一种以碳酸钡为原料生产偏磷酸钡的方法技术

本发明专利技术涉及高纯光学玻璃材料生产加工技术领域，特别涉及一种以碳酸钡为原料生产偏磷酸钡的方法，本发明专利技术包括物料反应溶解，硫化氢气体吸收，过氧化氢氧化，杂质沉降过滤，蒸发结晶，固液分离，一次煅烧粉碎筛分、二次煅烧粉碎筛分，物料混合八个工序。本发明专利技术以高硫碳酸钡（硫含量0.1%以上）为原料，制造出适用于光学玻璃领域的高纯偏磷酸钡粉体，极大地降低了高纯偏磷酸钡的原料成本，本发明专利技术还可以将产出的有毒的H2S气体完全吸收，保证了生产人员的安全且吸收成本低。且吸收成本低。且吸收成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种以碳酸钡为原料生产偏磷酸钡的方法


[0001]本专利技术涉及高纯光学玻璃材料生产加工
，特别涉及一种以碳酸钡为原料生产偏磷酸钡的方法。

技术介绍

[0002]磷酸盐光学玻璃相对于硅酸盐﹑硼酸盐系列玻璃具有一些特殊的优点。它在短波方向的相对部分色散比一般冕牌玻璃大，可用它来消除二级光谱的特殊色散。同时磷酸盐玻璃材料具有较高的荧光强度、荧光峰值位于短波长的一侧和负的折射率及温度系数等特点。它在掺入有色离子(如稀土离子)后具有良好的光谱性能，是生产各类激光器的核心材料。磷酸盐激光玻璃具有远大于硅酸盐激光玻璃的受激发射截面，而且具有激光效率高，热光性质好，长期使用不产生色心的特点。除了作为激光玻璃的重要原料，磷酸盐玻璃作为特种玻璃在各个领域有着广泛且不可替代的应用，如磷酸盐玻璃常用来制造其他光学玻璃、透紫外线玻璃、吸热玻璃、耐氟酸玻璃等，其中钒磷酸盐玻璃是重要的辐射发光材料。
[0003]偏磷酸盐是二元磷酸盐玻璃中最稳定的玻璃成分，主要包括偏磷酸钡、偏磷酸铝、偏磷酸钠、偏磷酸钙、偏磷酸镁等，是制造磷酸盐玻璃的基础材料。偏磷酸钡主要应用于特种光学玻璃材料如高清摄像头镜片、相机镜片、手机摄像头镜片等，可作为磷酸盐玻璃和氟磷酸盐玻璃的添加剂，改善玻璃的抗失透性和光吸收性。
[0004]目前偏磷酸钡的生产工艺主要有：如中国专利申请号202111371220.1所述的方法，包括底液加热、反应并固液分离、烘干灼烧水洗、二次烘干等工序；又例如中国专利申请号202110058784.3所述的方法，将重晶石与磷酸二氢铵按照质量比1:2.0—1:2.6的比例将2种原料混合均匀后，在500℃
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800℃高温煅烧2.5
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3.5h得到偏磷酸钡成品；又例如中国专利申请号200480006982.X所述的方法，分四个工序生产偏磷酸钡，第一工序：以碳酸钡或氢氧化钡与磷酸1:0.85——1.1的摩尔比反应生成含有水分的粉体，后进入第二工序对第一工序的产物进行烧结，之后进入到第三工序将烧结后的偏磷酸钡进行粉碎和筛分，最后进入第四工序进行水洗和烘干，得到成品的偏磷酸钡。又例如中国专利申请号200410073595所述的方法，将氢氧化钡精制提纯后，加入优级磷酸，调整pH至9
