一种焦磷酸锗的制备方法技术

本发明专利技术的目的是提供一种可应用于半导体光电材料和光学玻璃的焦磷酸锗的制备方法，以解决目前的方法无法制备高纯度焦磷酸锗的技术问题。本发明专利技术采用易获得的二氧化锗作为主要原材料，利用二氧化锗易溶于碱的特性，采用多段转化的方式制备高活性锗酸水合物，该锗酸水合物可有效与磷酸作用，得到中间产物磷酸一氢锗水合物，对磷酸一氢锗水合物进行特殊的梯度烘干，即得高纯度焦磷酸锗。即得高纯度焦磷酸锗。即得高纯度焦磷酸锗。

【技术实现步骤摘要】
一种焦磷酸锗的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种焦磷酸锗的制备方法，主要用于半导体光电材料和光学玻璃当中。

技术介绍

[0002]焦磷酸锗主要应用在半导体光电材料和特殊光学玻璃当中。焦磷酸锗在光学玻璃中主要用于替代二氧化锗作为光学玻璃中锗元素添加剂，以改善光学玻璃折射率及透光性。
[0003]在焦磷酸锗应用于光学玻璃之前，主要是在光学玻璃制备过程中直接添加二氧化锗与过量的五氧化二磷，由于二氧化锗极难溶于酸，因此造成大量五氧化二磷挥发，从而造成巨大浪费及环境污染。后来焦磷酸锗作为替代二氧化锗的光学玻璃添加剂而应用于玻璃行业中，有效提高了锗与磷在光学玻璃制备过程中的稳定性。
[0004]由于二氧化锗存在两种晶型，包括稍溶于水的六方晶系(低温稳定)和不溶性的正方晶系，而市面上的二氧化锗主要成分为正方晶系，极难溶于酸，将二氧化锗与磷酸直接作用得到焦磷酸锗无法保证焦磷酸锗纯度，因此目前国内市场上高纯度焦磷酸锗的制备方法是一个巨大的空白，亟需研发出一种减少污染且反应相对温和的高纯度焦磷酸锗的生产方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种可应用于半导体光电材料和光学玻璃的焦磷酸锗的制备方法，以解决目前的方法无法制备高纯度焦磷酸锗的技术问题。本专利技术能生产出纯度达到99.9％以上的焦磷酸锗，其铁、钴、镍、铜、镉、铬、钒等元素均小于1ppm。
[0006]本专利技术的技术方案是：
[0007]一种焦磷酸锗的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0008]步骤1、溶解二氧化锗
[0009]将二氧化锗加入氢氧化钠溶液中，加热升温，搅拌至完全溶解，过滤去除杂质，得到锗酸钠溶液；所述氢氧化钠与二氧化锗的摩尔比为2.1:1
‑
2.5:1；反应方程式：GeO2+2NaOH
→
Na2GeO3+H2O；这里氢氧化钠稍过量是为了去除二氧化锗中的铁、镍、钒、硅、锡等金属杂质，提高后续目标产品的纯度；
[0010]步骤2、酸析获取高活性锗酸水合物
[0011]步骤2.1、由于锗酸钠与硅酸钠性质类似，加入酸液中和碱性，可得到高活性的锗酸水合物，锗酸水合物为二氧化锗水合物，其活性高，极易与磷酸反应；因此，向步骤1.2得到的锗酸钠溶液中加入摩尔量为锗酸钠摩尔量2.1
‑
2.3倍的盐酸溶液，进行反应，得到锗酸水合物酸析液；反应方程式：Na2GeO3+2HCl+nH2O
→
H2GeO3.nH2O+2NaCl；这里盐酸过量的目的是为了保证反应向正方向进行，防止发生副反应，提高后续目标产品的纯度；
[0012]步骤2.2、将所述锗酸水合物酸析液过滤去除杂质，收集滤饼，使用至少为滤饼3倍
量体积的高纯水洗涤，得到锗酸水合物滤饼；
[0013]步骤3、合成磷酸一氢锗
[0014]将所述锗酸水合物滤饼打浆加入至磷酸溶液中，搅拌升温至100
‑
120℃，浓缩至粘稠膏状，得到磷酸一氢锗水合物；所述磷酸与锗酸水合物的摩尔比为2.1:1
‑
2.5:1；反应方程式：H2GeO3.nH2O+2H3PO4→
Ge(HPO4)2.nH2O+3H2O；这里磷酸稍过量是为了去除杂质，提高后续目标产品的纯度；
[0015]步骤4、制备焦磷酸锗
[0016]对所述磷酸一氢锗水合物进行梯度烘干：
[0017]第一梯度：220
‑
260℃，烘干2
‑
3小时，去掉表面水与部分结晶水；
[0018]第二梯度：635
‑
680℃，烘干2
‑
3小时，脱除结构水得到焦磷酸锗。
[0019]反应方程式：Ge(HPO4)2.nH2O
→
GeP2O7+(n+1)H2O。
[0020]基于上述技术方案，本专利技术还做了以下优化和限定：
[0021]进一步地，还包括步骤5：将所述焦磷酸锗进行粉碎，得到粉末状焦磷酸锗成品。
[0022]进一步地，为提高收率，步骤1中所述氢氧化钠的质量浓度为40
‑
