磷酸二氫鉀型晶體生長原料的電化學提純方法及設備的製作方法

2023-11-05 20:11:52 1

專利名稱：磷酸二氫鉀型晶體生長原料的電化學提純方法及設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種KDP型晶體生長原料的電化學提純方法及設備，屬晶體生長原料的提純方法及設備領域。
KDP型晶體(KDP、DKDP、ADP、DADP等)都是用磷酸鹽作原料，KDP是用磷酸二氫鉀做原料在水溶液中生長，目前大尺寸的KDP晶體是雷射核聚變的關鍵材料之一，在雷射核聚變中應用的KDP要求有高的透過率和高的損傷閾值，這些指標要求晶體要高度純潔，這就需要高度純潔的原料。目前國產的磷酸二氫鉀僅有分析純料，其中有害雜質的含量在10ppm左右，這種原料生長的晶體是不能應用的。要提純這些原料令其雜質在1ppm以下，目前尚無簡單可靠的方法。提純水溶性試劑一般用重結晶的方法，利用雜質在晶體中和溶液中分凝係數的差別達到純化的目的，但是KDP原料的有害雜質Fe3+、Cr3+、Al3+等在晶體中的分凝係數隨不同晶面而有很大差別，在重結晶的條件下，分凝係數大於1，越重結晶雜質反而越富集，因此一般的重結晶方法是不能應用的。近來研究的用EDTA絡合後重結晶的方法(人工晶體14卷3-4期116頁)雖然可以達到一定的效果，但缺點是在提純的同時又加入了絡合劑，這種有機物對光透過和抗光傷有嚴重影響;其次是重結晶時母液中殘留的原料及衝洗時帶走的原料使重結晶產物僅佔原料的70%左右，浪費掉約30%;再者該方法耗費大量的人力、電力和時間，而且提純的效果不理想，仍有2-3ppm的Fe殘留在原料中，因此生長大KDP晶體須成噸的優質原料就成了一個關鍵問題。目前從國外進口的磷酸二氫鉀價格比國內高出一倍多，而且也不能滿足要求，其鐵含量也有2-3ppm，不能滿足核聚變的需要。
本發明目的在於提供一種經濟簡便而提純效果好且不浪費原料的KDP型晶體生長原料的電化學提純方法和設備。
本發明電化學提純方法是根據極譜學原理，在水溶液中每種金屬離子和非金屬離子都有一定的電極電位，選用兩種純化金屬作正負電極，加上適當的電壓，便可使溶液中的正離子移到負極，在負極上還原為金屬原子，而部分負離子會到正極處失去電子而成為非金屬元素。本發明方法是以如下的方式來實現的，將KDP型晶體生長原料磷酸二氫鉀等配成水溶液，放入提純玻璃容器中，將溶液保持恆溫密封，並用攪拌器攪拌，溶液中插入兩電極，其中正電極由鉑製成，負電極由水解製成，由於水銀成液態，負極須製做成環形水槽，再注入水解以形成環形面電極;將兩電極接在直流電源上，電壓範圍為3.5-5.0V之間，恆溫控制範圍在25℃-70℃，攪拌速度範圍為30-70轉/分，經1-10天的處理後，晶體生長原料水溶液即可達到提純目的。用於本發明提純方法的設備是由一個提純玻璃容器組成，其周圍有保溫層包圍，保溫層側面開有加熱窗，玻璃容器上有密封蓋密封，密封蓋上分別固定有溫度計，導電錶，鉑絲電極和環形水銀面電極，鉑絲電極繞製成螺旋形，環形水銀面電極則是由玻璃或有機玻璃製成環形槽狀，其中銅引線封在其中，銅引線端點在環形槽內引出，槽內注入水銀後即形成環形水銀面電極，同時攪拌器穿過密封蓋深入玻璃容器中，為密封要求攪拌器穿過密封蓋時採用水封閉合。鉑絲電極引線接直流電源正極，環形水銀面電極經引線和直流電源負極相連接，導電錶作為感溫元件連接在電晶體雙位控制器上控制紅外燈用以調節玻璃容器內溶液的溫度。
下面結合附圖對提純設備進行描述。


