本发明属于有色金属制备技术领域，具体涉及一种制备高纯度金属铷铯的方法。
背景技术：
铷（rb）、铯（cs），先后于1860年和1861年被发现。由于铷铯资源稀少，价格又昂贵，长期不被人所熟识，并限制了人们对其性质的研究，致使其在之后的半个多世纪里未获得工业应用。1920年人们才开始逐渐利用铷钩制作光电管，第一次世界大战前仅德国少量生产铷铯。第二次世界大战期间，铯被用于光敏材料，用量有所增加，但仍因经济性和稀缺性在应用方面受到限制。1957年美国成功研制出用混合碳酸碱液提取铷、铯工艺，才使铷铯产量得到历史性突破。60年代以来，铷铯及其化合物在电子工业、光学仪器、玻璃陶瓷、石油化工、医药、国防军工、核能等领域获得较多应用。
现如今，对于国内金属铷、铯的工业研制，主要采用电解法，电解法生产时间较长，对设备要求要求高，并且生产相同相同质量的铯铷金属，需要大量的生产原料，大大增加了生产成本，同时，目前提纯金属铷、铯的方法中回收率都较低，因此如何克服现有技术的不足，降低成本是目前有色金属制备技术领域亟需解决的问题。
根据目前金属热还原法制取铷、铯的理论认为金属钙能够与铷、铯盐类化合物进行反应，是由于金属钙的沸点为1484℃，远高于金属铯671℃的沸点，虽然铯铷的金属性是目前所发现金属物质中最强的，但是根据反应平衡原理，铯（铷）盐在高温下，变为气态后，金属钙就必须要与铯（铷）盐所带的根结合，并将铯还原，其理论与钠与氯化钾在高温下发生反应是相同的。
但是由于金属铯化学性质活泼，虽然被金属钙所置换，但是，依然很容易又再次发生结合，经过试验发现，根据目前国内采用热还原法制取金属铷、铯的理论方法基本上不可能从中铷、铯盐类得到大量高纯度的金属铯、铷，无法实现工业上的量产。所以，发明人认为仅仅完全利用单一金属作为还原剂来还原铷、铯盐类化合物，很难从中铷、铯盐类提起到金属铯、铷。因此，如何克服现有技术的不足是目前有色金属制备技术领域急需解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决现有技术不足，提供一种制备高纯度金属铷铯的方法，本发明制备方法简单，制得的产品纯度可达到99.99%以上，回收率超过95%，生产时间短，对生产设备要求低，具有良好的应用前景。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种制备高纯度金属铷铯的方法，将有色金属化合物、主还原剂和辅助还原剂混合均匀后，于惰性气体环境下，进行热还原反应，得到高纯度有色金属；
所述的有色金属为铯或铷；
所述的主还原剂为锂、钠、钙、镁、锆、铝、硅及它们的无机化合物中的一种或几种的组合；
所述的辅助还原剂应为沸点介于主还原剂及有色金属之间，为钾、钠、镁、锂、钠、钙、铝、硅及它们的无机化合物中的一种或几种的组合；且辅助还原剂内所含有金属类别与主还原剂内所含有的金属类别均不相同；
以每公斤有色金属化合物的所需的量来计算，主还原剂的用量为0.5-0.8公斤，辅助还原剂的用量为0.02-0.03公斤。
进一步，优选的是，所述的制备高纯度金属铷铯的方法，包括如下步骤：
步骤（1），混合物料的制备：将有色金属化合物与主还原剂混合均匀后，再向其中加入辅助还原剂，继续混合至均匀，得到混合物料；