50％，氢氧化钠与二氧化锗的摩尔比为2.2:1。
[0023]进一步地，为了加速溶解，提高制备效率，步骤1中将氢氧化钠先升温至80
‑
90℃，然后将二氧化锗与水以质量比1:1
‑
1.5打浆加入，保持温度为80
‑
90℃，搅拌至二氧化锗完全溶解，得到锗酸钠溶液。
[0024]进一步地，步骤2.1中：保持温度为80
‑
90℃下搅拌反应2
‑
3小时，反应终点PH为7
‑
8。
[0025]进一步地，步骤1中氢氧化钠与二氧化锗的摩尔比为2.2:1；步骤3中磷酸与锗酸水合物的摩尔比为2.2:1。
[0026]进一步地，为提高收率和制备效率，步骤3中磷酸溶液的质量浓度为60
‑
70％，搅拌升温至95
‑
100℃后，再加入所述锗酸水合物滤饼。
[0027]进一步地，步骤4中：分两个梯度进行升温烘干：第一梯度：240℃烘干3小时；第二梯度：650℃烘干3小时。
[0028]进一步地，为提高目标产品的纯度，步骤1、2.2中使用至少1000目滤布进行过滤。
[0029]本专利技术还提供了一种高纯度焦磷酸锗，其特殊之处在于：采用上述任一种方法制备而成。
[0030]本专利技术的有益效果是：
[0031]1.本专利技术采用易获得的二氧化锗作为主要原材料，市面上二氧化锗主要为正方晶型锗氧化物，与磷酸极难反应，无法直接作用得到高纯度的焦磷酸锗。本专利技术利用二氧化锗易溶于碱的特性，采用多段转化的方式制备高活性锗酸水合物，该锗酸水合物可有效与磷酸作用，得到中间产物磷酸一氢锗水合物，对磷酸一氢锗水合物进行特殊的梯度烘干，即得高纯度焦磷酸锗。
[0032]2.本专利技术采用特殊的梯度烘干：第一段温度220
‑
260℃烘干2
‑
3小时，可有效去除表面水与结晶水，并强化反应，将锗酸充分酸化，得到磷酸一氢锗；第二段温度635
‑
680℃烘干2
‑
3小时，脱除结构水，得到高纯度焦磷酸锗，其纯度大于99.9％，其铁、钴、镍、钒、铜、镉、铬、铅、钛、锰均小于1ppm。
[0033]3.本专利技术中所有反应过程不涉及高温，十分温和，废气排放小。
附图说明
[0034]图1为实施例1制备得到的焦磷酸锗的XRD图谱。
具体实施方式
[0035]本专利技术的专利技术构思是：
[0036]本专利技术主要利用二氧化锗为两性化合物，其两种晶型均易溶于强碱溶液的性质，首先采用氢氧化钠溶液溶解难直接溶于酸的二氧化锗，然后采用盐酸中和锗酸钠，将得到的沉淀通过水洗洗去副产物氯化钠，得到高活性的锗酸水合物，该锗酸水合物可与磷酸直本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种焦磷酸锗的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、溶解二氧化锗将二氧化锗加入氢氧化钠溶液中，加热升温，搅拌至完全溶解，过滤去除杂质，得到锗酸钠溶液；所述氢氧化钠与二氧化锗的摩尔比为2.1:1
‑
2.5:1；步骤2、酸析获取高活性锗酸水合物步骤2.1、向所述锗酸钠溶液中加入摩尔量为锗酸钠摩尔量2.1
‑
2.3倍的盐酸溶液，进行反应，得到锗酸水合物酸析液；步骤2.2、将所述锗酸水合物酸析液过滤杂质，收集滤饼，使用至少为滤饼3倍量体积的高纯水洗涤，得到锗酸水合物滤饼；步骤3、合成磷酸一氢锗将所述锗酸水合物滤饼打浆加入至磷酸溶液中，搅拌升温至100
‑
120℃，浓缩至粘稠膏状，得到磷酸一氢锗水合物；所述磷酸与锗酸水合物的摩尔比为2.1:1
‑
2.5:1；步骤4、制备焦磷酸锗对所述磷酸一氢锗水合物进行梯度升温烘干：第一梯度：220
‑
260℃，烘干2
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3小时；第二梯度：635
‑
680℃，烘干2
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3小时，得到焦磷酸锗。2.根据权利要求1所述的焦磷酸锗的制备方法，其特征在于，还包括步骤5：将所述焦磷酸锗进行粉碎，得到粉末状焦磷酸锗成品。3.根据权利要求1或2所述的焦磷酸锗的制备方法，其特征在于，步骤1中：所述氢氧化钠的质量浓度为40
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鹏，张勤生，赵全民，程振江，刘明钢，程杰鹏，
申请(专利权)人：灵宝市民生高新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：