硫酸铯的用途及制备

背景及概述^[1]

铯盐在当今工业生产中被广泛应用于医药、催化剂领域；闪烁晶体光电子产业以及高能物理行业，硫酸铯化学式Cs₂SO₄。分子量361.87。无色正交或六方系晶体。熔点1010℃，相对密度4.243。600℃时由正交晶系转变成六方晶系。溶于水，不溶于乙醇和丙酮。硫酸铯为无色斜方或白色针状晶体，作为制取各种铯盐的基础原料。主要用于分析试剂、微量分析铅、三价铬；特种玻璃；陶瓷；催化剂的助剂。硫酸铯在作为分析试剂和某些催化剂领域已应用多年。现有工艺一般采用碳酸铯与硫酸中和制取硫酸铯，但该工艺在使用中存在如下不足之处：1、原料使用碳酸铯，成本高；2、在中和制备过程中由于产物碳酸是二元弱酸，中和液为酸性，需加入氢氧化铯回调pH值，增大了成本，且碳酸易分解，逸出二氧化碳时，反应剧烈易造成安全事故。

用途^[2-4]

硫酸铯用于酿造，制矿泉水，与钒或五氧化二钒一起可作为氧化二氧化硫的催化剂。

1）生产氢氧化铯。氢氧化铯是制备各种铯盐及金属铯的基础材料，由于其独特的性能，在生物工程、催化剂行业、蓄电池等行业的应用在日益增加。制备包括以下生产流程：步骤一、硫酸铯转化液的净化：在常温下，将铯矾转化生成的硫酸铯溶液加入至搅拌槽中，开启搅拌，然后加入硫酸，调pH，将氢氧化铝沉淀除去，然后将除完铝的溶液泵入另一搅拌槽中，将溶液配成碱性除镁，加入除钙剂除钙，得到硫酸铯净液待用；步骤二、铯从硫酸盐体系中萃取分离：将步骤一中净化好的硫酸铯溶液加入至萃取槽中，然后加入萃取剂，控制好物料的流量及物料的pH值，进行连续生产；步骤三、萃取有机负载的反萃：将步骤二生成的有机负载用酸进行反萃，使铯从有机负载中进入到溶液，达到与杂质的分离；步骤四、铯反萃液的转型：将铯反萃液泵入苛化反应釜中，转型为氢氧化铯溶液；步骤五、转型液的除杂：将步骤四转型产生的固体杂质从溶液中分离出来；步骤六、氢氧化铯的浓缩：将步骤五生产的氢氧化铯溶液进行浓缩；步骤七、氢氧化铯的结晶分离：将步骤六中浓缩好的氢氧化铯冷却结晶，并分离得到氢氧化铯湿产品；步骤八、氢氧化铯产品的烘干：将步骤七制得的氢氧化铯湿产品经烘干得到氢氧化铯干产品。

2）制备一种用于燃料电池的中温电解质膜。该方法通过硫酸铯与硫酸制取硫酸氢铯晶体，并研磨为粉末，然后通过热压成膜制得硫酸氢铯薄膜，然后将金属或金属合金通过蒸发镀膜在硫酸氢铯薄膜表面形成一层合金层，即可制得中温电解质膜。与传统方法相比，本发明的制备的硫酸氢铯膜在中温条件下的质子的迁移速率，导电率高，稳定性好，工作温区高，循环使用寿命长，安全性佳，并且制备过程简单易控，可推广应用。

3）制备一种冷阴极荧光灯电极内涂膜，将硫酸铯暗黑药水通过高压吹风经过滴管和针头进入到冷阴极荧光灯电极杯中，控制暗黑药水在电极杯中的液面高度为电极杯高度的2/34/5，当暗黑药水达到设定液位时，吸走多余暗黑药水，在250℃下对电极杯进行烘干涂敷处理，完成电极内涂膜。本发明的提供的冷阴极荧光灯电极内涂膜方法，在整个工艺流程中硫酸铯溶均是处于封闭环境中，防止H2O挥发对暗黑药水浓度影响，且保证药水纯净度，能够充分将硫酸铯溶剂涂敷在电极杯内部表面，确保电极发射材料逸出功低；吸取电极杯内多余药水，减少了暗黑药水消耗，提高电极熔封品质；采用高压吹风可精确控制在滴管内的暗黑药水流量，保障暗黑药水供料的精确、稳定。

制备^[5]

一种高纯硫酸铯的制备方法，其主要反应原理为：

其步骤如下：

1、酸浸铯榴石：将铯榴石放入35wt%硫酸中酸浸，液固质量比为3︰1，反应温度130℃，反应时间4h，然后保持90℃以上过滤，得酸浸液；

2、将酸浸液自然冷却至室温沉矾，离心分离，分离母液中和处理后排放，分离的铯矾晶体加入纯水进行两次重结晶，每次重结晶的液固质量比为8︰1，每次加纯水溶解后，加热蒸发浓缩至温度为110-130℃、体积为原体积的三分之一后自然冷却至室温结晶，重结晶母液返回步骤1；

3、将两次重结晶后的精制铯矾加2-3倍质量的纯水溶解，温度控制在95℃-110℃，得铯矾溶液，然后加入铯矾溶液中铝元素物质的量的3-5倍的石灰（CaO），石灰以8wt%-15wt%（以CaO计量）的石灰浆形式边搅拌边缓慢加入，加完后继续搅拌反应1h，过滤，滤渣用纯水淋洗两遍，每次用与滤渣等质量的纯水，淋洗液合并至滤液，得转化液；

4、所得转化液采用浓度为30wt%-50wt%的H₂SO₄调节pH值至7.0～8.0，搅拌下反应10分钟后，复测溶液pH值至7.0～8.0，然后过滤除去不溶性杂质氢氧化铝，得到滤净液；

5、测滤净液中钙元素的物质的量，向滤净液中加入钙元素物质的量的5～20倍的草酸（所述草酸是以30wt%-40wt%的溶液形式加入，草酸用热水溶解），搅拌下反应30分钟后过滤除去不溶性杂质，得到硫酸铯净液；

6、将得到的硫酸铯净液加热蒸发浓缩至温度130-150℃、且有大量晶体析出为止，然后自然冷却至20℃～30℃后离心分离得硫酸铯晶体，分离出的母液返回到步骤4循环使用；

7、将步骤6分离的硫酸铯晶体在110～140℃下烘干4～8h，得产品。

主要参考资料

[1] 化合物词典

[2] CN201710310555.X一种生产氢氧化铯的新方法

[3] CN201810044009.0一种用于燃料电池的中温电解质膜及制备方法

[4] CN201010300285.2冷阴极荧光灯电极内涂膜方法

[5] CN201410077115.0一种高纯硫酸铯的制备方法