步骤（2），一次加热：将步骤（1）所得到的混合物料置于加热炉中，抽真空至负压为-0.05~-0.06mpa，之后向加热炉中充入惰性气体至表压为0.4~0.5mpa后，以每分钟1.5~2℃的速度，加热至550℃~750℃，之后于550℃~750℃下使混合物料充分反应，形成初级有色金属蒸汽；
步骤（3），过滤包装：将初级有色金属蒸汽进行冷却，冷却至99-101℃，即得到高纯度有色金属。
进一步，优选的是，所述的制备高纯度金属铷铯的方法，包括如下步骤：
步骤（1），混合物料的制备：将有色金属化合物与主还原剂混合均匀后，再向其中加入辅助还原剂，继续混合至均匀，得到混合物料；
步骤（2），一次加热：将步骤（1）所得到的混合物料置于加热炉中，抽真空至负压为-0.05~-0.06mpa，之后向加热炉中充入惰性气体至表压为0.4~0.5mpa后，以每分钟1.5~2℃的速度，加热至550℃~750℃，之后于550℃~750℃下使混合物料充分反应，形成初级有色金属蒸汽；
步骤（3），二次加热：将步骤（2）得到的初级有色金属蒸汽冷却至液态后，再次置于加热炉中，抽真空至为负压为-0.05~-0.06mpa，之后向加热炉中充入惰性气体至表压为0.4~0.5mpa，之后加热至550℃~750℃，然后于550℃~750℃下加热1-2h，将得到的金属蒸汽通过管道进行冷却，冷却至液态，即为一次去杂金属；
步骤（4），三次加热：将一次去杂金属置于加热炉中，抽真空至负压为-0.05~-0.06mpa，之后向加热炉中充入惰性气体至表压为0.4~0.5mpa后，然后将一次去杂金属加热至500℃~700℃，之后在500℃~700℃下加热1~1.5h，得到二次去杂金属蒸汽；
步骤（5），过滤包装：将二次去杂金属蒸汽通过管道进行冷却，进行冷却，冷却至99-101℃，即得到高纯度有色金属。
进一步，优选的是，所述的主还原剂为钙；辅助还原剂为钾、镁或钠；所述的惰性气体为氮气、氦气、氖气、氩气、氪气或氙气。
进一步，优选的是，有色金属化合物为氯化铯、碳酸铯、氟化铯、硫酸铯、硝酸铯、氯化铯、碘化铯、溴化铯、甲酸铯、氢氧化铯、铬酸铯、碳酸氢铯、高氯酸铯、重铬酸铯、醋酸铯、氯化铷、氢氧化铷、氟化铷、硫酸铷、碳酸铷、硝酸铷、氯化铷、碘化铷、溴化铷、甲酸铷、铬酸铷、高氯酸铷或醋酸铷。
进一步，优选的是，在惰性气氛下，将色金属化合物、主还原剂和辅助还原剂混合。
进一步，优选的是，所述的惰性气体为氮气、氦气、氖气、氩气、氪气或氙气。
进一步，优选的是，所述的加热炉为箱式电阻炉；步骤（1）中的混合采用密闭混料机。
进一步，优选的是，二次加热步骤中的冷却温度为60-120℃。
进一步，优选的是，管道内壁形状为s形。通过s形，杂质留在管道中，收集液态的有色金属。
本发明二次加热的主要目的是去除残留的铝、铁、镁等杂质。
本发明三次加热的主要目的是去除杂质钾。
本发明得到的高纯度有色金属优选采用真空包装技术进行包装。
本发明方法初级有色金属蒸汽最初形成时间一般在反应开始后3-4h，整个反应过程一般需要14-18h。
本发明中“辅助还原剂内所含有金属类别与主还原剂内所含有的金属类别均不相同”，意思是如果主助还原剂内含有钠和/或钠的无机化合物，那么辅助还原剂不能含有钠，也不能含有钠的无机化合物。又比如说，主还原剂内含铝、硅及铝的无机化合物，那么辅助还原剂不能含有铝、硅，也不能含有铝的无机化合物、硅的无机化合物。
本发明所指无机化合物包括盐类化合物、氢氧化物、氧化物、碳化物、氮化物等无机化合物。
本发明的核心发明点在于辅助还原剂的添加，添加了辅助还原剂后，整个反应时间大大缩短，且对设备也没有太高的要求，工业成本大幅度降低，纯度大大提高。
