專利名稱：磷酸二氫鉀型晶體生長原料的電化學(xué)提純方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種KDP型晶體生長原料的電化學(xué)提純方法及設(shè)備，屬晶體生長原料的提純方法及設(shè)備領(lǐng)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晶體是激光核聚變的關(guān)鍵材料之一，在激光核聚變中應(yīng)用的KDP要求有高的透過率和高的損傷閾值，這些指標(biāo)要求晶體要高度純潔，這就需要高度純潔的原料。目前國產(chǎn)的磷酸二氫鉀僅有分析純料，其中有害雜質(zhì)的含量在10ppm左右，這種原料生長的晶體是不能應(yīng)用的。要提純這些原料令其雜質(zhì)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(jié)晶的方法，利用雜質(zhì)在晶體中和溶液中分凝系數(shù)的差別達(dá)到純化的目的，但是KDP原料的有害雜質(zhì)Fe3+、Cr3+、Al3+等在晶體中的分凝系數(shù)隨不同晶面而有很大差別，在重結(jié)晶的條件下，分凝系數(shù)大于1，越重結(jié)晶雜質(zhì)反而越富集，因此一般的重結(jié)晶方法是不能應(yīng)用的。近來研究的用EDTA絡(luò)合后重結(jié)晶的方法(人工晶體14卷3-4期116頁)雖然可以達(dá)到一定的效果，但缺點是在提純的同時又加入了絡(luò)合劑，這種有機(jī)物對光透過和抗光傷有嚴(yán)重影響;其次是重結(jié)晶時母液中殘留的原料及沖洗時帶走的原料使重結(jié)晶產(chǎn)物僅占原料的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(yōu)質(zhì)原料就成了一個關(guān)鍵問題。目前從國外進(jìn)口的磷酸二氫鉀價格比國內(nèi)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(fā)明目的在于提供一種經(jīng)濟(jì)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(xué)提純方法和設(shè)備。
本發(fā)明電化學(xué)提純方法是根據(jù)極譜學(xué)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(fù)電極，加上適當(dāng)?shù)碾妷?，便可使溶液中的正離子移到負(fù)極，在負(fù)極上還原為金屬原子，而部分負(fù)離子會到正極處失去電子而成為非金屬元素。本發(fā)明方法是以如下的方式來實現(xiàn)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，將溶液保持恒溫密封，并用攪拌器攪拌，溶液中插入兩電極，其中正電極由鉑制成，負(fù)電極由水解制成，由于水銀成液態(tài)，負(fù)極須制做成環(huán)形水槽，再注入水解以形成環(huán)形面電極;將兩電極接在直流電源上，電壓范圍為3.5-5.0V之間，恒溫控制范圍在25℃-70℃，攪拌速度范圍為30-70轉(zhuǎn)/分，經(jīng)1-10天的處理后，晶體生長原料水溶液即可達(dá)到提純目的。用于本發(fā)明提純方法的設(shè)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(cè)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(dǎo)電表，鉑絲電極和環(huán)形水銀面電極，鉑絲電極繞制成螺旋形，環(huán)形水銀面電極則是由玻璃或有機(jī)玻璃制成環(huán)形槽狀，其中銅引線封在其中，銅引線端點在環(huán)形槽內(nèi)引出，槽內(nèi)注入水銀后即形成環(huán)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采用水封閉合。鉑絲電極引線接直流電源正極，環(huán)形水銀面電極經(jīng)引線和直流電源負(fù)極相連接，導(dǎo)電表作為感溫元件連接在晶體管雙位控制器上控制紅外燈用以調(diào)節(jié)玻璃容器內(nèi)溶液的溫度。
下面結(jié)合附圖對提純設(shè)備進(jìn)行描述。


圖1是該提純設(shè)備的剖示圖，玻璃容器2外面有保溫層1，保溫層1的側(cè)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(huán)形水銀面電極5，導(dǎo)電表7和溫度計8，導(dǎo)電表7的兩引線接在晶體管雙位控制器13上以控制紅外燈3，當(dāng)容器2內(nèi)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(nèi)直接對原料溶液11加熱。鉑電極4和環(huán)形水銀面電極5經(jīng)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(nèi)，為保證密封蓋10的密封性，又能使攪拌器6自由轉(zhuǎn)動，采用水封密合裝置9進(jìn)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(zhuǎn)動，在密封蓋10上固定有中間為圓筒而周圍帶有環(huán)形槽的玻璃水封套94，水封套94的環(huán)形槽內(nèi)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(huán)形槽內(nèi)的水91中，并套在水封套94的中間圓筒上，從而達(dá)到水封閉合且能使攪拌器自由轉(zhuǎn)動之目的。
