一種鋁熱法一次真空還原蒸餾生產工藝及金屬鍶的製作方法
2023-06-14 08:01:36 3
專利名稱：一種鋁熱法一次真空還原蒸餾生產工藝及金屬鍶的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種鋁熱還原和蒸餾提純製取工業高純金屬鍶的方法及其由此方法獲得的金屬鍶，尤其涉及一種金屬鍶的鋁熱法一次真空還原蒸餾生產工藝及金屬鍶。
背景技術：
目前，金屬鍶的工業製取方法有熔鹽電解法和真空鋁粉熱還原法兩種。鈣、鍶、鋇同稱鹼土金屬，位列周期表中II-A族元素，化學性質相近，在其含礦類型中常為伴生物，當提取其一元素時常會伴隨帶出其他兩元素形成雜質相，降低提取物的純度。作為提取金屬鍶的原料SrCO3，一般均含有Ca、Ba的碳酸鹽雜質，鋁熱還原法工業化生產金屬鍶常採用普通工業用SrCO3粉作原料，其價格低廉，但Ca、Ba雜質含量亦較高，當生產純度Sr＞99.6％的工業高純金屬鍶時必需採取二次蒸餾提純才能達到。雖然採用高純碳酸鍶作原料可以用一次真空還原蒸餾製取工業高純鍶，但原料價格要高近四倍，生產的產品價格不能為市場接受。熔鹽電解法製取採用SrCl2作原料，由於SrCl2的分解電壓比KCl稍高，而鍶在其自身氯化物熔鹽中溶解度又顯著高於金屬鈣，因此，只宜採用接觸陰極法和液態合金陰極法電解SrCl2製取鍶及其合金，前者可獲得含鍶近81％的鍶棒，再經在氬氣保護下重熔鑄錠，可得純度達97％-98％的鍶錠，後者只能獲得一定濃度的含鍶合金(基體金屬應具較小蒸汽壓和較低熔點的鍶合金)，需再用真空蒸餾法分離提純金屬鍶。我國廣泛採用鋁粉熱還原法工業化生產金屬鍶，它是以工業用SrCO3(純度96％-97％)粉作原料，於1100℃以上高溫煅燒分解製得SrO，粉碎後與鋁粉按2∶1(mol)的比例混合、壓團，在真空條件下，於850-1000℃以上高溫，SrO被液態鋁還原成鍶，並形成鍶蒸汽，進入水冷凝結器中凝固結晶成鍶塊，反應產物Sr(AlO)2(固態)殘留在團塊中成渣團棄除，所得金屬鍶純度達99％，如需獲得純度99.6％的金屬鍶，必需採用第二次蒸餾提純才能達到。
發明內容
本發明提出一種高效率低成本的金屬鍶的鋁熱法一次真空還原蒸餾生產工藝及金屬鍶。
本發明採用如下技術方案
一種用於工業化生產工業高純金屬鍶的鋁熱法一次真空還原蒸餾生產工藝第一步採用工業用碳酸鍶粉作原料，於1100～1400℃高溫煅燒分解，製得SrO粉；第二步將SrO粉∶Al粉按(1.5～2.0)∶1的摩爾比混勻，壓製成團塊；第三步將團塊掛入真空罐置於還原爐中，在(1～20)×10-1mm H2O真空度和1000～1450℃的高溫條件下，使SrO被鋁還原為鍶並蒸餾提純金屬鍶。
由上述方法製得的金屬鍶，其純度為Sr≥99.7％；雜質Ca≤0.05％，Ba≤0.10％，Fe≤0.01％，其他雜質總和≤0.05％。
與現有技術相比，本發明具有如下優點本發明基於以下原理本發明是根據反應體系的熱力學性質，結合Sr、Ca、Ba蒸汽壓隨溫度變化的差異，選擇確定反應蒸餾溫度和真空條件。在還原反應的真空工藝條件下，從熱力學上來看，其難易程度依次為Ca、Sr、Ba。因此在生產過程中，通過控制真空度和反應溫度使SrO的還原反應順利進行，而對CaO的還原反應有所抑制。另一方面，Sr、Ca、Ba的熔點分別為777、842和727℃左右，常壓沸點分別為1382、1487和1897℃左右。在相當寬的溫度範圍內，其蒸汽壓大小依次為Sr、Ca、Ba。如在1600K時，根據計算，Ba的蒸汽壓5.04kPa，Ca的蒸汽壓35.48kPa，Sr的蒸汽壓86.70KPa，由於Ba和Al易形成合金，其蒸汽壓還應有所下降。因此就蒸餾過程而言，Sr和Ba相對容易分離。採用真空狀態，不僅有利於氧化物的還原過程，也降低了金屬的沸點，有利於蒸餾。在本發明中，可以通過優化真空度和反應蒸餾溫度等生產工藝參數，選擇最佳匹配，使Sr優先蒸餾分離，抑制Ca、Ba雜質的含量，提高Sr的純度。實踐證明，完全能達到本發明提出的成分指標。