專利名稱：用于核廢料回收的納米偏鋁酸鋰粉體的制備技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于核廢料回收的納米偏鋁酸鋰粉體的制備技術(shù)，屬于無機粉體制備領(lǐng)域。
固體增殖劑是為了解決傳統(tǒng)的增殖劑如熔融金屬鋰、鋰的熔鹽以及鋰合金的安全性問題而發(fā)展起來的一類產(chǎn)氚材料，與傳統(tǒng)增殖劑相比，它們不僅具有安全性方面的優(yōu)勢，還具有化學(xué)及熱穩(wěn)定性好，與結(jié)構(gòu)材料的相容性高，氚的提取方便，成本低等優(yōu)點，因而受到了很大程度的重視。已經(jīng)研究或經(jīng)過實際堆上考驗的固體增殖劑包括γ-LiAlO2(偏鋰酸鋁)、LiSiO4、LiTi2O3、LiZr2O3等鋰陶瓷，其中γ-LiAlOc2是最具有實用前景的陶瓷增殖劑之一，已經(jīng)在實際提氚的工程中取得了非常令人滿意的結(jié)果。有關(guān)對γ-LiAlO2的研究無論在深度或廣度上也均較其他鋰陶瓷更為突出。在各種γ-LiAlO2的制備方法中，以固相反應(yīng)法最為普遍，除此之外，在各種化學(xué)制備法方面也進行了不少工作，但較多集中于溶膠凝膠法。與固相反應(yīng)法相比，化學(xué)法制備的鋰陶瓷其化學(xué)均勻性更高，性能更為穩(wěn)定和優(yōu)越。在未來的反應(yīng)堆應(yīng)用中，氚提取后產(chǎn)生的核廢料處理將是一個令人棘手的難題，因為γ-LiAlO2在氚提取后產(chǎn)生的主要是可溶度和反應(yīng)活性不高的氧化鋁成份，很難用作溶膠凝膠法等化學(xué)法的原料。
本發(fā)明的目的是提供一種新的可用于核廢料回收的納米偏鋁酸鋰粉體的制備技術(shù)，它是基于水熱合成法和燃燒合成法的γ-LiAlO2高活性納米粉體制備技術(shù)。具體地說，這種技術(shù)可以將非水溶性鋁化合物通過水熱處理后獲得可溶性鋁源，可以處理和回收再利用γ-LiAlO2的核廢料。
所涉及的γ-LiAlO2陶瓷制備技術(shù)使用的原材料可以是實驗室試劑、可以是工業(yè)純的各種形態(tài)的氧化鋁，如α、γ等相，也可以是氫氧化鋁的凝膠或是各種結(jié)晶相粉體，或是經(jīng)過中子輻照后的γ-LiAlO2陶瓷的廢料。制備過程中首先將上述鋁源的各種原材料的粉體與一定酸堿度的LiOH和NaOH水溶液混合配制成一定固含量的泥漿，鋁化合物與LiOH所對應(yīng)的Al/Li摩爾比為1-3∶1，鋁化合物與NaOH所相應(yīng)的Al/Na摩爾比為0.5-2∶1，用加入1M HNO3溶液使泥漿體系的pH＝9-11，并經(jīng)2-5小時攪拌，將泥漿裝入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱反應(yīng)釜中，在150-250℃溫度范圍內(nèi)，經(jīng)1-24小時的水熱反應(yīng)后過濾，制得前驅(qū)粉體。前驅(qū)粉體主要是鋰和鋁混合的雙氫氧化物，也稱陰離子粘土LiAl2(OH)7.2H2O粉體(參見

圖1)，也可能含有一定量的偏鋁酸鋰。將前驅(qū)粉體溶于3M硝酸溶液，以氨水調(diào)節(jié)其PH值，以甘氨酸、尿素等燃料進行絡(luò)合反應(yīng)后在230-270℃通過燃燒反應(yīng)均可直接獲得納米級的高活性γ-LiAlO2陶瓷粉體。加入甘氨酸和尿素的摩爾比為1∶3-5。
與現(xiàn)有的各種γ-LiAlO2粉體制備方法相比，本發(fā)明的特點在于(1)可處理多種非水溶性鋁的化合物，可用于回收和再利用核輻照化合物。
(2)所獲得的產(chǎn)物純度高，尤其對鈉元素具有很好的分離作用，因此這種技術(shù)尤其適用于氚靶件的制備。
(3)合成周期短，因為水熱反應(yīng)和燃燒反應(yīng)均為較快速的反應(yīng)。
下面通過附圖和實施例進一步闡述本發(fā)明實質(zhì)性特點的顯著的進步。
圖1是非水溶性鋁化合物通過水熱反應(yīng)處理后生成鋰鋁雙氫氧化物的X射線衍射圖。圖中所示峰值均為鋰鋁混合的雙氫氧化物的特征峰。
作為本發(fā)明的實施例1是，將Al(OH)3凝膠加入LiOH和NaOH的水溶液中形成泥漿，泥漿中Al2O3與Li2O和Na2O的摩爾比為1∶0.83∶0.90，加入1M HNO3，使泥漿體系的PH＝10，經(jīng)3小時均勻攪拌后，將泥漿以85％填充度裝入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱反應(yīng)釜中，在150℃的水熱條件下反應(yīng)8小時后，將反應(yīng)所得的白色沉淀物進行過濾，以去離子水和無水乙醇多次洗滌后，80℃時烘至干燥。x-射線衍射物相鑒定表明，所得化合物為純的鋰鋁雙氫氧化物(見附圖)，成份分析表明無可測鈉元素存在。將鋰鋁雙氫氧化物、LiOH(mol比為1∶1)溶入3M硝酸溶液中，待溶解完全后，以氨水將溶液的PH調(diào)節(jié)至接近中性(PH＝7)，將0.56mol甘氨酸和2.5mol尿素加入上述體系中，在80℃時加熱至體系呈粘稠裝黃色液體后升溫至250℃使體系發(fā)生燃燒反應(yīng)，待充分燃燒后，即可獲得純相的γ-LiAlO2高活性粉體。粉體的顆粒度為60-100nm。
