專利名稱：一種鎘濃縮同位素的陰離子交換純化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎘濃縮同位素的陰離子交換純化方法。
背景技術(shù)：
鎘是一種吸收中子的優(yōu)良金屬，制成鎘棒可在原子反應(yīng)爐內(nèi)減緩核子連鎖反應(yīng)速率，而且在鋅-鎘電池中頗為有用。通常情況下，經(jīng)濃縮得到的鎘濃縮同位素氧化物中含有Na、Mg、Al、Ca、Fe、Ni、Co、Cu、Ti、V、Pb、Zn、Sn等多種雜質(zhì)，需要進(jìn)一步純化。離子交換法是去除水溶液中的離子態(tài)雜質(zhì)最普遍的方法，其中的陰離子交換法借助于固體離子交換劑中的陰離子與稀溶液中的陰離子進(jìn)行交換，從而達(dá)到提取或去除溶液中某些離子的目的。因為鎘在一定濃度的鹽酸介質(zhì)下以鎘氯絡(luò)陰離子形態(tài)存在，經(jīng)強堿性陰離子交換樹脂能有效地將鎘氯絡(luò)陰離子交換于樹脂上，從而實現(xiàn)鎘與其他雜質(zhì)元素的有效分離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鎘濃縮同位素的陰離子交換純化方法，通過該方法除去雜質(zhì)元素，進(jìn)而制得純度達(dá)4N5(99. 995% )的Cd同位素的氧化物產(chǎn)品。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種鎘濃縮同位素的陰離子交換純化方法，該方法包括以下步驟(I)將離子交換柱與ICP-MS在線聯(lián)機，將含鎘氧化物經(jīng)鹽酸完全溶解，用上柱用鹽酸溶液稀釋后裝入離子交換柱，然后用上柱用的鹽酸溶液進(jìn)行洗脫，經(jīng)檢測至Na、K、Mg、Al、Ca、Fe、Ni、Co、Zn、Cu等的陽離子雜質(zhì)完全流出后，改用O. 06mol/L鹽酸洗脫30min，然后用O. 03mol/L鹽酸洗脫至Pb、Zn完全流出，大部分的Sn流出，再用純水洗脫，待發(fā)現(xiàn)洗脫液中Cd的濃度為20ng/mL后停止ICP-MS在線監(jiān)測，并改用濃度為I 5% (v/v)的硝酸洗脫，收集含Cd的洗脫液，至Cd的檢測濃度< O. 2 μ g/mL,停止洗脫液的收集；(2)將收集的Cd洗脫液低溫加熱亞沸濃縮，同時用高純氮氣流吹氣加快水蒸氣的蒸發(fā)，至濃縮近干得到鎘鹽結(jié)晶物，冷卻后加入少量純水溶解該鎘鹽結(jié)晶物，然后向得到的溶液中緩慢加入碳酸氫銨溶液至pH = 7 8 ;靜置后用雙層定量濾紙過濾，并用純水洗滌沉淀至濾液中不含氯離子，然后將沉淀連同漏斗置于烘箱中，80°C下烘干后將沉淀轉(zhuǎn)移至鉬金坩堝中，蓋上鉬金坩堝蓋后置于馬弗爐中500°C下灼燒lh，冷卻得到氧化鎘產(chǎn)品。本發(fā)明的離子交換柱中使用的樹脂為201X4強堿型陰離子交換樹脂，粒徑為0.3 0.8_。本發(fā)明在步驟(I)中溶解鎘氧化物所使用的鹽酸為鹽酸(1+2)。所述上柱用的鹽酸溶液的濃度優(yōu)選為O. 24mol/L、0. 36mol/L、0. 42mol/L或O. 60mol/L，用上柱用的鹽酸溶液淋洗離子交換柱可以將Na、K、Mg、Al、Ca、Fe、Ni、Co和Cu等完全分離除去。改用O. 06mol/L和O. 03mol/L的鹽酸溶液對離子交換柱進(jìn)行梯度淋洗可以將Pb、Zn與Cd之間完全相互分離，并將大部分的Sn分離除去。