本發明採用鋁熱法一次真空還原蒸餾提純生產工業高純金屬鍶，比起採用二次蒸餾提純的生產方法具有以下優點(1)只需一次還原和蒸餾提純，縮短了生產周期，提高了生產效率；(2)省去了二次蒸餾的能源消耗、人工工時和工裝設備損耗，大大降低了生產成本；(3)可以節省二次蒸餾提純的設備投資。實驗證明採用本發明製得的金屬絲的純度≥99.7％，並由質檢站通過電感耦合等離子體全譜直讀光譜儀(IRIS INTREPID)檢測，獲得如下結果Ba0.09，Ca0.048，Fe0.006，Mg0.012，Na0.01，P0.0006，Sr99.8。
具體實施例方式
實施例1 一種用於工業化生產工業高純金屬鍶的鋁熱法一次真空還原蒸餾生產工藝
第一步採用工業用碳酸鍶粉作原料，於1100～1400℃高溫煅燒分解，製得SrO粉，本實施例所採用工業用碳酸鍶粉為GB/T10660工業用碳酸鍶粉，煅燒溫度可選為1350℃，1100℃，1400℃，1250℃或1186℃；第二步將SrO粉∶Al粉按(1.5～2.0)∶1的摩爾比混勻，壓製成團塊，本實施例中，將混勻的SrO和Al粉末裝入成型壓模，用壓力機將其壓製成可懸掛的形狀，例如可將SrO和Al粉末壓製成磅秤砝碼形狀，上述SrO和Al粉末之比可選擇1.5∶1，2.0∶1，1.65∶1，1.8∶1或1.95∶1；第三步將團塊掛入真空罐置於還原爐中，在(1～20)×10-1mm H2O真空度和1000～1450℃的高溫條件下，使SrO被鋁還原為鍶並蒸餾提純金屬鍶，SrO在被鋁還原時首先形成鍶蒸汽，進入冷凝器凝固結晶，長大成鍶塊，本實施例可選擇在20×10-1mm H2O真空度和1000℃，1×10-1mm H2O真空度和1450℃，15×10-1mm H2O真空度和1130，8×10-1mm H2O真空度和1250℃，12×10-1mm H2O真空度和1200℃，或者，3×10-1mm H2O真空度和1420℃的條件下進行；本實施例還可在還原蒸餾提純完成後，打開真空罐冷凝器，取出鍶塊，裝入桶內充氬氣密封保存。
實施例2 由實施例1所述方法製得的金屬鍶，其純度為Sr≥99.7％；雜質Ca≤0.05％，Ba≤0.10％，Fe≤0.01％，其他雜質總和≤0.05％。
權利要求
1.一種用於工業化生產工業高純金屬鍶的鋁熱法一次真空還原蒸餾生產工藝，其特徵在於第一步採用工業用碳酸鍶粉作原料，於1100～1400℃高溫煅燒分解，製得SrO粉；第二步將SrO粉Al粉按(1.5～2.0)∶1的摩爾比混勻，壓製成團塊；第三步將團塊掛入真空罐置於還原爐中，在(1～20)×10-1mmH2O真空度和1000～1450℃的高溫條件下，使SrO被鋁還原為鍶並蒸餾提純金屬鍶。
2.根據權利要求1所述的鋁熱法一次真空還原蒸餾生產工藝，其特徵在於在還原蒸餾提純完成後，打開真空罐冷凝器，取出鍶塊，裝入桶內充氬氣密封保存。
3.一種由權利要求1製得的金屬鍶，其特徵在於其純度為Sr≥99.7％；雜質Ca≤0.05％，Ba≤0.10％，Fe≤0.01％，其他雜質總和≤0.05％。
全文摘要
一種鋁熱法一次真空還原蒸餾生產工藝及金屬鍶，用於工業化生產工業高純金屬鍶的鋁熱法一次真空還原蒸餾生產工藝，採用工業用碳酸鍶粉作原料，高溫煅燒分解，製得SrO粉，再將SrO粉∶Al粉按一定的摩爾比混勻，壓製成團塊，將團塊掛入真空罐置於還原爐中，在一定真空度和高溫條件下，使SrO被鋁還原為鍶並蒸餾提純金屬鍶，製得的金屬鍶其純度為Sr≥99.7％；雜質Ca≤0.05％，Ba≤0.10％，Fe≤0.01％，其他雜質總和≤0.05％。本發明只需一次還原和蒸餾提純，縮短了生產周期，提高了生產效率，省去了二次蒸餾的能源消耗、人工工時和工裝設備損耗，設備投資，降低了生產成本。
文檔編號C22B26/20GK1594616SQ20041004140
公開日2005年3月16日 申請日期2004年7月16日 優先權日2004年7月16日
發明者談榮生, 於金, 李凡, 蔣建清, 何義民 申請人:東南大學