专利名称：一种铝热法一次真空还原蒸馏生产工艺及金属锶的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铝热还原和蒸馏提纯制取工业高纯金属锶的方法及其由此方法获得的金属锶，尤其涉及一种金属锶的铝热法一次真空还原蒸馏生产工艺及金属锶。
背景技术：
目前，金属锶的工业制取方法有熔盐电解法和真空铝粉热还原法两种。钙、锶、钡同称碱土金属，位列周期表中II-A族元素，化学性质相近，在其含矿类型中常为伴生物，当提取其一元素时常会伴随带出其他两元素形成杂质相，降低提取物的纯度。作为提取金属锶的原料SrCO3，一般均含有Ca、Ba的碳酸盐杂质，铝热还原法工业化生产金属锶常采用普通工业用SrCO3粉作原料，其价格低廉，但Ca、Ba杂质含量亦较高，当生产纯度Sr＞99.6％的工业高纯金属锶时必需采取二次蒸馏提纯才能达到。虽然采用高纯碳酸锶作原料可以用一次真空还原蒸馏制取工业高纯锶，但原料价格要高近四倍，生产的产品价格不能为市场接受。熔盐电解法制取采用SrCl2作原料，由于SrCl2的分解电压比KCl稍高，而锶在其自身氯化物熔盐中溶解度又显著高于金属钙，因此，只宜采用接触阴极法和液态合金阴极法电解SrCl2制取锶及其合金，前者可获得含锶近81％的锶棒，再经在氩气保护下重熔铸锭，可得纯度达97％-98％的锶锭，后者只能获得一定浓度的含锶合金(基体金属应具较小蒸汽压和较低熔点的锶合金)，需再用真空蒸馏法分离提纯金属锶。我国广泛采用铝粉热还原法工业化生产金属锶，它是以工业用SrCO3(纯度96％-97％)粉作原料，于1100℃以上高温煅烧分解制得SrO，粉碎后与铝粉按2∶1(mol)的比例混合、压团，在真空条件下，于850-1000℃以上高温，SrO被液态铝还原成锶，并形成锶蒸汽，进入水冷凝结器中凝固结晶成锶块，反应产物Sr(AlO)2(固态)残留在团块中成渣团弃除，所得金属锶纯度达99％，如需获得纯度99.6％的金属锶，必需采用第二次蒸馏提纯才能达到。
发明内容
本发明提出一种高效率低成本的金属锶的铝热法一次真空还原蒸馏生产工艺及金属锶。
本发明采用如下技术方案
一种用于工业化生产工业高纯金属锶的铝热法一次真空还原蒸馏生产工艺第一步采用工业用碳酸锶粉作原料，于1100～1400℃高温煅烧分解，制得SrO粉；第二步将SrO粉∶Al粉按(1.5～2.0)∶1的摩尔比混匀，压制成团块；第三步将团块挂入真空罐置于还原炉中，在(1～20)×10-1mm H2O真空度和1000～1450℃的高温条件下，使SrO被铝还原为锶并蒸馏提纯金属锶。
由上述方法制得的金属锶，其纯度为Sr≥99.7％；杂质Ca≤0.05％，Ba≤0.10％，Fe≤0.01％，其他杂质总和≤0.05％。
与现有技术相比，本发明具有如下优点本发明基于以下原理本发明是根据反应体系的热力学性质，结合Sr、Ca、Ba蒸汽压随温度变化的差异，选择确定反应蒸馏温度和真空条件。在还原反应的真空工艺条件下，从热力学上来看，其难易程度依次为Ca、Sr、Ba。因此在生产过程中，通过控制真空度和反应温度使SrO的还原反应顺利进行，而对CaO的还原反应有所抑制。另一方面，Sr、Ca、Ba的熔点分别为777、842和727℃左右，常压沸点分别为1382、1487和1897℃左右。在相当宽的温度范围内，其蒸汽压大小依次为Sr、Ca、Ba。如在1600K时，根据计算，Ba的蒸汽压5.04kPa，Ca的蒸汽压35.48kPa，Sr的蒸汽压86.70KPa，由于Ba和Al易形成合金，其蒸汽压还应有所下降。因此就蒸馏过程而言，Sr和Ba相对容易分离。采用真空状态，不仅有利于氧化物的还原过程，也降低了金属的沸点，有利于蒸馏。在本发明中，可以通过优化真空度和反应蒸馏温度等生产工艺参数，选择最佳匹配，使Sr优先蒸馏分离，抑制Ca、Ba杂质的含量，提高Sr的纯度。