一种高纯锑粉的制备方法与流程

本发明涉及一种金属制备方法，具体涉及一种高纯锑粉的制备方法，属于金属生产。

背景技术：

1、锑，金属元素，元素符号sb，原子序数51，是银白色有光泽硬而脆的金属，常制成棒、块、粉等多种形状。有鳞片状晶体结构。在潮湿空气中逐渐失去光泽，强热则燃烧成白色锑的氧化物。

2、锑粉是有光泽的银白色或深灰色金属粉末。相对密度6.68；熔点630℃；沸点1635℃，也有报道为1440℃。溶于热浓硫酸、王水，不溶于水。遇明火、高热可燃。粉体与空气可形成爆炸性混合物，当达到一定的浓度时，遇火星会发生爆炸。

3、锑粉主要用于制造合金，也可用于印刷和颜料工业。高纯锑用于制各ⅲ～v族化合物半导体，高纯合金，硫化锑，制冷元件和硅、锗单晶的掺杂剂等。

4、纳米锑粉是指粒度为1-100nm的锑粉。它可以在锑制品、热喷涂领域和粉末冶金工艺中得到很好的应用和研究。

5、目前传统锑粉制备方法主要有机械球磨法和电化学沉积法，球磨法生产周期长，设备昂贵，工作环境粉尘多，对人体有害。目前的电化学沉积法常用酸性水溶液作为电解液，存在析氢现象，循环性差，废液处理困难等问题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的工艺复杂、生产成本高、稳定性差、易产生二次污染等问题，本发明的目的是在于提供一种高纯锑粉的制备方法。该方法简单，对设备要求低，成本低廉，绿色环保，适合工业规模化生产。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种高纯锑粉的制备方法，该方法是将工业三氧化二锑通过盐酸溶解和加热挥发除杂后进行蒸馏分离，得到精制三氯化锑；将精制三氯化锑汽化，气态三氯化锑通过载气输送至气氛炉中进行还原焙烧反应，即得。

3、上述过程中，工业三氧化二锑用盐酸溶解后，通过加热方式可将低沸点杂质挥发脱除，如hcl、h2o、ascl3和sncl2等易于挥发出去，实现三氯化锑的初步净化，再通过高温蒸馏回收方式使三氯化锑从高沸点杂质中分离出来，实现三氯化锑的深度净化；所得精制三氯化锑通过高温气相还原反应即可得到高纯锑粉。

4、作为一个优选的方案，所述低沸点杂质中的hcl和h2o经冷凝回收后进行循环利用。

5、作为一个优选的方案，所述工业三氧化二锑与盐酸的质量比为0.15～0.24:1。

6、作为一个优选的方案，所述工业三氧化二锑的纯度不低于99％。

7、作为一个优选的方案，所述盐酸质量浓度不低于36％。盐酸纯度为up级。

8、采用浓盐酸能够提高三氧化二锑的溶解率，蒸馏时蒸发低沸点物质的能耗越低(常温常压下盐酸最大质量浓度为37％左右)，而盐酸溶度过低，三氧化二锑溶于盐酸后继续加入三氧化二锑时，消耗盐酸，而且产物生成水，进一步降低盐酸浓度，溶解生成的氯化锑会因盐酸浓度低而水解生成氧氯化锑(sbocl)沉淀。

9、作为一个优选的方案，所述加热挥发的除杂过程中，温度控制在90～120℃范围内。控制加热除杂过程中的温度在所述范围能够将h2o和hcl蒸发去除，同时除去三氧化二锑中的主要杂质ascl3以及少量sncl4杂质。

10、作为一个优选的方案，所述蒸馏次数不低于两次，蒸馏温度为220～230℃。

11、作为一个优选的方案，汽化后的精制三氯化锑与载气的体积百分比组成为46.5～93％:53.5～7％；所述载气为氮气，流速为20～200ml/min，进一步优选为100～120ml/min。所述氮气为5n氮气。