本发明加入两种还原剂，且两种还原剂的沸点均应当高于铯、铷，且主还原剂的沸点应当高于辅助还原剂的沸点，辅助还原剂的沸点应接近铯、铷的沸点。
发明人的构思为：如果在反应中再加入另外一种沸点低于原金属热还原反应所采用的还原剂且又高于金属铯、铷的还原剂，就能够阻止金属铯、铷在被原金属热还原反应所采用的还原剂置换之后再次重新结合，经过发明人的实验发现，在加入原金属热还原反应所采用的主还原剂的同时，再加入辅助还原剂并，保证辅助还原剂温度的沸点高于金属铯、铷的沸点（金属铯的沸点671.4℃-680℃，金属铷的沸点688℃-690℃），根据上述理论，发明人成功的提取到了高纯度的金属铯、铷。举例：比如碳酸铯，本发明的辅助还原剂反应式举例如下：
2cs2co3+ca+2k=4cs+caco3+k2co3
本发明对初级有色金属蒸汽冷却收集时，将初级有色金属蒸汽通过导管导入不锈钢金属回收罐中收集，在蒸汽进入回收金属罐时，应控制反应速度，最佳反应速度为每分钟有50滴左右金属液体滴落；如反应速度过快，应降低加热温度10℃~50℃，如反应速度过慢，应增加温度10℃~50℃。同时，在初级有色金属蒸汽导入过程中保证不锈钢金属回收罐及导管温度控制在60℃~120℃。待本发明整个反应过程反应完毕后，先关闭不锈钢金属回收罐上的密封阀门以与导管相隔断，然后对不锈钢金属回收罐进行自然冷却，再对加热炉进行降温，待所有设备均降温至常温，即可将不锈钢金属回收罐与导管分离，即得到初级铯铷金属。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
本发明制备方法简单、可靠，通过一次加热能有效的去除产品中的杂质，制得的产品纯度可达到99.9%以上，通过三次加热纯度可达到99.99%以上，且回收率均超过95%，具有良好的应用前景。相比目前国内的电解法（用大量的天然盐水（卤水）进行电解），本发明工业量产铯铷金属时间短，时间缩短了至少25%，设备要求极低，大大降低了制作的成本，成本降低了至少50%，使铯铷金属在短时间内大量生产成为了现实。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。
实施例1
一种制备高纯度金属铷铯的方法，包括如下步骤：
步骤（1），混合物料的制备：将有色金属化合物与主还原剂混合均匀后，再向其中加入辅助还原剂，继续混合至均匀，得到混合物料；
所述的有色金属化合物为硝酸铷；
所述的主还原剂为镁；
所述的辅助还原剂为钠；
以每公斤有色金属化合物的所需的量来计算，主还原剂的用量为0.5公斤，辅助还原剂的用量为0.02公斤。
步骤（2），一次加热：将步骤（1）所得到的混合物料置于加热炉中，抽真空至负压为-0.05mpa，之后向加热炉中充入惰性气体至表压为0.4mpa后，以每分钟1.5~2℃的速度，加热至550℃~650℃，之后于550℃~650℃下使混合物料充分反应，形成初级有色金属蒸汽；
步骤（3），过滤包装：将初级有色金属蒸汽进行冷却，冷却至99-101℃，即得到高纯度有色金属，纯度为99.9077%。
实施例2
一种制备高纯度金属铷铯的方法，包括如下步骤：
步骤（1），混合物料的制备：在惰性气氛下，将有色金属化合物与主还原剂混合均匀后，再向其中加入辅助还原剂，继续混合至均匀，得到混合物料；
所述的有色金属化合物为碳酸氢铯；