選擇濃度為I 5% (v/v)的硝酸溶液可以將離子交換柱中98%以上的Cd洗脫下來。含Cd洗脫液經(jīng)濃縮后得到鎘鹽結(jié)晶物，該鎘鹽結(jié)晶物需要用少量的水進(jìn)行溶解得到鎘鹽溶液。而鎘鹽溶液的體積過小，雜質(zhì)濃度則較高，隨Cd的沉淀而發(fā)生雜質(zhì)共沉淀影響Cd的純度；體積過大，則會導(dǎo)致Cd沉淀的溶解損失而影響產(chǎn)品回收率。因此，對于提純I克CdO而言，鎘鹽結(jié)晶物溶解后稀釋至約IOOmL為宜。本發(fā)明選用碳酸氫銨作為鎘離子的沉淀劑，調(diào)節(jié)合適的pH將鎘轉(zhuǎn)化為碳酸鎘沉淀，然后對獲得的碳酸鎘沉淀進(jìn)行熱分解來制備氧化鎘產(chǎn)品。經(jīng)試驗表明碳酸氫銨為最佳沉淀劑，當(dāng)溶液的pH達(dá)到7 8時，鎘的沉淀效率可以達(dá)到99. 97%以上，能將鎘完全沉淀。本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明實現(xiàn)了 Cd基體的純化，并對純化后的Cd基體溶液采用適宜的沉淀劑沉淀，并通過熱分解法制得純度達(dá)4N5的Cd同位素的氧化物產(chǎn)品。本發(fā)明方法簡單、實用，純化后的鎘氧化物純度高。



圖I為本發(fā)明實施例I中各元素的質(zhì)量色譜圖。
具體實施例方式實施例I選擇四種雜質(zhì)元素Zn、Ti、V、Sn進(jìn)行與Cd基體分離的初步試驗。選用濃度為O. 36mol/L的鹽酸溶液配制IOmL溶液，該溶液中Cd的濃度為7. 4mg/mL，雜質(zhì)元素Zn、Ti、V、Sn的濃度均為10 μ g/mL。將該溶液以I. 2mL/min的流速泵入經(jīng)處理待用的試驗用離子交換小柱，依次采用O. 36mol/L,0. 06mol/L,0. 03mol/L的鹽酸溶液及純水進(jìn)行梯度洗脫，在整個過程中離子交換柱均與ICP-MS儀聯(lián)機進(jìn)行在線監(jiān)測。首先測定待分離雜質(zhì)元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液，然后切換轉(zhuǎn)換閥測定離子交換柱流出液，實時監(jiān)測待分離的雜質(zhì)元素及Cd基體。Ti48、V51、Zn66、Cd112、Sn118的質(zhì)量色譜圖如圖I所示。從圖I中可以看出，先用O. 36mol/L的鹽酸洗脫，進(jìn)樣約7min后監(jiān)測到Ti、V的質(zhì)譜信號，而未監(jiān)測到Cd、Zn、Sn的信號，此后Ti、V的質(zhì)譜峰強度逐漸增強然后減弱，至約23min后，Ti、V的質(zhì)譜信號強度減小至空白噪聲水平，說明Ti、V雜質(zhì)已分離除去。23min后改用O. 06mol/L的鹽酸繼續(xù)洗脫,至約31min處監(jiān)測到Zn、Sn的質(zhì)譜信號,約50min處改用O. 03mol/L的鹽酸洗脫，直至約63min，觀察發(fā)現(xiàn)此過程中Zn、Sn的信號強度由弱到強，然后逐漸減弱至接近空白噪聲水平，而Sn的拖尾比Zn更長。此過程中一直未監(jiān)測到Cd信號，說明Cd很好地被樹脂交換而未被洗脫。約63min后改用純水洗脫，至約69min處觀察到Cd的信號峰，此后Cd信號強度逐漸增強，說明Cd已被水洗脫下來，并且Cd中其它雜質(zhì)元素在此之前已很好地被洗脫除去。