12、控制三氯化锑在混合气体中的含量在合适的范围有利于提高金属制备效率。当三氯化锑与载气体积比过大时，容易导致氯化锑蒸汽冷凝成液体，严重时会凝固成固体堵塞管道；当三氯化锑与载气体积比过小，氯化锑的浓度过低会使得氯化锑无法与氢气有效反应生成金属锑，氯化锑蒸气会连同氢气一起排出炉外。

13、作为一个优选的方案，所述还原焙烧反应条件为：以氢气作为还原气体，氢气流速为1～2l/min；焙烧温度为450～630℃，时间为2～4h。所述氢气为5n氢气。

14、控制还原氢气的流速能够保证氯化锑充分还原成金属锑。较低的氢气流速有利于氯化锑的充分还原，但流速过低会出现还原反应所需氢气不足而造成氯化锑不能被充分还原回收；而氢气流速过快不仅浪费氢气，而且还减少氯化锑还原反应时间，从而将未反应氯化锑带出炉外。另外，由于金属锑的熔点为630℃，温度过高时，还原的锑会在管式炉的石英管壁形成镜面状薄膜，或者熔融成颗粒状锑，不利于收集回收；温度低于450℃时，氯化锑被氢气还原速率慢，金属锑制备效率相对降低。

15、作为一个优选的方案，还原焙烧反应过程中产生的hcl通过水进行回收再利用。

16、相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：

17、(1)三氯化锑的还原温度低，大大降低能耗，减少对环境的影响，副产物可重复回收利用，避免对环境污染，提高资源利用率；

18、(2)三氯化锑直接在系统内部蒸发还原，避免被外部环境污染，提高产品纯度；

19、(3)制备方法简单，对设备要求低，成本低廉，系统稳定性高。

技术特征：

1.一种高纯锑粉的制备方法，其特征在于：将工业三氧化二锑通过盐酸溶解和加热挥发除杂后进行蒸馏分离，得到精制三氯化锑；将精制三氯化锑汽化，气态三氯化锑通过载气输送至气氛炉中进行还原焙烧反应，即得。

2.根据权利要求1所述的一种高纯锑粉的制备方法，其特征在于：所述工业三氧化二锑与盐酸的质量比为0.15～0.24:1。

3.根据权利要求1或2所述的一种高纯锑粉的制备方法，其特征在于：所述工业三氧化二锑的纯度不低于99％。

4.根据权利要求1或2所述的一种高纯锑粉的制备方法，其特征在于：所述盐酸质量浓度不低于36％。

5.根据权利要求1所述的一种高纯锑粉的制备方法，其特征在于：所述加热挥发除杂的过程中，温度控制在90～120℃范围内。

6.根据权利要求1所述的一种高纯锑粉的制备方法，其特征在于：所述蒸馏的次数不低于两次，蒸馏温度为220～230℃。

7.根据权利要求1所述的一种高纯锑粉的制备方法，其特征在于：所述气态三氯化锑与载气的体积比百分比组成为46.5～93％:53.5～7％；所述载气为氮气，载气流速为20～200ml/min。

8.根据权利要求1或7所述的一种高纯锑粉的制备方法，其特征在于：所述还原焙烧的反应条件为：以氢气作为还原气体，氢气流速为1～2l/min；焙烧温度为450～630℃，时间为2～4h。

技术总结
本发明公开了一种高纯锑粉的制备方法。该方法是将工业三氧化二锑通过盐酸溶解和加热挥发除杂后进行蒸馏分离，得到精制三氯化锑；将精制三氯化锑汽化，气态三氯化锑通过载气输送至气氛炉中进行还原焙烧反应，即得。该制备方法所得锑粉产品纯度高，工艺简单，对设备要求低，成本低廉，绿色环保。

技术研发人员：赵科湘,陈飞
受保护的技术使用者：株洲科能新材料股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13