實施例2是，將實驗室γ-Al2O3試劑粉加入LiOH和NaOH的水溶液中形成泥漿，泥漿中Al2O3與Li2O和Na2O的摩爾比為1∶0.6∶1，PH＝12，經(jīng)5小時均勻攪拌后，將泥漿以85％填充度裝入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱反應(yīng)釜中，在200℃的水熱條件下反應(yīng)6小時后，將反應(yīng)所得的白色沉淀物進行過濾，以去離子水和無水乙醇多次洗滌后，80℃時烘至干燥。x-射線衍射物相鑒定表明，所得化合物為純的鋰鋁雙氫氧化物，成份分析表明無可測鈉元素存在。將鋰鋁雙氫氧化物、LiOH(mol比為1∶1)溶入3M硝酸溶液中，待溶解完全后，以氨水將溶液的PH調(diào)節(jié)至接近中性(PH＝7)，將0.58mol甘氨酸和2.5mol尿素加入上述體系中，在230℃使體系發(fā)生燃燒反應(yīng)，待充分燃燒后，即可獲得純相的γ-LiAlO2納米粉體。粉體的顆粒度為50-80nm。
實施例3是，將工業(yè)純α-Al2O3粉加入LiOH和NaOH的水溶液中形成泥漿，泥漿中Al2O3與Li2O和Na2O的摩爾比為1∶0.6∶1，PH＝12，在250℃的水熱條件下反應(yīng)24小時后，將反應(yīng)所得的白色沉淀物進行過濾，以去離子水和無水乙醇多次洗滌后，80℃時烘至干燥。x-射線衍射物相鑒定表明，所得化合物為純的鋰鋁雙氫氧化物，其中無可測鈉元素存在。其余同實施例1。粉體的顆粒度為60-100。
實施例4是，經(jīng)過中子輻照的γ-LiAlO2陶瓷廢料經(jīng)粉碎后，經(jīng)600℃加熱10小時后，加入LiOH和NaOH的水溶液中形成泥漿，泥漿中Al2O3與Li2O和Na2O的摩爾比為1∶0.35∶1.5，PH＝10，經(jīng)5小時均勻攪拌后，將泥漿以85％填充度裝入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱反應(yīng)釜中，在200℃的水熱條件下反應(yīng)20小時后，其余同實施例1。粉體的顆粒度為50-80nm。
權(quán)利要求
1.一種可用于回收核廢料的γ-LiAlO2納米粉體的制備技術(shù)，其特征在于(1)將非水溶性鋁化合物與LiOH和NaOH水溶液混合配制成一定固含量的泥漿，加入1M HNO3溶液使泥漿體系的pH＝9-11，經(jīng)2-5小時攪拌均勻，裝入帶有聚四氟乙烯襯里的水熱反應(yīng)釜中，在150-250℃范圍內(nèi)1-24小時保溫進行水熱反應(yīng)合成；(2)泥漿進行過濾并以水和乙醇進行清洗，所得粉體在80-90℃烘干；(3)將1∶1比例的上述鋰鋁雙氫氧化物干燥粉體和LiOH溶入3MHNO3溶液中，完全溶解后，調(diào)節(jié)溶液的pH＝7，并加入摩爾比為1∶3—5的甘氨酸和尿素，攪拌均勻并充分加熱，進行絡(luò)合反應(yīng)，然后在230-270℃時使反應(yīng)體系完全燃燒，直接獲得所需要的粉體。
2.按權(quán)利要求1所述的粉體制備技術(shù)，其特征在于所述的非水溶性鋁化合物是氧化鋁、氫氧化鋁、鋁酸鋰及經(jīng)過中子輻照的γ-LiAlO2廢料的任一種。
3.按權(quán)利要求1和2所述的粉體制備技術(shù)，其特征在于水熱反應(yīng)泥漿中鋁化合物與LiOH所相應(yīng)的Al/Li摩爾比為1-3∶1，鋁化合物與NaOH所相應(yīng)的Al/Na摩爾比為0.5-2∶1。
4.按權(quán)利要求1所述的粉體制備技術(shù)，其特征在于使用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值。
5.按權(quán)利要求1或2所述的粉體制備技術(shù)，其特征在于所使用的鋁化合物為實驗室試劑或工業(yè)純。
6.按權(quán)利要求1所述的γ-LiAlO2陶瓷粉體制備技術(shù)，其特征在于，所制備的納米偏鋁酸鋰陶瓷粉體中不含有鈉元素。
全文摘要
本發(fā)明涉及納米γ－LiAlO
文檔編號C01F7/04GK1326898SQ0111297
公開日2001年12月19日 申請日期2001年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月24日
發(fā)明者溫兆銀, 吳梅梅, 樊增釗, 徐孝和, 顧中華, 林祖纕 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所