監(jiān)測5000s后繼續(xù)監(jiān)測Zn66、Cd112、Sn118，觀察到Zn66已降至空白水平，說明已完全去除；而Sn118仍有較高強度，拖尾部分進(jìn)入Cd112溶液中，說明少量的Sn118未能與Cd112完全分離。實施例2112CdO的提純，提純步驟為I)樣品的溶解將約Ig純度為3N0的112Cd濃縮同位素氧化物樣品置于潔凈燒杯中，加入略多于根據(jù)氧化鎘與鹽酸的化學(xué)反應(yīng)方程式計算的鹽酸(1+2)，低溫加熱令其緩慢溶解。之后用與上柱酸度相同的鹽酸溶液稀釋至IOOmL左右待用。2)上柱將經(jīng)與上柱酸度相同鹽酸溶液平衡，且流出洗脫液中雜質(zhì)經(jīng)檢查合格的制備用離子交換柱與ICP-MS在線聯(lián)機正常后，用蠕動泵以5mL/min的流速將上述溶液泵入交換柱中，用IOmL上柱用的鹽酸洗滌燒杯，該洗滌液也泵入交換柱中，再重復(fù)洗滌操作2次。3)雜質(zhì)的洗脫被分離樣品上柱后，先用上柱用的鹽酸洗脫液進(jìn)行洗脫，至常見陽離子雜質(zhì)完全流出后改用O. 06mol/L的鹽酸洗脫，然后用O. 03mol/L的鹽酸洗脫，再用純水洗脫，待發(fā)現(xiàn)Cd開始出峰并達(dá)到一定強度后停止ICP-MS在線監(jiān)測。·
4) Cd基體洗脫液的收集Cd112出峰并達(dá)到一定強度后換用I 5% (v/v)的HNO3進(jìn)行Cd的洗脫，流出液完全切換至收集Cd的燒杯中，開始Cd的收集。在收集Cd的過程中，收集500mL后開始對洗脫流出液中的Cd濃度進(jìn)行檢測，以判斷Cd是否洗脫完全，而后每收集200mL即進(jìn)行一次Cd的檢測，直至Cd的檢測濃度< O. 2 μ g/mL，則可停止洗脫液的收集。同時也對所有收集在一起的Cd洗脫液取樣進(jìn)行Cd的檢測，測算洗脫液中Cd的總量，以確認(rèn)98%以上的Cd已洗脫至收集的洗脫液中。5) Cd洗脫液的濃縮、Cd的沉淀及CdO的制備將收集的Cd洗脫液低溫加熱亞沸濃縮，同時用高純氮氣流吹氣加快水蒸氣的蒸發(fā)，至濃縮近干使鎘鹽結(jié)晶，以盡可能趕盡硝酸。待燒杯冷卻后加入少量純水溶解結(jié)晶并轉(zhuǎn)移至小燒杯中，用純水多次洗滌濃縮燒杯內(nèi)壁，洗液也轉(zhuǎn)至小燒杯中，最終的待沉淀液體積在IOOmL左右即可緩慢加入碳酸氫銨溶液進(jìn)行Cd的沉淀，加入碳酸氫銨沉淀劑溶液的量可根據(jù)相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式計算，實際沉淀時加入的量要多一些，以PH試紙監(jiān)測至pH = 8時則停止加入沉淀劑。沉淀靜置后用雙層定量濾紙過濾，用純水洗滌沉淀至濾液無氯離子為止(用硝酸銀檢測)。然后將沉淀連同漏斗置于烘箱中，80°C下烘干后將沉淀轉(zhuǎn)移至鉬金坩堝中，蓋上鉬金坩堝蓋后置于馬弗爐中500°C下灼燒lh，CdO經(jīng)冷卻后轉(zhuǎn)移至適宜的包裝瓶內(nèi)。6)產(chǎn)品純度及回收率用ICP-MS法對提純后的產(chǎn)品進(jìn)行了分析，并與提純前原材料中雜質(zhì)含量進(jìn)行對t匕。提純后的產(chǎn)品一共進(jìn)行了 62個雜質(zhì)元素分析，此處列出其中的15個雜質(zhì)，相關(guān)數(shù)據(jù)如表I所不，未列出的雜質(zhì)兀素含量< I P g/g。112CdO產(chǎn)品回收率為95. 55%。表I 112CdO提純前后分析結(jié)果對比(單位μ g/g)