所述的主还原剂为氧化镁；
所述的辅助还原剂为氯化钾；
以每公斤有色金属化合物的所需的量来计算，主还原剂的用量为0.8公斤，辅助还原剂的用量为0.03公斤。
步骤（2），一次加热：将步骤（1）所得到的混合物料置于加热炉中，抽真空至负压为-0.06mpa，之后向加热炉中充入惰性气体至表压为0.5mpa后，以每分钟1.5~2℃的速度，加热至650℃~750℃，之后于650℃~750℃下使混合物料充分反应，形成初级有色金属蒸汽；
步骤（3），过滤包装：将初级有色金属蒸汽进行冷却，冷却至99-101℃，即得到高纯度有色金属，纯度为99.95%。
实施例3
一种制备高纯度金属铷铯的方法，包括如下步骤：
步骤（1），混合物料的制备：将有色金属化合物与主还原剂混合均匀后，再向其中加入辅助还原剂，继续混合至均匀，得到混合物料；
所述的有色金属化合物为甲酸铯；
所述的主还原剂为锂和钙（质量比为3：7）；
所述的辅助还原剂为钾和钠（质量比为7：3）；
以每公斤有色金属化合物的所需的量来计算，主还原剂的用量为0.6公斤，辅助还原剂的用量为0.025公斤。
步骤（2），一次加热：将步骤（1）所得到的混合物料置于加热炉中，抽真空至负压为-0.055mpa，之后向加热炉中充入惰性气体至表压为0.45mpa后，以每分钟1.5~2℃的速度，加热至620℃~720℃，之后于620℃~720℃下使混合物料充分反应，形成初级有色金属蒸汽；
步骤（3），过滤包装：将初级有色金属蒸汽进行冷却，冷却至99-101℃，即得到高纯度有色金属，纯度为99.9806%。
实施例4
一种制备高纯度金属铷铯的方法，包括如下步骤：
步骤（1），混合物料的制备：在惰性气氛下，将有色金属化合物与主还原剂混合均匀后，再向其中加入辅助还原剂，继续混合至均匀，得到混合物料；
所述的有色金属化合物为硫酸铯；
所述的主还原剂为钙；辅助还原剂为钠；以每公斤有色金属化合物的所需的量来计算，主还原剂的用量为0.5公斤，辅助还原剂的用量为0.02公斤。
步骤（2），一次加热：将步骤（1）所得到的混合物料置于加热炉中，抽真空至负压为-0.05mpa，之后向加热炉中充入惰性气体至表压为0.4mpa后，以每分钟1.5~2℃的速度，加热至550℃~600℃，之后于550℃~600℃下使混合物料充分反应，形成初级有色金属蒸汽；
步骤（3），二次加热：将步骤（2）得到的初级有色金属蒸汽冷却至液态后，再次置于加热炉中，抽真空至为负压为-0.05mpa，之后向加热炉中充入惰性气体至表压为0.4mpa后，之后加热至550℃~600℃，然后于550℃~600℃下加热1h，将得到的金属蒸汽通过管道进行冷却，冷却至液态，即为一次去杂金属；
步骤（4），三次加热：将一次去杂金属置于加热炉中，抽真空至负压为-0.05mpa，之后向加热炉中充入惰性气体至表压为0.4mpa后，然后将一次去杂金属加热至550℃~600℃，之后在550℃~600℃下加热1h，得到二次去杂金属蒸汽；
步骤（5），过滤包装：将二次去杂金属蒸汽通过管道进行过滤后，进行冷却，冷却至99-101℃，即得到高纯度有色金属。
其中，所述的惰性气体为氮气。加热炉为箱式电阻炉；步骤（1）中的混合采用密闭混料机；二次加热步骤中的冷却温度为90℃，纯度均为99.9875%。
实施例5
一种制备高纯度金属铷铯的方法，包括如下步骤：
步骤（1），混合物料的制备：在惰性气氛下，将有色金属化合物与主还原剂混合均匀后，再向其中加入辅助还原剂，继续混合至均匀，得到混合物料；