圖1是該提純設備的剖示圖，玻璃容器2外面有保溫層1，保溫層1的側面有加熱窗12，容器2上有密封蓋10，密封蓋10上固定有鉑絲電極4，環形水銀面電極5，導電錶7和溫度計8，導電錶7的兩引線接在電晶體雙位控制器13上以控制紅外燈3，當容器2內的原料溶液11溫度低時，紅外燈3開啟，紅外光由加熱窗12輔射入容器2內直接對原料溶液11加熱。鉑電極4和環形水銀面電極5經引線連接在直流電源上，攪拌器6穿過密封蓋10插入容器2中的原料溶液11內，為保證密封蓋10的密封性，又能使攪拌器6自由轉動，採用水封密合裝置9進行密封。
圖2是水封閉合裝置9的剖示圖，橡皮塞92緊套在攪拌器6的軸上，同時橡皮塞92塞緊在一圓筒狀玻璃筒93上，使圓筒93、橡皮塞92隨攪拌器6一起轉動，在密封蓋10上固定有中間為圓筒而周圍帶有環形槽的玻璃水封套94，水封套94的環形槽內注入水91，使得固定在攪拌器6上的玻璃筒93浸入水封套94的環形槽內的水91中，並套在水封套94的中間圓筒上，從而達到水封閉合且能使攪拌器自由轉動之目的。
圖3是由鉑絲繞制的螺旋形正電極。圖4是環形水銀面電極的正面剖示圖，其中玻璃或塑料52將銅線51封閉在其內，圍成一個環形槽53，引線51的端點由環形槽53底部伸進環形槽53內，在環形槽53內注入水銀，水銀即和銅引線51的端點相連接，從而形成水銀面電極。
圖5是環形水銀面電極的俯視圖。
本發明電化學提純方法簡單，提純效果明顯，經分光光度計對提純原料進行微量雜質分析表明，有害雜質Fe3+的濃度可由原來的10ppm下降到0.1ppm以下，用此種純化原料生長的晶體透過率大大提高，在0.355(三倍頻)處透過率由原始料晶體的60%提高至92%，且晶體沒有鍍增透膜，考慮到每個面4%的反射，實際晶體的體吸收係數已在10-3cm-1以下，這就大大提高了晶體的三倍頻效率，也增加了晶體的抗光損傷能力，滿足了核聚變對KDP型晶體質量的要求，本方法不浪費原料，且省時、省力、省電、故整個提純過程比較經濟。
本發明實施例如下1、用市售二級料配製KDP溶液，恆溫在30℃，30轉/分攪拌，電壓控制在4.5V，經一星期時間即可達使用要求。
2、富集雜質的DKDP溶液在恆溫50℃下，70轉/分攪拌，加電壓3.8V，經三天即可達使用要求。
3、用市售二級料配製ADP溶液，恆溫在70℃下，攪拌速度4.5轉/分，加直流電壓4.0V，經五天可達使用要求。
本發明電化學提純方法可用於其他晶體的水溶性原料如KTP、LiNbO3、LiTaO3、KNbO3等原料的提純。
權利要求
1.一種KDP型晶體生長原料的電化學提純方法，將需要提純的KDP型晶體生長原料磷酸二氫鉀等配成水溶液，其特徵在於該溶液需保持恆溫密封，在用攪拌器攪拌情況下，加鉑正電極和水銀負電極並通以直流電即可使原料中的有害金屬離子移向負極，並在負極上分離出來，經1至10天處理後，可達到提純目的。
2.根據權利要求1所述的提純方法，其特徵在於所述的恆溫範圍為25℃-70℃。
3.根據權利要求1所述的提純方法，其特徵在於所述的攪拌器攪拌速度為30-70轉/分。
4.根據權利要求1所述的提純方法，其特徵在於所述的直流電壓範圍為3.5-5.0V。
5.一種用於權利要求1所述的提純方法的設備，其特徵是該設備由玻璃容器組成，容器外面有保溫層、保溫層側面有加熱窗、容器上有密封蓋密封，容液中插入鉑絲電極、環形水銀面電極、導電錶和溫度計，分別被固定在密封蓋上，導電錶上的兩引線接在電晶體雙位控制器上以控制紅外燈對容器內的溶液加熱，鉑絲電極和環形水銀面電極外接直流電源，攪拌器穿過密封蓋經水封閉合裝置密封后插入容器中的待提純水溶液中。
6.根據權利要求5所述的提純設備，其特徵在於所述的鉑絲電極繞製成螺旋形。
7.根據權利要求5所述的提純設備，其特徵在於所述的環形水銀面電極是由有機玻璃或玻璃所圍成的環形槽及封閉在其中的銅引線組成，引線端點由環形槽底伸入環形槽內，槽內注入水銀。
8.根據權利5所述的提純設備，其特徵在於所述的水封閉合裝置固定在攪拌器轉軸上的部分是由緊套在其上的橡皮塞及由橡皮塞塞緊的玻璃圓筒所組成。
9.根據權利要求5所述的提純設備，其特徵在於所述的水封閉合裝置固定在密封蓋上的部分是由中間為圓筒而周圍帶環形槽的玻璃水封套組成，環形槽內是水。
10.根據權利要求5所述的提純設備，其特徵在於所述的水封閉合裝置要求固定在攪拌器上的玻璃圓筒套在水封套中間圓筒上並須浸入水封套環形槽內的水中。
全文摘要
本發明涉及一種KDP型晶體生長原料的電化學提純方法及設備，屬晶體生長原料的提純方法及設備領域，通過在需要提純的晶體溶液裡選擇合適的金屬材料作正負電極，並在電極上加一定的直流電壓，經恆溫密封攪拌後可分離出晶體生長原料中的有害金屬，從而達到純化原料的目的。該設備包括玻璃容器、保溫層、容器內加需提純的原料溶液，容器的密封蓋上固定有導電錶、正負電極、溫度計，並插入攪拌器，紅外燈對溶液加熱以保持恆溫。該提純方法經濟簡便實用，且提純效果好，不浪費原料，是較為理想的提純方法。
文檔編號C25B11/18GK1099433SQ9411061
公開日1995年3月1日 申請日期1994年5月31日 優先權日1994年5月31日
發明者劉嘉民 申請人:山東大學