实践证明，完全能达到本发明提出的成分指标。本发明采用铝热法一次真空还原蒸馏提纯生产工业高纯金属锶，比起采用二次蒸馏提纯的生产方法具有以下优点(1)只需一次还原和蒸馏提纯，缩短了生产周期，提高了生产效率；(2)省去了二次蒸馏的能源消耗、人工工时和工装设备损耗，大大降低了生产成本；(3)可以节省二次蒸馏提纯的设备投资。实验证明采用本发明制得的金属丝的纯度≥99.7％，并由质检站通过电感耦合等离子体全谱直读光谱仪(IRIS INTREPID)检测，获得如下结果Ba0.09，Ca0.048，Fe0.006，Mg0.012，Na0.01，P0.0006，Sr99.8。
具体实施例方式
实施例1 一种用于工业化生产工业高纯金属锶的铝热法一次真空还原蒸馏生产工艺
第一步采用工业用碳酸锶粉作原料，于1100～1400℃高温煅烧分解，制得SrO粉，本实施例所采用工业用碳酸锶粉为GB/T10660工业用碳酸锶粉，煅烧温度可选为1350℃，1100℃，1400℃，1250℃或1186℃；第二步将SrO粉∶Al粉按(1.5～2.0)∶1的摩尔比混匀，压制成团块，本实施例中，将混匀的SrO和Al粉末装入成型压模，用压力机将其压制成可悬挂的形状，例如可将SrO和Al粉末压制成磅秤砝码形状，上述SrO和Al粉末之比可选择1.5∶1，2.0∶1，1.65∶1，1.8∶1或1.95∶1；第三步将团块挂入真空罐置于还原炉中，在(1～20)×10-1mm H2O真空度和1000～1450℃的高温条件下，使SrO被铝还原为锶并蒸馏提纯金属锶，SrO在被铝还原时首先形成锶蒸汽，进入冷凝器凝固结晶，长大成锶块，本实施例可选择在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℃的条件下进行；本实施例还可在还原蒸馏提纯完成后，打开真空罐冷凝器，取出锶块，装入桶内充氩气密封保存。
实施例2 由实施例1所述方法制得的金属锶，其纯度为Sr≥99.7％；杂质Ca≤0.05％，Ba≤0.10％，Fe≤0.01％，其他杂质总和≤0.05％。
权利要求
1.一种用于工业化生产工业高纯金属锶的铝热法一次真空还原蒸馏生产工艺，其特征在于第一步采用工业用碳酸锶粉作原料，于1100～1400℃高温煅烧分解，制得SrO粉；第二步将SrO粉Al粉按(1.5～2.0)∶1的摩尔比混匀，压制成团块；第三步将团块挂入真空罐置于还原炉中，在(1～20)×10-1mmH2O真空度和1000～1450℃的高温条件下，使SrO被铝还原为锶并蒸馏提纯金属锶。
2.根据权利要求1所述的铝热法一次真空还原蒸馏生产工艺，其特征在于在还原蒸馏提纯完成后，打开真空罐冷凝器，取出锶块，装入桶内充氩气密封保存。
3.一种由权利要求1制得的金属锶，其特征在于其纯度为Sr≥99.7％；杂质Ca≤0.05％，Ba≤0.10％，Fe≤0.01％，其他杂质总和≤0.05％。
全文摘要
一种铝热法一次真空还原蒸馏生产工艺及金属锶，用于工业化生产工业高纯金属锶的铝热法一次真空还原蒸馏生产工艺，采用工业用碳酸锶粉作原料，高温煅烧分解，制得SrO粉，再将SrO粉∶Al粉按一定的摩尔比混匀，压制成团块，将团块挂入真空罐置于还原炉中，在一定真空度和高温条件下，使SrO被铝还原为锶并蒸馏提纯金属锶，制得的金属锶其纯度为Sr≥99.7％；杂质Ca≤0.05％，Ba≤0.10％，Fe≤0.01％，其他杂质总和≤0.05％。本发明只需一次还原和蒸馏提纯，缩短了生产周期，提高了生产效率，省去了二次蒸馏的能源消耗、人工工时和工装设备损耗，设备投资，降低了生产成本。
文档编号C22B26/20GK1594616SQ20041004140
公开日2005年3月16日 申请日期2004年7月16日 优先权日2004年7月16日
发明者谈荣生, 于金, 李凡, 蒋建清, 何义民 申请人:东南大学