提高效果。
3.碳酸铯的纯度
对各实施例制备得到的碳酸铯产品进行测试分析，纯度测试结果如图3所示，其中，S1为实施例1，S2为实施例2，S3为实施例3，S4为实施例4，S5为实施例5，S6为实施例6，S7为实施例7，S8为实施例8，S9为实施例9，S10为实施例10，本发明通过蒙脱土、碳酸钙和其他物料经一系列处理制备得到固相吸附材料，其他物料包括石膏、植酸钙、硅酸钠和聚丙烯酰胺中至少1种，制备得到的固相吸附材料可以用于制备碳酸铯，固相吸附材料先对铯离子进行吸附，然后采用碳酸氢铵进行淋洗脱附，最后制备得到碳酸铯，本发明得到的固相吸附材料用于碳酸铯的制备中后，可以提高碳酸铯的纯度，即可以进一步降低杂质的含量，本发明制备得到的固相吸附材料中，在蒙脱土和碳酸钙的存在下，植酸钙的使用效果优于硅酸钠的使用效果，而在使用了植酸钙或硅酸钠之后，进一步使用石膏，在硫酸钙的作用下，可以进一步提高得到的碳酸铯的纯度，而在将石膏、植酸钙和硅酸钠共同使用后，得到的碳酸铯的纯度提高；在使用了上述组分后，还可以进一步在制备体系中使用聚丙烯酰胺，聚丙烯酰胺的使用对得到的碳酸铯的纯度具有更好的提高效果。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (10)
1.一种碳酸铯的制备方法，包括：将固相吸附材料于含铵溶液中处理，然后将固相吸附材料装柱，通入含铯溶液进行吸附，最后经洗脱，干燥，煅烧得到碳酸铯；所述固相吸附材料的制备原料中包括蒙脱土和碳酸钙；所述制备原料还包括石膏、植酸钙和硅酸钠中至少1种。
2.根据权利要求1所述的一种碳酸铯的制备方法，其特征是：所述蒙脱土的使用量为碳酸钙的4-12wt%。
3.根据权利要求1所述的一种碳酸铯的制备方法，其特征是：所述含铵溶液为碳酸氢铵溶液，含铵溶液中碳酸氢铵的浓度为1-3mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种碳酸铯的制备方法，其特征是：所述含铯溶液为硫酸铯溶液、硝酸铯溶液和氯化铯溶液中任1种或其混合。
5.根据权利要求1所述的一种碳酸铯的制备方法，其特征是：所述固相吸附材料制备中，由蒙脱土、碳酸钙和其他物料经球磨处理，然后热活化，制成溶液后陈化，水热合成制备得到固相吸附材料；所述其他物料为石膏、植酸钙和硅酸钠中至少1种。
6.根据权利要求1或5所述的一种碳酸铯的制备方法，其特征是：所述硅酸钠的使用量为碳酸钙的1-3wt%。
7.根据权利要求5所述的一种碳酸铯的制备方法，其特征是：所述热活化的温度为800-1000℃。
8.一种固相吸附材料，包括：由蒙脱土、碳酸钙和其他物料制备得到固相吸附材料，所述其他物料为石膏、植酸钙和硅酸钠中至少1种。
9.根据权利要求8所述的一种固相吸附材料，其特征是：所述其他物料为石膏、植酸钙和硅酸钠。
10.权利要求8所述的固相吸附材料在制备碳酸铯中的用途。
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