權(quán)利要求
1.一種鎘濃縮同位素的陰離子交換純化方法，其特征在于該方法包括以下步驟 (1)將離子交換柱與ICP-MS在線聯(lián)機，將含鎘氧化物經(jīng)鹽酸完全溶解，用上柱用鹽酸溶液稀釋后裝入離子交換柱，然后用上柱用的鹽酸溶液進(jìn)行洗脫，經(jīng)檢測至Na、K、Mg、Al、Ca、Fe、Ni、Co、Zn、Cu等的陽離子雜質(zhì)完全流出后，改用O. 06mol/L鹽酸洗脫30min，然后用O. 03mol/L鹽酸洗脫至Pb、Zn完全流出，大部分的Sn流出，再用純水洗脫，待發(fā)現(xiàn)洗脫液中Cd的濃度為20ng/mL后停止ICP-MS在線監(jiān)測，并改用濃度為I 5% (v/v)的硝酸洗脫，收集含Cd的洗脫液，至Cd的檢測濃度< O. 2 μ g/mL,停止洗脫液的收集； (2)將收集的Cd洗脫液低溫加熱亞沸濃縮，同時用高純氮氣流吹氣加快水蒸氣的蒸發(fā)，至濃縮近干得到鎘鹽結(jié)晶物，冷卻后加入少量純水溶解該鎘鹽結(jié)晶物，然后向得到的溶液中緩慢加入碳酸氫銨溶液至PH = 7 8 ;靜置后用雙層定量濾紙過濾，并用純水洗滌沉淀至濾液中不含氯離子，然后將沉淀連同漏斗置于烘箱中，80°C下烘干后將沉淀轉(zhuǎn)移至鉬金坩堝中，蓋上鉬金坩堝蓋后置于馬弗爐中500°C下灼燒lh，冷卻得到氧化鎘產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鎘濃縮同位素的陰離子交換純化方法，其特征在于所述步·驟(I)中溶解鎘氧化物所使用的鹽酸為鹽酸(1+2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鎘濃縮同位素的陰離子交換純化方法，其特征在于所述離子交換柱中使用的樹脂為201X4強堿型陰離子交換樹脂，粒徑為O. 3 O. 8mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鎘濃縮同位素的陰離子交換純化方法，其特征在于在步驟(I)中所述上柱用的鹽酸溶液的濃度為O. 24mol/L、0. 36mol/L、0. 42mol/L或O. 60mol/L。
全文摘要
一種鎘濃縮同位素的陰離子交換純化方法，該方法包括1)將含鎘濃縮同位素氧化物經(jīng)鹽酸完全溶解，再用0.24～0.60mol/L的鹽酸稀釋后裝入離子交換柱，采用梯度淋洗至雜質(zhì)元素完全流出后，再用純水洗脫，至Cd出峰達(dá)到一定強度后改用濃度為1～5％(v/v)的硝酸洗脫，收集含Cd的洗脫液；2)將收集的Cd洗脫液低溫加熱亞沸濃縮至近干得到鎘鹽結(jié)晶物，冷卻后加入純水溶解該鎘鹽結(jié)晶物，向溶液中加入碳酸氫銨至pH＝7～8；靜置后用雙層定量濾紙過濾，并用純水洗滌，然后將沉淀置于烘箱中，80℃下烘干后將沉淀轉(zhuǎn)移至鉑金坩堝中，蓋上鉑金坩堝蓋后置于馬弗爐中500℃下灼燒1h，冷卻得到氧化鎘產(chǎn)品。該方法簡單、實用，純化后的鎘氧化物純度高。
文檔編號B01D59/50GK102895877SQ201110216590
公開日2013年1月30日 申請日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月29日
發(fā)明者潘元海, 王長華, 墨淑敏, 李繼東, 韓維儒, 鄭永章 申請人:北京有色金屬研究總院