本发明属于化合物的制备领域，特别涉及一种硝酸亚铁的制备方法。
背景技术：
在核燃料后处理工艺流程研究中，钚的化学行为研究尤其受到人们的重视，钚的价态控制效果直接决定了其在后处理工艺流程中的走向及收率，因此研究钚的化学价态控制具有重要意义。然而，由于钚具有放射性，材料难以获得，因此研究人员在研究涉及到钚的工艺及设备时，需要找一个钚的模拟材料。
已有研究显示，fe(ii)-fe(iii)与pu(iii)-pu(iv)的化学电位比较近似，因此在涉及钚的研究中，常常先采用铁来模拟钚，待模拟试验研究充分后再进行含钚试验的验证。后处理工艺流程的研究体系基本为硝酸体系，因此铁作为钚的模拟材料进行实验时，需要以硝酸亚铁或硝酸铁的形式引入，以避免向体系中引入其它杂质离子。硝酸自身具有一定的氧化性，且硝酸浓度越高，氧化性越强，亚铁在硝酸体系中不稳定，易被氧化为三价。
目前，公开报道的硝酸亚铁的制备方法主要有4种，包括：1.以银还原溶液中的硝酸铁反应制得硝酸亚铁。此方法会引入了银离子，对后续工艺研究产生不良影响。2.在低温条件下，用密度低于1.05g/cm3的稀硝酸溶解铁屑，经冷却结晶，离心分离制得硝酸亚铁。此方法过程较为复杂，且结晶在使用过程中也需要溶解于硝酸体系中，亚铁离子在溶解过程中易被氧化为三价。3.由硫酸亚铁与硝酸钡进行复分解反应制得硝酸亚铁。此方法也易向体系中引入杂质离子钡和硫酸根。4.用过量的铁与稀硝酸反应制得硝酸亚铁。此方法的反应过程难以控制，制得的硝酸亚铁浓度较低。
技术实现要素：
为解决现有硝酸亚铁制备中存在的会引入杂质离子，反应过程难以控制，制得的硝酸亚铁浓度较低，使用过程中易被氧化等问题，本发明提供了一种硝酸亚铁的制备方法。该方法包括以下步骤：
步骤一，配制含肼硝酸溶液，所述含肼硝酸溶液中肼的浓度为0.1mol/l-0.6mol/l，硝酸的浓度为0.1mol/l-6mol/l；
步骤二，向所述含肼硝酸溶液中缓慢加入铁粉进行反应，边加边搅拌使铁粉悬浮在反应液中，同时控制反应液的温度在10℃-40℃范围内。
步骤三，测量反应液的ph值，当反应体系的ph值升至1-3时，停止加入铁粉，制得硝酸亚铁溶液。
根据一个实施例，在所述步骤三之后，还可以对制得的硝酸亚铁溶液进行过滤。
根据一个实施例，在所述步骤三之后，还可以向制得的硝酸亚铁溶液中加入硝酸肼溶液，并控制ph值为1-3。
根据一个实施例，在所述步骤二中，所述反应液的温度通过调节铁粉加入的速度来控制。
根据一个实施例，在所述步骤二中，所述反应液的温度通过冷却的方式来控制。
进一步地，在所述步骤二中，所述反应液的温度通过冰浴的方式来控制。
本发明建立了一种新的硝酸亚铁制备方法，制得的硝酸亚铁溶液中仅含有硝酸亚铁及少量的硝酸和肼，未引入除肼之外的任何杂质。由于后处理工艺流程的三价钚料液中常含有肼，在此情况下，采用本发明制得的硝酸亚铁溶液进行后处理工艺流程研究将不会引入任何杂质。
综上所述，本发明的硝酸亚铁制备方法制得的硝酸亚铁溶液不含杂质离子，反应过程易于控制，制得的硝酸亚铁溶液浓度高(超过2mol/l)，使用时无需溶解步骤而避免了氧化问题，为后处理工艺流程研究提供了良好的三价钚模拟物。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。
本发明的硝酸亚铁制备方法包括以下步骤：
步骤一，配制含肼硝酸溶液，所述含肼硝酸溶液中肼的浓度为0.1mol/l-0.6mol/l，硝酸的浓度为0.1mol/l-6mol/l。
步骤二，向所述含肼硝酸溶液中缓慢加入铁粉进行反应，边加边搅拌使铁粉悬浮在反应液中，同时控制反应液的温度在10℃-40℃范围内。
上述铁粉的加入方式有利于反应的快速进行，易于控制反应过程，确保反应终点的准确及可控。
反应过程中，硝酸将铁氧化至二价铁，同时生成亚硝酸，由于亚硝酸能够将二价铁进一步氧化至三价铁，导致无法获得硝酸亚铁。为此，本发明采用了含肼硝酸溶液，由于肼能够快速与反应生成的亚硝酸发生氧化还原反应，消除了亚硝酸的影响，确保了硝酸亚铁溶液的成功制备。