圖3是由鉑絲繞制的螺旋形正電極。圖4是環(huán)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(nèi)，圍成一個環(huán)形槽53，引線51的端點由環(huán)形槽53底部伸進(jìn)環(huán)形槽53內(nèi)，在環(huán)形槽53內(nèi)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(huán)形水銀面電極的俯視圖。
本發(fā)明電化學(xué)提純方法簡單，提純效果明顯，經(jīng)分光光度計對提純原料進(jìn)行微量雜質(zhì)分析表明，有害雜質(zhì)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，實際晶體的體吸收系數(shù)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(zhì)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(jīng)濟(jì)。
本發(fā)明實施例如下1、用市售二級料配制KDP溶液，恒溫在30℃，30轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?，電壓控制?.5V，經(jīng)一星期時間即可達(dá)使用要求。
2、富集雜質(zhì)的DKDP溶液在恒溫50℃下，70轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢瑁与妷?.8V，經(jīng)三天即可達(dá)使用要求。
3、用市售二級料配制ADP溶液，恒溫在70℃下，攪拌速度4.5轉(zhuǎn)/分，加直流電壓4.0V，經(jīng)五天可達(dá)使用要求。
本發(fā)明電化學(xué)提純方法可用于其他晶體的水溶性原料如KTP、LiNbO3、LiTaO3、KNbO3等原料的提純。
權(quán)利要求
1.一種KDP型晶體生長原料的電化學(xué)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，其特征在于該溶液需保持恒溫密封，在用攪拌器攪拌情況下，加鉑正電極和水銀負(fù)電極并通以直流電即可使原料中的有害金屬離子移向負(fù)極，并在負(fù)極上分離出來，經(jīng)1至10天處理后，可達(dá)到提純目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提純方法，其特征在于所述的恒溫范圍為25℃-70℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提純方法，其特征在于所述的攪拌器攪拌速度為30-70轉(zhuǎn)/分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提純方法，其特征在于所述的直流電壓范圍為3.5-5.0V。
5.一種用于權(quán)利要求1所述的提純方法的設(shè)備，其特征是該設(shè)備由玻璃容器組成，容器外面有保溫層、保溫層側(cè)面有加熱窗、容器上有密封蓋密封，容液中插入鉑絲電極、環(huán)形水銀面電極、導(dǎo)電表和溫度計，分別被固定在密封蓋上，導(dǎo)電表上的兩引線接在晶體管雙位控制器上以控制紅外燈對容器內(nèi)的溶液加熱，鉑絲電極和環(huán)形水銀面電極外接直流電源，攪拌器穿過密封蓋經(jīng)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(jù)權(quán)利要求5所述的提純設(shè)備，其特征在于所述的鉑絲電極繞制成螺旋形。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的提純設(shè)備，其特征在于所述的環(huán)形水銀面電極是由有機(jī)玻璃或玻璃所圍成的環(huán)形槽及封閉在其中的銅引線組成，引線端點由環(huán)形槽底伸入環(huán)形槽內(nèi)，槽內(nèi)注入水銀。
8.根據(jù)權(quán)利5所述的提純設(shè)備，其特征在于所述的水封閉合裝置固定在攪拌器轉(zhuǎn)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(jù)權(quán)利要求5所述的提純設(shè)備，其特征在于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(huán)形槽的玻璃水封套組成，環(huán)形槽內(nèi)是水。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的提純設(shè)備，其特征在于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并須浸入水封套環(huán)形槽內(nèi)的水中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種KDP型晶體生長原料的電化學(xué)提純方法及設(shè)備，屬晶體生長原料的提純方法及設(shè)備領(lǐng)域，通過在需要提純的晶體溶液里選擇合適的金屬材料作正負(fù)電極，并在電極上加一定的直流電壓，經(jīng)恒溫密封攪拌后可分離出晶體生長原料中的有害金屬，從而達(dá)到純化原料的目的。該設(shè)備包括玻璃容器、保溫層、容器內(nèi)加需提純的原料溶液，容器的密封蓋上固定有導(dǎo)電表、正負(fù)電極、溫度計，并插入攪拌器，紅外燈對溶液加熱以保持恒溫。該提純方法經(jīng)濟(jì)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(yōu)先權(quán)日1994年5月31日
發(fā)明者劉嘉民 申請人:山東大學(xué)