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11得到磷酸氢钡浆料，将浆料稀释后用喷雾干燥烘干得到偏磷酸钡成品。
[0005]影响偏磷酸钡品质的主要因素有过渡金属杂质含量、磷钡摩尔比、游离磷等。由于过渡金属离子铁﹑钴、镍等杂质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，从而严重影响玻璃的激光性能，因此生产过程中尽量少地引入过渡金属元素是生产高纯偏磷酸钡的关键。为了减少偏磷酸钡产品中的杂质含量，大多数生产商会采用铁﹑钴、镍等杂质含量极低的原料得到品质高的偏磷酸钡，如原料碳酸钡和磷酸中的Fe离子含量通常会要求在3ppm以下，导致偏磷酸钡的原料成本非常高。用于生产高纯偏磷酸钡的钡原料主要有高纯氢氧化钡和高纯碳酸钡。
[0006]碳酸钡是一种重要的工业原料，在电子陶瓷、建筑陶瓷、工业催化剂等领域有着广泛的用途，高纯碳酸钡为生产偏磷酸钡生产的重要原料，高纯碳酸钡的来源一般是用重晶
石和煤炭为原料，经过煅烧后得到硫化钡，再以硫化钡为原料进行脱硫后得到，如中国专利申请号200410073595所述的方法，将自然沉降的黄水（硫化钡）中加入脱硫剂进行预处理，其中脱硫剂是氢氧化钠溶液或可溶性钠盐，当反应溶液中Na
+
浓度达到0.01mol/L至0.025mol/L时停止预处理，得到经过预处理的黄水；将经过预处理的的黄水与工艺循环水进行连续对流合成反应，当反应的pH到达9.5
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11.5时停止反应，反应浆料进行连续沉降熟化，随后固液分离，收集固体；收集的固体经过洗涤、烘干，得到碳酸钡产品。
[0007]中国钡矿资源较为丰富，但多数钡矿如重晶石、毒重石等需要经过复杂的提纯和合成程序后才能得到高纯的碳酸钡，用于生产高纯偏磷酸钡的碳酸钡提纯脱硫成本非常高，而且往往会在碳酸钡中残留部分硫元素。含硫碳酸钡在于磷酸反应时会释放出有毒的H2S气体，严重危害操作人员的身体健康，同时硫元素在光学玻璃的生产过程中会在玻璃中形成气泡，从而影响玻璃的良品率，如何利用含硫量较高的低品质碳酸钡原料生产出高纯的偏磷酸钡成品且将反应产生的H2S气体完全吸收是本专利技术的首要目的。
[0008]偏磷酸钡生产的另一个难点是磷钡摩尔比的控制，由于磷元素在一定温度条件下会挥发，从而导致产品中磷钡摩尔比产生明显的偏移。同时为了解决偏磷酸钡中游离磷的问题，通常会采用水洗的方式洗掉其中的游离磷，进一步加剧了偏磷酸钡中磷钡摩尔比的偏移。
[0009]游离磷也是影响偏磷酸钡品质的重要指标，在游离磷含量超过1%时，产品会出现明显的吸潮现象，长时间地存放也会出现物料板结的情况。同时水洗水中含有大量的磷元素，需要进过脱磷处理后排放。