步骤三，测量反应液的ph值，当反应体系的ph值升至1-3时，停止加入铁粉，制得硝酸亚铁溶液。
在此ph值范围内，制得的硝酸亚铁溶液较为稳定，若ph值过高则会生成铁的氢氧化物沉淀，形成胶体，若ph值过低则未反应完全。
根据一个示例，在所述步骤三之后，还可以对制得的硝酸亚铁溶液进行过滤。此过滤可以滤除残余铁粉杂质，获得草绿色的硝酸亚铁溶液。
根据一个示例，在所述步骤三之后，还可以向制得的硝酸亚铁溶液中加入硝酸肼溶液，并控制ph值为1-3。硝酸肼溶液的加入能够提供稳定的还原环境，防止制得的硝酸亚铁溶液ph值发生漂移，生成铁的氢氧化物沉淀，形成胶体，有利于硝酸亚铁溶液的稳定储存。
根据一个示例，在所述步骤二中，所述反应液的温度通过调节铁粉加入的速度来控制。
根据一个示例，在所述步骤二中，所述反应液的温度通过冷却的方式来控制。
进一步地，在所述步骤二中，所述反应液的温度通过冰浴的方式来控制。
实施例1
本发明的硝酸亚铁制备方法，采用体积为1000ml的反应容器，包括以下步骤：
步骤一，配制500ml含肼硝酸溶液，所述含肼硝酸溶液中肼的浓度为0.3mol/l，硝酸的浓度为2.0mol/l。
步骤二，向所述含肼硝酸溶液中缓慢加入铁粉进行反应，边加边搅拌使铁粉悬浮在反应液中，同时通过冷却控制反应液的温度在10℃-25℃范围内。
步骤三，测量反应液的ph值，当反应体系的ph值升至3时，停止加入铁粉，制得硝酸亚铁溶液，此时共加入铁粉26g，历时约1h。
步骤四，对制得的硝酸亚铁溶液进行过滤，滤除残余铁粉杂质，获得草绿色的硝酸亚铁溶液。
步骤五，向制得的硝酸亚铁溶液中加入10ml硝酸肼溶液，并控制ph值为3，冷藏保存。
制备试验表明，整个制备过程比较平稳，易于操作。采用邻菲啰啉显色法对制得的硝酸亚铁溶液进行分析，分析结果表明，溶液中硝酸亚铁的浓度为45g/l。
实施例2
本发明的硝酸亚铁制备方法，采用体积为35l的反应容器，包括以下步骤：
步骤一，配制12l含肼硝酸溶液，所述含肼硝酸溶液中肼的浓度为0.52mol/l，硝酸的浓度为6.0mol/l。
步骤二，向所述含肼硝酸溶液中缓慢加入铁粉进行反应，边加边搅拌使铁粉悬浮在反应液中，同时通过冷却控制反应液的温度在15℃-40℃范围内。
步骤三，测量反应液的ph值，当反应体系的ph值升至2时，停止加入铁粉，制得硝酸亚铁溶液，此时共加入铁粉3220g，历时约4h。
步骤四，对制得的硝酸亚铁溶液进行过滤，滤除残余铁粉杂质，获得草绿色的硝酸亚铁溶液。
步骤五，向制得的硝酸亚铁溶液中加入20ml硝酸肼溶液，并控制ph值为2，冷藏保存。
制备试验表明，整个制备过程比较平稳，易于操作。采用邻菲啰啉显色法对制得的硝酸亚铁溶液进行分析，分析结果表明，溶液中硝酸亚铁的浓度为130g/l。
实施例3
本发明的硝酸亚铁制备方法，采用体积为1000ml的反应容器，包括以下步骤：
步骤一，配制500ml含肼硝酸溶液，所述含肼硝酸溶液中肼的浓度为0.1mol/l，硝酸的浓度为0.2mol/l。
步骤二，向所述含肼硝酸溶液中缓慢加入铁粉进行反应，边加边搅拌使铁粉悬浮在反应液中，同时通过冷却控制反应液的温度在10℃-15℃范围内。
步骤三，测量反应液的ph值，当反应体系的ph值升至3时，停止加入铁粉，制得硝酸亚铁溶液，此时共加入铁粉2.5g，历时约1h。
步骤四，对制得的硝酸亚铁溶液进行过滤，滤除残余铁粉杂质，获得草绿色的硝酸亚铁溶液。
步骤五，向制得的硝酸亚铁溶液中加入2ml硝酸肼溶液，并控制ph值为3，冷藏保存。
制备试验表明，整个制备过程比较平稳，易于操作。采用邻菲啰啉显色法对制得的硝酸亚铁溶液进行分析，分析结果表明，溶液中硝酸亚铁的浓度为4.7g/l。
虽然根据本发明总体构思的一些实施例已被显示和说明，然而，本领域普通技术人员应理解，在不背离本发明的总体构思的原则和精神的情况下，可以对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。