所述的有色金属化合物为氯化铯或氯化铷；
所述的主还原剂为钙；辅助还原剂为钾；
以每公斤有色金属化合物的所需的量来计算，主还原剂的用量为0.8公斤，辅助还原剂的用量为0.03公斤。
步骤（2），一次加热：将步骤（1）所得到的混合物料置于加热炉中，抽真空至负压为-0.06mpa，之后向加热炉中充入惰性气体至表压为0.5mpa后，以每分钟1.5~2℃的速度，加热至700℃~750℃，之后于700℃~750℃下使混合物料充分反应，形成初级有色金属蒸汽；
步骤（3），二次加热：将步骤（2）得到的初级有色金属蒸汽冷却至液态后，再次置于加热炉中，抽真空至为负压为-0.06mpa，之后向加热炉中充入惰性气体至表压为0.5mpa后，之后加热至700℃~750℃，然后于700℃~750℃下加热2h，将得到的金属蒸汽通过管道进行冷却，冷却至液态，即为一次去杂金属；
步骤（4），三次加热：将一次去杂金属置于加热炉中，抽真空至负压为-0.06mpa，之后向加热炉中充入惰性气体至表压为0.5mpa后，然后将一次去杂金属加热至650℃~700℃，之后在650℃~700℃下加热1.5h，得到二次去杂金属蒸汽；
步骤（5），过滤包装：将二次去杂金属蒸汽通过管道进行冷却，进行冷却，冷却至99-101℃，即得到高纯度有色金属。
其中，所述的惰性气体为氦气。加热炉为箱式电阻炉；步骤（1）中的混合采用密闭混料机；二次加热步骤中的冷却温度为60℃，纯度分别为99.99%、99.9754%。
实施例6
一种制备高纯度金属铷铯的方法，包括如下步骤：
步骤（1），混合物料的制备：在惰性气氛下，将有色金属化合物与主还原剂混合均匀后，再向其中加入辅助还原剂，继续混合至均匀，得到混合物料；
所述的有色金属化合物为碳酸铯或碳酸铷；
所述的主还原剂为钙；辅助还原剂为镁；
以每公斤有色金属化合物的所需的量来计算，主还原剂的用量为0.7公斤，辅助还原剂的用量为0.026公斤。
步骤（2），一次加热：将步骤（1）所得到的混合物料置于加热炉中，抽真空至负压为-0.055mpa，之后向加热炉中充入惰性气体至表压为0.5mpa后，以每分钟1.5~2℃的速度，加热至600℃~700℃，之后于600℃~700℃下使混合物料充分反应，形成初级有色金属蒸汽；
步骤（3），二次加热：将步骤（2）得到的初级有色金属蒸汽冷却至液态后，再次置于加热炉中，抽真空至为负压为-0.058mpa，之后向加热炉中充入惰性气体至表压为0.45mpa后，之后加热至600℃~700℃，然后于600℃~700℃下加热1.8h，将得到的金属蒸汽通过管道进行冷却，冷却至液态，即为一次去杂金属；
步骤（4），三次加热：将一次去杂金属置于加热炉中，抽真空至负压为-0.052mpa，之后向加热炉中充入惰性气体至表压为0.48mpa后，然后将一次去杂金属加热至600℃~650℃，之后在600℃~650℃下加热1.2h，得到二次去杂金属蒸汽；
步骤（5），过滤包装：将二次去杂金属蒸汽通过管道进行冷却，进行冷却，冷却至99-101℃，即得到高纯度有色金属，纯度为99.9963%、99.99%。
其中，所述的惰性气体为氙气。加热炉为箱式电阻炉；步骤（1）中的混合采用密闭混料机。二次加热步骤中的冷却温度为120℃。管道内壁形状为s形。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。