技术实现思路

[0010]为了解决现有技术的问题，本专利技术提供了一种以碳酸钡为原料生产偏磷酸钡的方法，其能够以高硫碳酸钡（硫含量0.1%以上）为原料，制造出适用于光学玻璃领域的高纯偏磷酸钡粉体，极大地降低了高纯偏磷酸钡的原料成本，本专利技术可以将产出的有毒的H2S气体完全吸收，保证了生产人员的安全且吸收成本低。
[0011]本专利技术所采用的技术方案如下：一种以碳酸钡为原料生产偏磷酸钡的方法，包括以下步骤：A、物料反应溶解：将碳酸钡原料和磷酸原料按照钡元素与磷酸根1:4—1:8的摩尔比进行反应，同时加入去离子水，搅拌至碳酸钡完全溶解，使得溶液中钡离子的浓度范围是5%
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15%；B、硫化氢气体吸收：用引风机将步骤A反应时产生的气体引入到硫化氢吸收塔，去除气体中的H2S后排放；C、过氧化氢氧化：向溶液中加入过氧化氢溶液，加热溶液并保持一段时间，将步骤A产生的溶液中的残余硫份氧化，生成硫酸钡沉淀；D、杂质沉降过滤：停止搅拌，使溶液中的硫酸钡和其他杂质自然沉降之后，排出反应釜底的残渣，并将所有溶液经滤芯过滤后打入蒸发结晶釜；E、蒸发结晶：开启搅拌并对蒸发结晶釜进行加热，进行蒸发结晶，得到含磷酸二氢钡结晶的浆料，降温；F、固液分离：将步骤E得到的磷酸二氢钡的浆料进行固液分离，得到磷酸二氢钡固
体和母液，磷酸二氢钡固体用于后续的煅烧步骤，母液回用至步骤A，重新参与反应；G、一次煅烧粉碎筛分：将得到的磷酸二氢钡的固体装入容器中加热，进行一次煅烧，使得磷酸二氢钡分子分解成为水和偏磷酸钡，降温后将得到料饼进行粉碎、筛分，得到偏磷酸钡半成品；H、二次煅烧粉碎筛分：将得到的偏磷酸钡半成品进行二次煅烧，进一步脱除物料中的水分和游离磷，并进行粉碎筛分，得到偏磷酸钡成品料。
[0012]优选的，步骤A中的碳酸钡原料和磷酸原料中的Ni、Cr、Cu、Co、Mn离子含量≤1ppm，碳酸钡原料中的硫含量范围是0.1%
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2%。
[0013]优选的，步骤B中，用于吸收硫化氢气体的介质是硫酸铜溶液或氢氧化钠溶液。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以碳酸钡为原料生产偏磷酸钡的方法，包括以下步骤：A、物料反应溶解：将碳酸钡原料和磷酸原料按照钡元素与磷酸根1:4—1:8的摩尔比进行反应，同时加入去离子水，搅拌至碳酸钡完全溶解，使得溶液中钡离子的浓度范围是5%
‑
15%；B、硫化氢气体吸收：用引风机将步骤A反应时产生的气体引入到硫化氢吸收塔，去除气体中的H2S后排放；C、过氧化氢氧化：向溶液中加入过氧化氢溶液，加热溶液并保持一段时间，将步骤A产生的溶液中的残余硫份氧化，生成硫酸钡沉淀；D、杂质沉降过滤：停止搅拌，使溶液中的硫酸钡和其他杂质自然沉降之后，排出反应釜底的残渣，并将所有溶液经滤芯过滤后打入蒸发结晶釜；E、蒸发结晶：开启搅拌并对蒸发结晶釜进行加热，进行蒸发结晶，得到含磷酸二氢钡结晶的浆料，降温；F、固液分离：将步骤E得到的磷酸二氢钡的浆料进行固液分离，得到磷酸二氢钡固体和母液，磷酸二氢钡固体用于后续的煅烧步骤，母液回用至步骤A，重新参与反应；G、一次煅烧粉碎筛分：将得到的磷酸二氢钡的固体装入容器中加热，进行一次煅烧，使得磷酸二氢钡分子分解成为水和偏磷酸钡，降温后将得到料饼进行粉碎、筛分，得到偏磷酸钡半成品；H、二次煅烧粉碎筛分：将得到的偏磷酸钡半成品进行二次煅烧，进一步脱除物料中的水分和游离磷，并进行粉碎筛分，得到偏磷酸钡成品料。2.根据权利要求1所述的一种以碳酸钡为原料生产偏磷酸钡的方法，其特征在于，所述的步骤A中的碳酸钡原料和磷酸原料中的Ni、Cr、Cu、Co、Mn离子含量≤1ppm，碳酸钡原料中的硫含量范围是0.1%
‑
2%。3.根据权利要求1所述的一种以碳酸钡为原料生产偏磷酸钡的方法，其特征在于，所述步骤B中，用于吸收硫化氢气体的介质是硫酸铜溶液或氢氧化钠溶液。4.根据权利要求3所述的一种以碳酸钡为原料生产偏磷酸钡的方法，其特征在于，所述步骤B中，用于吸收硫化氢气体的介质是硫酸铜溶液，硫酸铜溶液的浓度范围是5%
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20%。5.根据权利要求1所述的一种以碳酸钡为原料生产偏磷酸钡的方法，其特征在于，所述步骤B中，硫化氢吸收塔的级数为1
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4级。6.根据权利要求1所述的一种以碳酸钡为原料生产偏磷酸钡的方法，其特征在于，所述步骤C中，使用的氧化剂为过氧化氢或臭氧。7.根据权利要求6所述的一种以碳酸钡为原料生产偏磷酸钡的方法，其特征在于，所述步骤C中，使用的氧化剂为过氧化氢，浓度为20%
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50%，投入量为碳酸钡重量的10%
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30%，氧化的反应温度为30℃
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80℃，反应时...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫家臣，魏基业，李子涵，赵冰，
申请(专利权)人：青岛天尧新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：